三相逆变器Matlab仿真
三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解
三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解随着电力电子技术的发展,SPWM正弦脉宽调制法正逐渐被人们熟悉,这项技术的特点是通用性强,原理简单。
具有开关频率固定,控制和调节性能好,能消除谐波,设计简单,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。
由于大功率电力电子装置的结构复杂,若直接对装置进行实验,且代价高费时费力,故在研制过程中需要借助计算机仿真技术,对装置的运行机理与特性,控制方法的有效性进行试验,以预测并解决问题,缩短研制时间。
MATLAB软件具有强大的数值计算功能,方便直观的Simulink建模环境,使复杂电力电子装置的建模与仿真成为可能。
本文利用MATLAB/Simulink为SPWM逆变电路建立系统仿真模型,并对其输出特性进行仿真分析。
首先介绍的是三相电压型桥式逆变电路原理,其次阐述了SPWM逆变器的工作原理及特点,最后详细介绍了三相电压源SPWM逆变器的建模与仿真结构,具体的跟随小编一起了解一下。
一、三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路如图1所示,电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式也是180导电方式,即每个桥臂的导电角度为180,同一相上下2个桥臂交替导电,各相开始导电的角度依次相差120。
这样,在任一瞬间,将有3个桥臂同时导通。
可能是上面一个臂下面2个臂,也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。
因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行的,因此也被称为纵向换流。
当urU》uc时,给上桥V1臂以导通信号,给下桥臂V4以关断信号,则U相相对于电源假想中点N的输出电压uUN=Ud/2。
当urU《uc时,给V4导通,给V1关断,则uUN=Ud/2。
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。
二、SPWM逆变器的工作原理及特点SPWM,他是根据面积等效原理,PWM波形和正弦波是等效的,对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到PWM波形。
基于matlab的三相桥式PWM逆变电路的仿真实验报告
基于matlab 的三相桥式PWM 逆变电路的仿真实验报告一、小组成员指导教师二、实验目的1. 深入理解三相桥式 PWM 逆变电路的工作原理。
2. 使用 simulink 和 simpowersystem 工具箱搭建三相桥式 PWM 逆变电路的仿真框图.3. 观察在 PWM 控制方式下电路输出线电压和负载相电压的波形。
4. 分别改变三角波的频率和正弦波的幅值, 观察电路的频谱图并进行谐波分析。
三、实验平台Matlab / simulink / simpowersystem五、实验模块介绍BSi∏* WIVt正弦波, 电路常用到的正弦信号模 块,双击图标,在弹出的窗 口中调整相关参数。
其信号 生成方式有两种:Time based 和SamPle based .OKCancelHelPI,J3. E E 示波器,其模块可以接受多个输入信号,每个端口的输入信号都将在 一个坐标轴中显示。
2.锯齿波发RePeat ing j t able (mask)OIItPUt 炷 repeating SeQUeTlCe Of niunbers SPeCified Ln a IabIe Of I IJH 亡-ValiL 亡 pairs. VaItLeS □f tiinft ShOUIti be JilorL OtoniCalIy IrLCrea≤in⅛ ・生器,产生一个时基和高度 可调的锯齿波序列。
⅞⅛ SOUrCe BlCCk Parameter^r RePtating SeqUtnCeS-ErqU-⅞-π茜ParaJiieterETinIe ValUftEiFUnCtiOn BloCk P ⅛ramet 亡rm : RelatianaI OPeratOr 屋Relational OperatorAPPl ie≡ the selected re IatLOIlaI OlPerator to t h.E inpu Ieft ) input 79xreΞpQΓL^ j ζ□ the it st Qp ⅞Eand ・Main Si SnaI Attr ibu ,t e S Kelatianal OPeratclr :∖-∣ 。
基于MATLAB的三相桥式PWM逆变电路的状态空间分析与仿真
关键词:PWM;状态空间法;Simulink
Abstract
Thecontroltechnologyof the PWM inverter circuitis the most widely used ,the vast majorityof theinverter circuit applications noware PWM inverter circuit.In order to analyze the circuit of the PWM inverter,Firstlyestablished the required modelofPWM inverter circuit, and the working principle ofthe three-phase PWM inverter control circuit and the circuit is analyzedon the basis of the LC filter circuits and load R-L.Analysis of this circuit is to take the state space method,namely the establishment of the state space expression to get the working status of this circuit by analyzing the state space expression.
ifrob==n
disp('System is observable')
(整理)三电平逆变器的SVPWM控制与MATLAB仿真研究.
