saber-无源逆变电路的仿真

主电路的元件
在设计中放置4只与igbt模板对应的IGBT元件,ref属性分别 为IGBT1,IGBT2,IGBT3和IGBT4,这4只IGBT的其它属 性值完全相同. 开 启 IGBT1 属 性 编 辑 器 界 面 中 , 将 鼠 标 的 光 标 移 动 到 saber_model 对 应 的 value 栏 上 后 单 击 鼠 标 左 键 , 将 出 现 STRUC model对话框,将其中的属性值分别设置为vt=3.9, cgs=0.58n,agd=0.05,coxd=1.7n,theta=0.01,kp=0.36, wb=0.0097,isne=6.5e-14,kf=1.8,tauhl=0.3u,rs=0.00, vtd=1m,saber_model属性的其它变量值为默认值,IGBT1 的其它属性值也接受默认值. 这是Motorola公司公布的mgm20n50资料.
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单相方波型电压逆变电路
主电路 控制电路1 控制电路2 不可调节的仿真结果
控制电路3 可调节时的仿真 返回
可调节时的仿真结果
主电路的元件
输入直流电压源对应的模板为v_dc,其ref属性值为 vdc,dc_value属性值为300. 输入电容对应的模板为c,其ref属性值为cin,属性 值c为1u. 在设计中放置一个电感,电感值为10mH,放置一 个电阻,其阻值为15 . 在设计中放置4只mur1560二极管,该元件为MAST 元件,为Motorola公司的产品,其属性值接受默认 值.
无源逆变的基本特点
从总体上讲,逆变电路的功率流向是从直流 侧到交流侧,但在逆变过程中也有从交流侧 到直流侧的过程,即在逆变过程中包含了整 流过程,因此设计逆变器时必须保证它能够 在4个象限工作. 电压型逆变电路的输出波形可能是电压方波, 也可能是PWM波.
单相方波型电压逆变电路的仿真
1,单相方波型电压逆变电路的类型. 2,单相方波型电压逆变电路的Saber模型.
不调节输出电压的Fourier仿真结果
单相方波逆变器的输出电压 脉冲的宽度为1800 时,输出 电压中除了基波分量外包含 的高次谐波分量均为奇次谐 波,其基波电压分量的幅值 为 π ,3,5,7,9次谐波 3 5 7 9 分量的幅值分别为,,和. 其中为直流侧的电源电压. 这样当输出电压脉冲的宽度 为时,输出电压基波分量的 幅值为381.97V,3,5,7, 9次谐波分量的幅值分别为 127.324V , 76.394V , 54.567V,42.441V.
CLK1,CLK2的属性值
1,它们与v_clock模板对应 . 2,CLK1的属性值为:initial为0,pulse为12, period为20m,tr为100n,tf为100n,width为 (0.5-bt)*20m,clock_delay为0,start_delay 为0,其它参数均设置为0. 3,CLK2的属性值为:start_delay为10m, 其它属性值与CLK1对应的属性值完全相同.
不调节输出电压的时域瞬态仿真结果
电路
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逆变电路控制电路的特点
电路工作过程中必须换相.在换相过程中, 有的桥臂要从导通转为关断,有的桥臂从关 断转为导通,如果采用全控器件作为开关器 件,在设计控制电路时一定要保证电路产生 的控制信号能够有效的开通和关断开关.本 设计选择K1,K2,K3和K4的原因就是使逻 辑1对应的电压值为20V,这样可以保证IGBT 的导通.如果在设计中使用了半控器件,则 要设计器件的关断电路.
PWM的生成
电路
单极性PWM
电路
负载电流,电压及IGBT GE间的波形
电路
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无源逆变电路的仿真
无源逆变的作用
无源逆变电路主要用在变频领域.把某种固定频率的电能转 变为另一种固定频率或频率可调节的电能称为变频,这种变 换通常有两种方式:一种是先把交流电能转变成直流电能, 然后再把直流电能转换成固定频率或频率可调的交流电能, 这种通过中间直流环节的变频叫间接变频,也被叫作交-直交变频;另一种方式是不通过中间环节而实现直接变频,叫 直接变频,也被称为交-交变频.交-直-交变频中交-直的过 程就是整流的过程,而直-交的过程就是无源逆变的过程. 由此可知许多变频电路就是由整流电路和无源逆变电路构成 的.无源逆变器输出的电压或电流除了频率可以调节外,幅 值也可以调整.
V1m = 4U d
电路
调节输出电压的逆变器的仿真
将v _clock1和v _clock2的脉冲宽度设置为5m, 将它们的clock_start均设置为(10m-wd)*0.5 .
