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。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 3 通用三相整流桥模块

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 4 SPWM脉冲发生器

图4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。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Frequency of output voltage是输出电压的频率，此处设置为国内标准的50Hz。

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 5 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0.1s。如图6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 6 示波器输出波形

将示波器的横轴时间设定为0.01s后的图形如下：

图7 0.03s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。

4.2.1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

图8所示。

图8 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9 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。

由两个仿真结果可见，载波频率直接影响了波形的光滑度，载波频率越大波纹越小仿正弦效果

越好。但也应注意到频率过高有可能对整流桥器件产生影响，所以也不能过于高。

2.载波频率为1080Hz，将输出电压的频率提高为100Hz后：

图10 输出电压为100Hz 载波频率1080

图11 放大图输出电压为100Hz

观察波形，没半个周期内的脉冲个数为11个。

改变输出电压后可以注意到，波纹想对于50Hz时变小了，但由于没半个周期内的脉冲个数由21个变为了11个，所以仿正弦效果大大下降了，可见如若提高输出电压的频率后，不改变载波频

率，逆变效果会打折扣。

可见，在提高了输出电压频率的同时，成比例的提高载波频率，便可以使得仿正弦波保持原来的波形质量。

4.2.2 改变负载对输出的影响

将载波频率与输出电压频率固定为1080Hz和50Hz。

a)去除负载后（既变压器副边开路）的仿真波形。

图12 去除负载后的仿真波形

b)改变负载有功功率为100W。

图13 减小负载有功功率为100W的波形