摘要近年来,三电平逆变器在大容量、高压的场合得到了越来越多的应用。
在其众多的控制策略中,SVPWM算法具有调制比大、能够优化输出电压波形、易于数字实现、母线电压利用率高等优点。
本文首先对三电平逆变器技术的发展状况进行了综述,分析了三电平逆变器的几种拓扑结构,控制策略以及各自的优缺点。
其次,以二极管箝位式三电平逆变器为基础,阐述了三电平逆变器的工作原理、数学模型,分析了空间电压矢量控制策略的原理,对三电平逆变器空间电压矢量的控制算法进行了改进,引进了大扇区和小三角形的判断方法,给出了扇区和小三角形区域的判断规则、合成参考电压矢量的相应输出电压矢量作用时间和作用顺序以及开关信号的产生方法。
最后,采用MATLAB/Simulink进行仿真分析,一个一个模块的搭建仿真模块,然后把各个模块连接起来,实现了对三电平逆变器的SVPWM控制算法的仿真,观察系统的输出波形,分析波形,并进行比较,验证了算法的可行性。
关键词:三电平逆变器空间电压矢量控制(SVPWM) MATLAB仿真ABSTRACTRecently, three-level inverter in the large capacity and high pressure situation got more and more applications fields. Among many of modulation strategies, SVPWM has been one of the most popular research points. The main advantages of the strategy are the following: it provides larger under modulation range and offers significant flexibility to optimize switching waveforms, it is well suited for implementation on a digital computer, it has higher DC voltage utilization ratio. Initially, summing up the development condition of three-level inverter technology, analyzed the structure of three-level inverter topological, the control strategy and their respective advantages and disadvantages.Secondly, the paper based on the ground-clam -p diode type three-level inverter, expounds the work principle of three-level inverter, and analyzes the principle of the SVPWM. By improving the three-level inverter SVPWM control algorithm, this paper introduces the estimation method of the big sectors and the small triangles, and proposes the judgment rules for large sector and triangle region and puts forward the corresponding output sequence of the synthesis reference voltage vector and optimizes the function sequence of switch vector.Finally ,using MATLAB/SIMULINK to carry on the simulation analysis. Building the simulation system model to realized to three-level inverter SVPWM control algorithm, and to confirmed the algorithm feasibility.Keywords:Three-level inverter; space voltage vector control (SVPWM); MATLAB simulation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 课题目的及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.2.1 拓扑结构 (2)1.2.2 控制策略 (5)1.3 课题任务要求 (6)1.4课题重点内容 (6)2 三电平逆变器的原理 (7)2.1二极管箝位型三电平逆变器 (8)2.1.1二极管箝位型逆变电路的工作原理 (8)2.1.1 二极管箝位型逆变电路的控制要求 (11)2.1.2 三电平逆变器的数学模型 (11)2.2 三电平SVPWM控制技术 (14)2.2.1三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换 (14)2.2.1 SVPWM控制原理 (16)3 三电平SVPWM算法研究 (19)3.1 参考矢量的位置判断 (19)3.1.1 扇区判断 (19)3.1.2 小三角形的判断 (20)3.2 输出矢量的确定 (21)3.3计算各个矢量的作用时间 (21)3.4 空间电压矢量作用顺序 (23)4 三电平逆变器的MATLAB仿真 (26)4.2 扇区的判断 (27)4.3 小三角形判断 (28)4.4 时间计算 (29)4.5 矢量的作用顺序 (29)4.5.1七段式SVPWM时间分配 (29)4.5.2矢量状态次序 (29)4.6 矢量状态到开关状态 (33)5 三电平逆变器的仿真结果分析 (35)总结 (46)参考文献 (48)致谢 (49)1 绪论1.1 课题目的及意义从20世纪90年代以来,以高压IGBT、IGCT为代表的性能优异的复合器件的发展受人关注,并在此基础上产生了很多新型的高压大容量变换拓扑结构。
滞环控制三相电流跟踪型逆变器的MATLAB仿真