电压脉冲宽度为5m时的时域瞬态仿真结果
电路
电压脉冲宽度为5m时的Fourier仿真结果
电路的改进
逆变电路的修改
CLK3的属性值:initial为0, pulse为12,period为20m, tr为100n,tf为100n,width 为10m,clock_delay为0, start_delay为10m.CLK4 的width为wd,start_delay 为0,其它属性均与CLK3相 同. CLK1的width属性值改为 10m,clock_delay属性值改 为0.CLK2的clock_delay 属性值改为0.
电路
电压方波宽度不调节的仿真
由于CLK1,CLK2的周期为20ms,将其脉冲宽度设 置为10ms.(width) 时域瞬态仿真分析的参数:End Time为50m;Start Time为0;Time Step为0.01m;Start Time为0; Run DC Analysis First为No,Plot After Analysis为 Yes-Open Only,在Input/Output标签下的参数为: Plot File为tr,Data File为tr,Initial Point File为dc, End Point File为tr,在Calibration标签下的参数为: Max Truncation Error 为 0.005 , Sample Point Density为1,其它参数均采用默认值.
PWM调制方式的无源逆变电路
脉冲宽度调制(PWM)是电能转换电路中常用的一种 控制技术.脉宽调制器的输出端为一系列宽度可变 的等高矩形脉冲,它根据输入电压的值(瞬时值)控 制输出电压脉冲的宽度,输出电压脉冲的宽度决定 了逆变器的输出电压,这样输入电压通过脉宽调制 器控制逆变器的输出电压.输入电压越高,脉宽调 制器输出电压的脉冲宽度就越宽,逆变器的输出电 压也就越高;反之,输入电压越低,脉宽调制器输 出电压的脉冲宽度就越窄,逆变器输出的电压也就 越低.采用PWM调制方式的无源逆变电路可以改善 电路输出电压的波形,减小输出电压波形的畸变程 度,减少对电网的污染.
类型
仿真模型
仿真
单相方波型电压逆变电路的类型
输出电压为方波的逆变器叫方波型无源逆变 器,方波型逆变器有两种主要的工作方式, 逆变器不调节输出电压的幅值,只调节输出 电压的频率,输出电压的幅值完全由输入端 的直流电压决定.还有一种工作方式就是逆 变器在调节输出电压频率的同时还要调节输 出电压的幅值.
电路修改后的仿真结果
作业
1,完成三相方波型电压逆变器的设计.其直流侧输入电压 为300V,直流侧的电容为1u,IGBT采用Motorola公司的 mgm20n50,与IGBT并联的二极管也采用Motorola公司的 mur1560.交流侧负载为阻感负载,电阻为15 ,电感为 10mH. 2,如果不需要调节逆变器交流侧的输出电压,交流侧的输 出频率为50Hz,分析三相方波型电压逆变器的工作过程.如 果要求交流侧输出电压的频率为60Hz,应该如何修改电路元 件的属性值.并得出修改后的仿真结果. 3,在直流电压不变的情况下是否可以控制(改变)逆变器的输 出电压(方波型),如能,请作出相应的仿真结果,并分析其 工作过程,如不能,请说明原因.
建立PWM调制方式的无源逆变器的Saber仿真电路
PWM的生成过程
PWM的特征
输出波形
周期性折线电压源v_ppwl的ppwl属性值
本设计中TRI1的ppwl属 性值为0,0;333.33u, -5;1m,5;1.333m, 0.也就是说,在0s时刻 周期性折线电压源TRI1 的输出电压为0V,在 333.33us时TRI1的输出 电压为-5V,在1ms时 TRI1的输出电压为5V, 在1.333ms时TRI1的输 出电压为0V.
电路
控制电路的元件
数字信号的延时元件.在设计中放置两个与 buf_l4模板对应的元件.该元件模板的tplh和tphl 属性值模拟了数字电路的延时特性.本设计中将 tplh设置为1n.
tphl 10u
tplh 20u 电路
控制电路的元件
在 设 计 中 放 置 4 只 与 id_d2a 模 板 对 应 的 元 件 , 其 saber_model属性值均设置为:von 20,vol 0,vxh 6,vxl 5,tr 100n,tf 100n,tdon 2n,tdoff 2n, rout 0.它确定了数字量转换为模拟电气量的规则. 在设计中放置4只电阻,它们的阻值均为50 . 在设计中放置2个与vcvs模板对应的电压控电压源, ref属性值分别为VG1和VG2,k属性值均为1.
电路
控制电路的元件
在设计中放置2个与v_clock模板对应的时钟 电压源,CLK1的属性值为initial为0,pulse为 12,period为 20m, tr为100n,tf为100n, width为wd,clock_delay为0,start_delay为 0,其余属性值均设置为0. CLK2的start_delay属性值为10m,其它属性 值与CLK1的属性值相同.