三相桥式PWM逆变器仿真研究-城建课设

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运动控制系统课程设计

课题：三相桥式PWM逆变器仿真研究

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城建学院

目录

一、设计目的 (2)

二、设计任务及要求 (2)

三、方案设计 (2)

1、三相桥式PWM逆变电路的工作原理 (2)

2、状态空间模型 (3)

3、系统的可控性和可观测性 (6)

3.1 可控性判断 (6)

3.2 可观测性判断 (6)

4、整体方案设计 (7)

5、仿真建模 (8)

5.2三相桥式PWM逆变电路仿真建模 (10)

5.3三相逆变电源总体电路仿真建模 (12)

6、仿真结果 (13)

6.1直流升压斩波电路仿真结果 (13)

6.2三相桥式PWM逆变电路仿真实现结果 (14)

6.3闭环反馈电路仿真实现结果 (14)

6.4三相逆变电源总体仿真实现结果 (15)

四、心得体会 (17)

五、参考文献 (18)

一、设计目的

随着电力电子技术，计算机技术，自动控制技术的迅速发展，PWM技术得到了迅速发展，PWM正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列有点，是一种比较好的波形改善法。它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。PWM技术成为目前应用最为广泛的逆变用PWM技术。因此，研究PWM逆变器的基本工作原理和作用特性意义十分重大。

二、设计任务及要求

自拟负载，可选用电机或阻感负载等，画出系统主电路和控制电路的结构图，并进行仿真或实验验证系统的合理性。

三、方案设计

1、三相桥式PWM逆变电路的工作原理

N

u

u

u

图1 三相桥式PWM型逆变电路

图1是三相桥式逆变电路，这种电路采用双极性控制方式。U 、V 和W 三相的PWM 控制通常公用一个三角波载波c u ，三相的调制信号rU u 、rV u 和rW u 依次相差120°。U 、V 和W 各相功率开关器件的控制规律相同，现以U 为例来说明。当c rU u u >时，上桥臂V1导通，下桥臂V4关断，则U 相相对于直流电源假想中点'N 的输出电压2/'N d U U u = 。当c rU u u <时，V4导通，V1关断，则2/'N d U U u -=。 V1和V4的驱动信号始终是互补的。当给V1(V4)加导通信号时，可能是V1(V4)导通，

也可能是二极管VD1(VD4)续流导通，这要由阻感负载中电流的方向来决定。

'

UN u 、'VN u 和'WN u 的PWM 波形都只有2/d U ±两种电平。

2、状态空间模型

图2显示了L-C 输出滤波器得到的电流和电压方程。

图2 L-C 输出滤波器得到的电流和电压方程

根据基尔霍夫定律，节点a 、b 、c 可列出下列电流方程方程 节点a ：

0=-+-=-+-dt

dV C dt dV C i i i i i i LAB

f LCA f

LA A LAB LCA LA A （1-1）

节点b ：

0=-+-=-+-dt

dV C dt dV C i i i i i i LBC f LAB

f

LB B LBC LAB LB B （1-2） 节点c ：

0=-+-=-+-dt

dV C dt dV C i i i i i i LCA

f LBC f

LC C LCA LBC LC C （1-3） 其中，dt dV C i LAB f

LAB =，dt dV C i LBC f LBC =，dt

dV C i LCA

f LCA = 0=++LCA LBC LAB V V V （1-4）

由以上四式计算可得：

⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨

⎧-=+--=-=+--=-=+--=)

(31)(31)(31)(31)(31

)(31LCA CA f LA LC A C f LCA LBC BC f

LC LB C B f LBC

LAB AB f LB LA B A f LAB i i C i i i i C dt

dV i i C i i i i C dt dV i i C i i i i C dt dV （1-5） 根据基尔霍夫定律，可列出逆变电路输出部分的电压方程：

⎪⎪

⎪

⎩

⎪

⎪

⎪⎨⎧

+=-+=+=-+=+=-+=------LCA CA f Lf A LCA Lf C iCA

LBC BC f

Lf C LBC Lf B iBC LAB AB f Lf B LAB Lf A iAB

V dt di L V V V V V dt di L V V V V V dt

di L V V V V （1-6） 由（1-6）式可转化为：

⎪⎪⎪⎪⎩

⎪⎪⎪⎪⎨⎧+-=+-=+-=iCA

f LCA f CA iBC f LBC f BC

iAB f LAB f AB V L V L dt di V L V L dt di V L V L dt di 11111

1 (1-7)

根据基尔霍夫定律，可以列出负载回路的电压方程：

⎪⎪

⎪⎩

⎪

⎪⎪⎨⎧

+=-+-=+=-+-=+=-+-=LCA Load LCA Load LA LC Load A

Load C

Load LCA LBC Load LBC Load LC LB Load C Load B

Load LBC LAB Load LAB Load LB LA Load B Load A

Load LAB i R dt

di L i i R dt di L dt di L V i R dt

di

L i i R dt di L dt di L V i R dt di

L i i R dt di L dt di L V )()()( （1-8） 由（1-8）可以转化成

⎪⎪⎪⎪⎩

⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧+-=+-=+-=LCA LOAD LCA LOAD LOAD LCA LBC LOAD

LBC LOAD LOAD LBC

LAB LOAD

LAB LOAD LOAD LAB V L i L R dt di V L i L R dt di V L i L R dt di 1

11

(1-9) 由此可将（1-5）、（1-7）、（1-9）写成矩阵的形式：

⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧-=+-=-=L LOAD LOAD L LOAD L i f

L f L f

i

f L I L R V L dt

dI V L V L dt dI

I C I C dt dV 11131

31 （1-10）

其中， T LAB LAB LAB L V V V V ][=，T A C C B A T CA BC AB i i i i i i i i i i I ][][---==B ，

T iAB iAB iAB i V V V V ][=，T LA LC LC LB L LA T LCA BC LAB L i i i i i i i iL i I ][][---==B L

根据（1-10）我们可以建立此模型的状态空间模型： 状态方程：BU t AX X +=•

)( 输出方程：DU CX Y +=

其中，状态向量1

9⨯⎥⎥

⎥⎦⎤

⎢⎢⎢⎣⎡=L L I I V X ，输入向量[]T iCA iBC iAB V V V U =，