7 滞环控制三相电流跟踪型逆变器的MATLAB仿真7.1滞环控制三相电流跟踪型逆变器的原理和仿真模型7.1.1滞环控制三相电流跟踪型逆变器的原理常用的一种电流闭环控制方法是电流滞环跟踪 PWM(Current Hysteresis Band PWM ——CHBPWM)控制,具有电流滞环跟踪 PWM 控制的 PWM 变压变频器的A相控制原理如7-1图所示。
图7-1 电流滞环跟踪控制的A相原理图图中,电流控制器是带滞环的比较器,环宽为2h。
将给定电流i*a 与输出电流i a进行比较,电流偏差∆i a超过时±h,经滞环控制器HBC控制逆变器A相上(或下)桥臂的功率器件动作。
B、C二相的原理图均与此相同。
⏹如果,i a < i*a ,且i*a - i a ≥h,滞环控制器 HBC输出正电平,驱动上桥臂功率开关器件V1导通,变压变频器输出正电压,使增大。
当增长到与相等时,虽然,但HBC仍保持正电平输出,保持导通,使继续增大⏹直到达到i a= i*a+ h,∆i a = –h,使滞环翻转,HBC输出负电平,关断V1 ,并经延时后驱动V4但此时未必能够导通,由於电机绕组的电感作用,电流不会反向,而是通过二极管续流,使受到反向钳位而不能导通。
此后,逐渐减小,直到时,,到达滞环偏差的下限值,使 HBC 再翻转,又重复使导通。
这样,与交替工作,使输出电流给定值之间的偏差保持在范围内,在正弦波上下作锯齿状变化。
从图 7-2 中可以看到,输出电流是十分接近正弦波的。
图7-2 电流滞环跟踪控制时的电流波形图7-2给出了在给定正弦波电流半个周期内的输出电流波形和相应的相电压波形。
可以看出,在半个周期内围绕正弦波作脉动变化,不论在的上升段还是下降段,它都是指数曲线中的一小部分,其变化率与电路参数和电机的反电动势有关。
图7-3 三相电流跟踪型PWM逆变电路图7-4 三相电流跟踪型PWM逆变电路输出波形因此,输出相电压波形呈PWM状,但与两侧窄中间宽的SPWM波相反,两侧增宽而中间变窄,这说明为了使电流波形跟踪正弦波,应该调整一下电压波形。
三相桥式全控整流及逆变电路matlab仿真
三相桥式全控整流及逆变电路matlab仿真电⼒电⼦技术课程设计系别:⾃动化系专业:⾃动化班级:1120393⼩组成员:费学智(25)薛阳(43)指导⽼师:周敏⽇期:2013年12⽉13⽇⽬录1.简要背景概述 (3)2.⼯作原理介绍 (3)3.主电路设计 (4)4. simulink仿真系统设计 (5)5.仿真结果分析 (7)6.总结(收获与体会) (17)7参考⽂献 (17)⼀简要背景概述随着社会⽣产和科学技术的发展,整流电路在⾃动控制系统、测量系统和发电机励磁系统等领域的应⽤⽇益⼴泛。
常⽤的三相整流电路有三相桥式不可控整流电路、三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路。
三相全控整流电路的整流负载容量较⼤,输出直流电压脉动较⼩,是⽬前应⽤最为⼴泛的整流电路。
它是由半波整流电路发展⽽来的。
由⼀组共阴极的三相半波可控整流电路和⼀组共阳极接法的晶闸管串联⽽成。
六个晶闸管分别由按⼀定规律的脉冲触发导通,来实现对三相交流电的整流,当改变晶闸管的触发⾓时,相应的输出电压平均值也会改变,从⽽得到不同的输出。
由于整流电路涉及到交流信号、直流信号以及触发信号,同时包含晶闸管、电容、电感、电阻等多种元件,采⽤常规电路分析⽅法显得相当繁琐,⾼压情况下实验也难顺利进⾏。
Matlab提供的可视化仿真⼯具Simulink可直接建⽴电路仿真模型,随意改变仿真参数,并且⽴即可得到任意的仿真结果,直观性强,进⼀步省去了编程的步骤。
本⽂利⽤Simulink对三相桥式全控整流电路进⾏建模,对不同控制⾓、桥故障情况下进⾏了仿真分析,既进⼀步加深了三相桥式全控整流电路的理论,同时也为现代电⼒电⼦实验教学奠定良好的实验基础。
三相桥式全控整流电路以及三相桥式全控逆变电路在现代电⼒电⼦技术中具有很重要的作⽤和很⼴泛的应⽤。
这⾥结合全控整流电路以及全控逆变电路理论基础,采⽤Matlab 的仿真⼯具Simulink对三相桥式全控整流电路和三相桥式全控逆变电路进⾏仿真,对输出参数进⾏仿真及验证,进⼀步了解三相桥式全控整流电路和三相桥式全控逆变电路的⼯作原理。
基于模糊PD控制的三相电压型逆变器的MATLAB仿真研究
基于模糊PD控制的三相电压型逆变器的MATLAB仿真研究黄书童;卢望;艾志伟【摘要】针对三相电压型逆变器在开环SPWM控制下得到的输出电压畸变较大的问题,采用基于模糊PD控制的方法,将三相输出电压与基准电压的误差进行反馈.经MATLAB仿真表明,三相电压型逆变器在基于模糊PD控制下的输出电压波形平滑、总谐波畸变系数THD值较小.【期刊名称】《桂林航天工业学院学报》【年(卷),期】2018(023)004【总页数】4页(P431-434)【关键词】三相电压型逆变器;SPWM;模糊PD控制【作者】黄书童;卢望;艾志伟【作者单位】桂林航天工业学院电子信息与自动化学院,广西桂林 541004;桂林航天工业学院电子信息与自动化学院,广西桂林 541004;桂林航天工业学院电子信息与自动化学院,广西桂林 541004【正文语种】中文【中图分类】TM464电压型逆变器就是将直流电压变换为交流电压[1]。
随着电力电子技术的飞速发展,电压型逆变器已被广泛应用在各个领域中,与此同时对电压型逆变器的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。
文献[2]给出了一种单相电压型逆变器模糊PID控制的方法,并验证了模糊PID控制的良好效果;文献[3]提出了采用自适应滑模PID算法控制电压型逆变器的方案,此方法能使逆变器输出的电压谐波含量少,鲁棒性好;文献[4]验证了模糊自适应PID控制能提升逆变器的动态性能。
以上三种方法都是针对单相电压型逆变器的控制。
文献[5]采用最优控制和精确线性化相结合的方法应用于三相电压型逆变器,并验证了此方法具有很好的鲁棒性能。
文献[6]提出了将预测控制应用于三相电压型逆变器,并取得了良好的效果,但输出电压的THD值略大。
文献[7]基于MATLAB对SPWM控制三相电压型逆变器做了仿真,验证了SPWM下逆变器具有较好的动静态性能,但三相逆变器输出的波形还不够平滑,需要进一步改善。
本文提出采用模糊PD控制三相电压型逆变器的策略。
基于MATLAB的三相桥式电压型逆变电路仿真与分析
基于MATLAB的三相桥式电压型逆变电路仿真与分析作者:周泽蒲彩霞张坤方玮来源:《科学与财富》2018年第32期摘要:如今伴随着分布式电网的迅速发展,并网逆变器作为供电部门与电网连接的核心环节,其研究和使用也愈发的重要,其性能也直接决定了发电系统并网的质量。
本文介绍了一种基于MATLAB软件搭建三相逆变器仿真的实验过程,其中主要包含了对主电路工作原理的分析、控制电路的设计与调整、以及对最终的输出效果的分析。
关键字:MATLAB、三相逆变、SPWM调制、并网0 引言本项目主要利用MATLAB软件中的Simulink元件库和SimPowerSystems元件库中的元件。
设计中,我们能结合自身需求调用其中相应功能的模块或函数,用搭积木的方式,将各模块按要求以框图流程的形式连接起来,构成所需的控制系统模型;然后利用其中的测量与显示等模块便可以测量电路各环节的电路参数[1]。
主要结合电力电子技术、自动控制原理等科目所学知识,设计搭建了一个可实现并网的三相逆变电路模型。
其中主要应用了SPWM脉宽调制技术、PI控制器的实际应用、三相逆变主电路工作原理等重点知识。
1 系统拓扑结构为了满足并网要求主电路选为三相桥式电压型逆变电路;为了实现谐波含量低,相位偏差小等逆变要求选用SPWM脉宽调制技术;为了减小系统的静差达到较好的稳定输出效果选用PI调节器作为反馈环节的信号处理器[2]。
控制电路的设计思路是采用各相对各相,输入期望值相间相位互差120°的方式来进行控制。
即对于A相而言,仅采集其负载支路的相电流来与电网标准的正弦信号相比较得偏差ΔI 信号;对其进一步处理产生两路相位完全互补的PWM触发信号,来控制逆变桥中A相对应的上下两开关管的导通与关断。
B、C作相应处理[3]。
其具体工作流程如图1所示。
其中各环节的参数及工作要求如表1所示:2 系统工作原理主电路换相方式为纵向换流,开关顺序如表2所示。
由于是采用的IGBT全控型器件故其控制方式为脉宽触发的斩控式[2]。
三相变压器建模及仿真及MATLAB仿真讲解
XXXXXXX学院课程设计报告课程名称:系部:专业班级:学生姓名:指导教师:完成时间:报告成绩:学院教学工作部制目录摘要 (3)第一章变压器介绍 (4)1.1 变压器的磁化特性 (4)1.2 变压器保护 (4)1.3 励磁涌流 (7)第二章变压器基本原理 (9)2.1 变压器工作原理 (9)2.2 三相变压器的等效电路及联结组 (10)第三章变压器仿真的方法 (11)3.1 基于基本励磁曲线的静态模型 (11)3.2基于暂态磁化特性曲线的动态模型 (13)3.3非线性时域等效电路模型 (14)第四章三相变压器的仿真 (16)4. 1 三相变压器仿真的数学模型 (16)4.2电源电压的描述 (20)4.3铁心动态磁化过程简述 (21)第五章变压器MATLAB仿真研究 (25)5.1 仿真长线路末端电压升高 (25)5.2 仿真三相变压器 T2 的励磁涌流 (28)5.3三相变压器仿真模型图 (34)5.4 变压器仿真波形分析 (36)结论 (40)参考文献 (41)摘要在电力变压器差动保护中,励磁涌流和内部故障电流的判别一直是一个关键问题。
文章阐述了励磁涌流的产生及其特性,利用 MATLAB 对变压器的励磁涌流、内部故障和外部故障进行仿真,对实验的数据波形分析,以此来区分故障和涌流,目的是减少空载合闸产生的励磁涌流对变压器差动保护的影响,提高保护的灵敏性。
本文在Matlab的编程环境下,分析了当前的变压器仿真的方法。
在单相情况下,分析了在饱和和不饱和的励磁涌流现象,和单相励磁涌流的特征。
在三相情况下,在用分段拟和加曲线压缩法的基础上,分别用两条修正的反正切函数,和两条修正的反正切函数加上两段模拟饱和情况的直线两种方法建立了Yd11、Ynd11、Yny0和Yy0四种最常用接线方式下三相变压器的数学仿真模型,并在Matlab下仿真实现。
通过对三相励磁涌流和磁滞回环波形分析,三相励磁涌流的特征分析,总结出影响三相变压器励磁涌流地主要因素。
三相逆变器matlab仿真
三相无源逆变器的构建及其MATLAB仿真1逆变器1.1逆变器的概念逆变器也称逆变电源,是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。
相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言,逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电,称为DC-AC变换。
这是与整流相反的变换,因而称为逆变。
1.3逆变器的分类现代逆变技术的种类很多,可以按照不同的形式进行分类。
其主要的分类方式如下:1)按逆变器输出的相数,可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。
2)按逆变器输出能量的去向,可分为有源逆变和无源逆变。
3)按逆变主电路的形式,可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。
4)…………….2 三相逆变电路三相逆变电路,是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。
图 1 三相逆变电路日常生活中使用的电源大都为单相交流电,而在工业生产中,由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电,例如三相电动机。
随着科技的日新月异,很多设备业已小型化,许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。
尽管这些设备外形发生了很大的变化,其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。
在一些条件苛刻的环境下,电力的储能形式可能只有直流电,如若在这样的环境下使用三相交流电设备,就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。
这就催生了三相逆变器的产生。
4MATLAB仿真Matlab软件作为教学、科研和工程设计的重要方针工具,已成为首屈一指的计算机仿真平台。
该软件的应用可以解决电机电器自动化领域的诸多问题。
利用其中的Simulink模块可以完成对三相无源电压型SPWM逆变器的仿真,并通过仿真获取逆变器的一些特性图等数据。
图 2 系统Simulink 仿真所示为一套利用三相逆变器进行供电的系统的Matlab仿真。
系统由一个380v的直流电源供电,经过三相整流桥整流为三相交流电,并进行SPWM正弦脉宽调制。
基于Matlab的三相桥式SPWM逆变器建模与仿真
基于Matlab的三相桥式SPWM逆变器建模与仿真柳凌;钱祥忠【摘要】对三相桥式逆变电路原理及其SPWM控制原理进行简单的分析,针对开环SPWM电压的不稳定提出一种电压闭环SPWM控制模型。
在Matlab/Simulink软件环境中分别建立了三相SPWM逆变器开环仿真模型和具有电压调节作用的SPWM闭环仿真模型,分别对其进行仿真分析。
仿真结果表明电压闭环SPWM控制比开环SPWM控制具有更好的动静态特性。
得出的结论对三相桥式逆变器的原理的理解、参数的确定、电路的设计有一定的参考价值和指导意义。
%This paper analyzed simply three phase full bridge active inverter principle and the SPWM control theory, to overcome disadvantages of open loop control, a voltage close loop control model is proposed. The three-phase SPWM inverter open loop simulation model and the SPWM voltage close loop control simulation model with the voltage regulating function has been established respectivly in Matlab /Simulink software environment,each of them was analyzed through the simulation. The simulation results show that the voltage close loop control has better dynamic and static characters. the conclusion has some reference value and guiding significance to understand the principle of three-phase bridge inverter ,the determ, ination of parameters,The design of the circuit.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2014(000)014【总页数】4页(P139-141,145)【关键词】三相逆变器;SPWM控制;Matlab/Simulink仿真;闭环控制【作者】柳凌;钱祥忠【作者单位】温州大学浙江温州 325035;温州大学浙江温州 325035【正文语种】中文【中图分类】TN99随着电力电子技术的飞速发展,特别是随着大功率全控型电力电子器件(如GTO IGBT MOSFET IGCT等) 的开发成功和应用技术的不断成熟,电能变换技术出现了突破性进展,这也使得逆变器的SPWM技术[1]得到了快速发展和广泛应用。
基于Matlab的三电平SVPWM逆变器的仿真实现
基于Matlab的三电平SVPWM逆变器的仿真实现常国祥;金琴;宋红超;赵杰【摘要】A neutral point clamped three-level inverter is used to explain the scheme. We briefly analyze working principle and algorithm of SVPWM, proposing a simple building method of sector judge-ment model basedon Matlab. Through the observation and analysis of the simulation waveform, the cor-rectness of the algorithm is verified, also providing the basis for debugging and studying the actual hard-ware circuit.%以二极管钳位式三电平逆变器为研究对象,介绍了SVPWM的原理、算法,在Matlab的基础上提出了一种简单的扇区判断模型的搭建方法。
通过对仿真波形的观察、分析,验证了算法的正确性,也为实际电路的调试、研究提供了依据。
【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】4页(P42-44,57)【关键词】SVPWM;Matlab;逆变器;仿真;节能减排【作者】常国祥;金琴;宋红超;赵杰【作者单位】黑龙江科技大学电气与控制工程学院,哈尔滨150022;黑龙江科技大学电气与控制工程学院,哈尔滨150022;黑龙江科技大学电气与控制工程学院,哈尔滨150022;黑龙江科技大学电气与控制工程学院,哈尔滨150022【正文语种】中文【中图分类】TP391.920世纪80年代,A.Nabae等人首次提出了中点钳位式逆变器,它的出现为高压大容量电压型逆变器开辟了一条新思路。
三相桥式电压型逆变器电路的建模与仿真实验
三相桥式电压型逆变器电路的建模与仿真实验摘要:本文在对三相桥式电压型逆变电路做出理论分析的基础上,建立了基于MATLAB的三相桥式电压型逆变电路的仿真模型并对其进行分析与研究,用MATLAB 软件自带的工具箱进行仿真,给出了仿真结果,验证了所建模型的正确性。
关键词:逆变;MATLAB;仿真第一章概述1.1电力电子技术顾名思义,可以粗略地理解,所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。
电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。
通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。
电力电子技术中所变换的"电能"和"电力系统"所指的"电力"是有一定差别的。
两者都指"电能",但后者更具体,特指电力网的"电力",前者则更一般些。
具体地说,电力电子技术就是对电能进行变换和控制的电子技术。
更具体一点,电力电子技术是通过对电子运动的控制对电能进行变换和控制的电子技术。
其中,用来实现对电子的运动进行控制的器件叫电力电子器件。
目前所用的电力电子器件均由半导体材料制成,故也称电力半导体器件。
电力电子技术所变换的"电力",功率可以大到数百兆瓦甚至吉瓦,也可以小到数瓦甚至是毫瓦级。
信息电子技术主要用于信息处理,而电力电子技术则主要用于电力变换,这是二者本质上的不同。
1.2电力电子技术的应用(1)一般工业中,采用电力电子装置对各种交直流电动机进行调速,一些对调速性能要求不高的大型鼓风机近年来也采用变频装置以达到节能的目的,除此之外,有些对调速没有特别要求的电机为了避免启动时的电流冲击而采用软启动装置,这种软启动装置也是电力电子装置。
电化学工业大量使用直流电源,电解铝、电解食盐水以及电镀装置均需要大容量整流电源。
电力电子产品还大量应用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。
基于MATLAB的三相变压器仿真建模与特性分析
变 压 器 是 电力 系 统 的 重 要 组 成 部 分 .它 的 电磁 特 性 影 响 着 整个 电力 系统 的性 能 和 正 常 运行 变压 器铁 心饱 和 状 态 的 研 究 是 变 压 器 分 析 故 障 的 关 键 .因 此 考 虑 铁 心 饱 和 特 性 的变 压 器仿 真模 型 的建立 与特 性分 析十分 必要 .并 给 变压 器设 计 以 及 变压 器继 电保 护装 置提 供可靠 的参 考依 据 .具有 重 要意 义 。
一 、 二 次 绕 组 磁 链 的 端 电压 方 程 为 :
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磁 链 的 饱 和 值 和非 饱 和 值 的关 系 及 饱 和 值表 达式 :
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一 三 相 变 压 器 数 学 建 模 、
为 了 对 变 压 器 的 非 线 性 特 性 的 各 种 状 态 进 行 较 准 确 的 数 字 仿 真 .本 设 计 对 三 相 双 绕 组 变 压 器 模 型 采 用 一 、二 次 侧 绕 组 磁 链 作 为状 态 变 量 .考 虑 铁 心 饱 和 因素 。建 立 了 一 种 仿 真 模 型
基于MATLAB的三相SPWM逆变电路与Dead time 对其影响的仿真
基于MATLAB的三相SPWM逆变电路与Dead time 对其影响的仿真电子信息工程学院通信工程二班顾问 2012214485一、MATLAB与Simulink简介MATLAB程序设计语言是美国MathWorks公司在20世纪80年代中期推出的高性能数值计算软件。
该公司经过三十年的开发、扩充、不断完善与更新换代,MATLAB已经发展成适合多学科切功能特别强、特别全的大型软件。
Simulink是MATLAB的一个附加组件,为用户提供了一个建模与仿真的工作平台。
由于它的许多功能都是必须基于MATLAB环境下运行的,因此也有人将其称之为MATLAB的一个工具箱。
它能够实现动态系统建模与仿真的环境集成,且可以根据设计及使用的要求,对系统进行修改与优化,以提高系统工作的性能,实现高效开发系统的目的。
二、三相SPWM逆变电路三相PWM 逆变器主电路 三相SPWM 逆变电路中,载波信号c u 仍为对称三角波,幅值为cm U ,频率为c f ,调制信号为三相正弦波sa u 、sb u 与sm u ,幅值为sm U ,频率为s f ,对于a 相桥臂,当sa u >c u 时,S1导通S4关断,当sa u <c u 时,S4导通S1关断,b 相和c 相类似。
下图为载波比p=3时的三相SPWM 逆变电路基本波形输出电压的谐波集中分布在s s k np k ωωω)(n c ±=±处,其中n=1,3,5,…时,k=3(2m-1)±1,m=1,2,3,…n=2,4,6,…时,k=6m+1,m=0,1,2,…,或k=6m-1,m=1,2,3,…所以,在载波频率的整数倍处的高次谐波不再存在。
SPWM的谐波分布一组一组集中分布于载波频率的整数倍频率两侧,且在每一组谐波中,随着k的增大,谐波值通常逐渐减小。
三、三相SPWM半桥逆变电路的仿真在仿真在Simpowersystems的“Electrical Sources”库中选择电压源模块,直流电压设置为530V,选择“Universal Bridge”模块,在对话框中选择桥臂数为3,构成三相半桥电路,开关器件选择带反并联二极管的IGBT,三相串联RLC负载模块选择Y型连接,设定额定电压为413V,额定功率为50Hz,有功为1kW,感性无功为500Var,SPWM控制信号由Simpowersystems中的“Discrete PWM Generator”产生,选择三桥臂六脉冲模式。
三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解
三相SPWM逆变器的调制建模和仿真详解随着电力电子技术的发展,SPWM正弦脉宽调制法正逐渐被人们熟悉,这项技术的特点是通用性强,原理简单。
具有开关频率固定,控制和调节性能好,能消除谐波,设计简单,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。
由于大功率电力电子装置的结构复杂,若直接对装置进行实验,且代价高费时费力,故在研制过程中需要借助计算机仿真技术,对装置的运行机理与特性,控制方法的有效性进行试验,以预测并解决问题,缩短研制时间。
MATLAB软件具有强大的数值计算功能,方便直观的Simulink建模环境,使复杂电力电子装置的建模与仿真成为可能。
本文利用MATLAB/Simulink为SPWM逆变电路建立系统仿真模型,并对其输出特性进行仿真分析。
首先介绍的是三相电压型桥式逆变电路原理,其次阐述了SPWM逆变器的工作原理及特点,最后详细介绍了三相电压源SPWM逆变器的建模与仿真结构,具体的跟随小编一起了解一下。
一、三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路如图1所示,电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式也是180导电方式,即每个桥臂的导电角度为180,同一相上下2个桥臂交替导电,各相开始导电的角度依次相差120。
这样,在任一瞬间,将有3个桥臂同时导通。
可能是上面一个臂下面2个臂,也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。
因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行的,因此也被称为纵向换流。
当urU》uc时,给上桥V1臂以导通信号,给下桥臂V4以关断信号,则U相相对于电源假想中点N的输出电压uUN=Ud/2。
当urU《uc时,给V4导通,给V1关断,则uUN=Ud/2。
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。
二、SPWM逆变器的工作原理及特点SPWM,他是根据面积等效原理,PWM波形和正弦波是等效的,对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到PWM波形。
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三相无源电压型SPWM逆变器的构建及其MATLAB仿真09 电气工程及其自动化邱迪摘要:本文简要介绍了三相无源电压型SPWM输出的逆变器的构建和工作方式及其MATLAB仿真。
关键词:三相逆变器正弦脉宽调制(SPWM)技术 MATLAB仿真Abstract: This paper introduces briefly the construction of 3-phase inverter which output SPWM wave and the MATLAB-based simulation.Key word:Three-phase inverter Sinusoidal Pulse Width Modulation Power electronic technology1逆变器逆变器的概念逆变器也称逆变电源,是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。
相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言,逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电,称为DC-AC变换。
这是与整流相反的变换,因而称为逆变。
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逆变器涉及的技术逆变器的构建应用了电力电子学科中的很多关键技术。
电路中电流的可控流通断开的过程中应用了多种可控硅类型的电力电子器件;开关的控制过程应用了基于微处理器的现代控制技术;对于正弦波形的仿制过程应用了正弦波脉宽调制(SPWM)技术等等。
逆变器的分类现代逆变技术的种类很多,可以按照不同的形式进行分类。
其主要的分类方式如下:1)按逆变器输出的相数,可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。
2)按逆变器输出能量的去向,可分为有源逆变和无源逆变。
3)按逆变主电路的形式,可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。
4)按逆变主开关器件的类型,可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管逆变等等。
5)按输出稳定的参量,可分为电压型逆变和电流型逆变。
6)按输出电压或电流的波形,可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。
7)按控制方式,可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。
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2 三相逆变电路三相逆变电路,是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。
图 1 三相逆变电路日常生活中使用的电源大都为单相交流电,而在工业生产中,由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电,例如三相电动机。
随着科技的日新月异,很多设备业已小型化,许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。
尽管这些设备外形发生了很大的变化,其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。
在一些条件苛刻的环境下,电力的储能形式可能只有直流电,如若在这样的环境下使用三相交流电设备,就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。
这就催生了三相逆变器的产生。
电压型三相逆变电路电压型逆变电路是指直流侧采用电压源的逆变电路,直流侧的电源能够提供幅值稳定不变的直流电。
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是一个电压型逆变电路原理图。
d U 为直流侧电压源,两侧各加一个电容用来稳定电压。
±A T 、±B T 、±C T 分别为ABC 三相的控制开关。
通过对三个开关的控制,便可以实现直流——交流(DC —AC )的转换。
现设一个周期时间为t ,将一个周期时间以0t 、1t 、2t 、3t 、4t 、5t 、六个时刻均分为六段。
0t 对应零时刻,O 点为等效接地点。
图 2 图1所示三相逆变电路进行特定开关控制后的波形图如错误!未找到引用源。
所示电路中按以下方式进行控制:0t 时刻:开关+A T 闭合,-A T 断开。
A 处电压变为2d U +。
1t 时刻:开关+C T 关闭,-C T 打开。
C 处电压变为2d U -。
2t 时刻:开关+B T 闭合,-B T 断开。
B 处电压变为2d U +。
3t 时刻:开关+A T 关闭,-A T 打开。
A 处电压变为2d U -。
4t 时刻:开关+C T 闭合,-C T 断开。
C 处电压变为2d U +。
5t 时刻:开关+B T 关闭,-B T 打开。
B 处电压变为2d U -。
下一周期的0t 时刻:开关+A T 闭合,-A T 断开。
A 处电压变为2d U +。
随后每个周期各个开关都一次按上述规律闭合断开,即可得到相位互差120°的三相交流电。
但其波形还是分段周期内的等电压幅值电。
其波形如错误!未找到引用源。
所示。
图 3 A 相开关同时闭合时的电路图由于开关的控制并不是理想的那么精密,在同一相的两个正负开关在各自闭合断开的瞬间有可能同时断开或同时闭合。
若同时闭合,如错误!未找到引用源。
所示,直流侧电压源短路发生危险。
因此,为保证两开关在断开闭合时不会发生重叠,在同时开关闭合瞬间改为一段死区时间,即两开关首先同时关闭一段时间d t ,而后其中一个开关再进行下一步闭合动作。
d t 时间内,正负开关均断开,而后再打开其中一个,保证了交替过程中不会有同时打开的可能。
d t 的具体时间长短则要根据实际中使用的器件性能参数予以确定。
加入死区后的三相电路波形如错误!未找到引用源。
所示。
图 4 加入死区后的波形图接入负载的三相逆变电路如错误!未找到引用源。
所示接入负载的三相逆变电路。
图 5 接入星形三相负载的三相逆变电路A Z 、B Z 、C Z 分别为ABC 三相的负载阻抗。
根据不同的性质,可分为电阻性阻抗、电容性阻抗和电感性阻抗。
其中,感性负载与容性负载的电流相位和电压相位是不同相的。
对于电感型的负载,电流不能突变,那么如错误!未找到引用源。
中的开关转换的时刻,因为正负向开关均断开,这样会在两侧造成很大的开路电压,极易造成器件或电路的损坏。
因此,需要对电路进行改进。
保护措施是为每个开关并联一个二极管。
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所示。
图 6 开关并联二极管后的电路加装六个二极管后,即使正负开关均闭合,也可为电流提供续流的通路,避免了发生上述危险情况。
3 正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)技术SPWM(正弦脉宽调制)技术是指利用PWM(脉宽调制)技术来模拟输出具有正弦特性的电压或电流波形。
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所示为电压源型SPWM调制原理,若把一个正弦半波划分为N等分,每一等分的正弦波形的面积都可用一个与该面积相等的等幅矩形脉冲来代替,矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。
于是,由N(图中N=12)个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦的半周等效。
这一系列矩形脉冲就是期望逆变器输出的正弦PWM波形(简称SPWM)。
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图 7 SPWM正弦波原理图 8 双极性SPWM产生原理每个脉冲的宽度可以由理论计算取得,但实际应用中常用正弦调制波(即信号波)与三角形脉冲(载波)的比较得出准确的闭合关断时刻。
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所示。
载波的频率直接影响了pwm脉冲的密度,这也直接影响了以该信号波作为控制信号的整流桥整流后的结果,通过Matlab仿真可以清楚的观察到影响。
4MATLAB仿真Matlab软件作为教学、科研和工程设计的重要方针工具,已成为首屈一指的计算机仿真平台。
该软件的应用可以解决电机电器自动化领域的诸多问题。
利用其中的Simulink模块可以完成对三相无源电压型SPWM逆变器的仿真,并通过仿真获取逆变器的一些特性图等数据。
图 9 系统Simulink 仿真错误!未找到引用源。
所示为一套利用三相逆变器进行供电的系统的Matlab仿真。
系统由一个380v的直流电源供电,经过三相整流桥整流为三相交流电,并进行SPWM正弦脉宽调制。
输出经过一个三相变压器隔离后通入一个三相的RLC负载模块(Three phase parallel RLC)。
加入了两个电压测量单元 voltage measurement和voltage measurement1,并将结果输出到示波器模块Scope1.4.1仿真中的各个模块及其参数设定1)整流桥图 10 通用三相整流桥模块图 11 Universal bridge 及其参数设置通用三相整流桥为Simulink中的Universal bridge模块。
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为该模块的参数设置对话框。
其中Number of bridge arms(桥臂个数)为3,Power Electronic device(电力电子器件)选用IGBT/Diodes(晶闸管)。
2)SPWM脉冲信号发生器模块图 12 SPWM脉冲发生器错误!未找到引用源。
为为控制通用三相整流桥产生SPWM的脉冲信号发生器,使用的是Matlab 中的Discrete PWM Generator模块。
该模块的作用即为为产生PWM而用以控制IGBTs等电桥的脉冲信号。
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为该模块的参数设置,在Generator mode选项中选择3-arms bridge(6 pulse),既三桥臂共需要六个脉冲信号用以控制如错误!未找到引用源。
中所示的六个电子管。
Carrier frequency为载波频率,该频率的大小决定了一个周期内SPWM脉冲的密度(如错误!未找到引用源。
所示)。
Frequency of output voltage是输出电压的频率,此处设置为国内标准的50Hz。
图 13 PWM脉冲生成模块及其参数设置3)其他模块为模拟真实供电效果,在仿真系统中,整流桥输出的电压通入一个三相变压器后接入一个三相的RLC负载模块。
三相变压器的原边为三角形绕组,副边为星型绕组。
负载标称电压:220v,标称频率50Hz,有功功率:1000W,电感无功功率:0W,电容无功功率:500W。
图 14 变压器及负载模块4.2仿真特性分析在仿真中,在整流桥的输出和变压器的输出加上了电压测量模块,并将测量显示在了一个示波器模块上。
仿真时间设定为。
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所示便是仿真后的输出结果,上部分为整流桥的输出波形,下部分为变压器副边的电压波形。
图 15 示波器输出波形将示波器的横轴时间设定为后的图形如下:图 16 内的波形图观察波形可知,没半个周期输出的脉冲数为21个。
载波频率与输出电压频率改变对波形的影响1.将Discrete PWM Generator模块中的载波频率有原来的1080Hz提高至2160Hz。
所得波形如错误!未找到引用源。
所示。
图 17 载波频率为2160Hz时的波形图1可以清楚的观察到,PWM脉冲密度加大,正弦波形较原来更加光滑。
放大后的波形图如下:图 18 载波频率为2160Hz观察图形可知,没半个周期内的脉冲个数为43个。