基于MATLAB／SIMULINK的三相电压型逆变器的快速仿真研究

SIMULINK的三相电压型逆变器的快速仿真研

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20年 01

第 5期

基于 M ATLAB/S M ULI I NK的三相

电压型逆变器的快速仿真研究余海洲刘丹伟黄声华 (中科技大学武汉 4 0 7 )华 0 4 3摘要：本文首先建立了三相电压型逆变器的连用数学模型.然后在￣ T A L B的 SMU I K环 I LN境中加以实现 .封装威— 匝模块 .可用于所有涉及到三相电压型逆变器的控制系统中进行仿用真研究 .

美键词：三相电压型逆变器 MA L B 1 T A S MUL N 1 K仿真

1引言MA L B语言是一种功能强大的计算 TA机辅助设计和仿真语言，尤其它提供的.

J 。,

SM LN I U I K仿真工具具有图形化、模块化的界面，易于实现控制系统的仿真等系列优点而倍受人们的青睐 .但遗憾的是，在

MA L B TA5 3以前的版本中没有提供三相电压型逆变器的仿真模型，而三相电压型逆变器在控制系统中如变频调速、高频开关电源、以及功率因数校正等系统中的应用却颇为广泛。为此，建立一种三相全桥逆变器的数学模型和通用模块显得尤为必要。本文建立了一种三相全桥逆变器的数学模型和仿真模型，模型简单、通用性好，仿真效率高， 井给出了一个仿真实例的仿真结果。

田 I三相电压型逆变器的等效拓扑结构

拓扑结构如图】示 .所

由于同一桥臂的两个开关管不能同时导通，任意时刻有且只有三个管于是导通的，设第 i开关管导通时， S=1个 .,否则S=0, .即

I 1,第i个开关管导通 。 l,筇 i开关管截 I (=l, 456 0个 i, 3,.) 2

2三相电压型逆变器的数学模型三相全桥逆变器有大功率晶体管( R)功率场效应管 ( GT、 MOS E )绝 FT、缘栅双极型晶体管 (I T)等器件，这些 GB

同时假设 L=L=L=L,耜参数完全 三对称，则 UN U UB Uc =l^++ 3 J

u:

(‘‘ ) u u( J

f1 l

器件一般由6开关管组成。仿真过程中，个在 可以用一个理想的开关 S来代替 .其等效的

( )S ( )S ( ) U/ S ( .

。 ) ,2

其中， s ()。 k=S一SSb k ( )=S一一S一 3。

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k值 O 7 .对应着 8开关状态取~时种u^、 U自 H、、

则每相的输出电压为l、 S{. YS f : J l k- lk一 2 () 2

Uc H、 S( ) s ( )、 S f ) k、 k k。

与开关 s~ s之闯的对应关系如表 f 所示

整个逆变器的微分方程模型可表示为

fi1( S)J]r a2k,- kU6 d S' ( S)一=￣k -L di bd tL

对微分方程组 ( 2)进行拉氏变换，并考虑到开关损耗 .将其等效成一个电阻 R,

得：

s(卜S(卜 S( J【 () k k k 6 3 ) d s(卜 S(卜 S()U 6 k k k一 h J墨

坐d t

Js=p k sf) S( U,( L} ) s(卜 k一 ( c 。6R— s 【= k一 k一 k U . R+ s s( S() s()"】 ] 6 L) 1 (:p k一 k~ U f+L) 5 s() S( S㈨] 6R s ) b( 4)

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s~ S之间的功能关系寰

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3模块化实现

三相电压型逆变器

圉 2三相全桥电压型逆变器的仿真模型

匿 3逆变器的封装模

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圈 4电流跟踪型 P M控制下的三相电压型逆变器的仿真 W

SMU I I LNK环境中建立的仿真模型如图 2所示。其中 P d cl P d c9为乘法器 . r ut~ r ut o o SmI、S m2、 Sm3减法器 . Mu u u u为 x为复合器 .F n、 Fn c l c2、 Fn c 3为函数发生器。 开关量 S、 S、 S、 S 、 、 S、 S过乘 经

Sm u a、 S m b、 S m u u c为减法器 . b、 R l c滞环比较 ea y为器 .当比较器的输入大于正的阈值时 .比较器输出为 I小于负的阈值时，输出为 0;,a、 Rely a——

Rel y a

Lo c gial a—

、 Lo c l b、 Lo c l gia gia——

c逻为

法和减法运算 .得到开关函数 S () S ( 。k、 k、 J S() k .然后经过函数发生器 Fn、 F n c I c 2、Fn c3按照式 (作用 .与输入电压 u 2)再相乘，分别得到三相逆变器的输出电压 u…、

辑反相器，目的是为了保证同一桥臂的上下两个开关管一个处于导通，另一个截止 .避免直通。 U输入 3 0 0 V.电感值 L和等效电阻值 R可以随意选取 .在此取 L=O0 5 R=3 .图 6、图 7分别为滞环 0H, n宽度为 0I O A时的三相电流波形 .从图 A,. 2中可以看出，环宽度越小，滞跟踪纹波越小， 效果越好 .图 8当滞环宽度为 0 A时逆变为 . 2器的 A相输出电压波形。

u .图 3逆变器的封装模型 .为 为

一

7输入，3输出的封装模块 .在需要时可

以直接进行调用。

4仿真实例图 4是三相电压型逆变器的仿真实例图，本系统在 MA L 5 T AB SMU I K环 3的 I LN境下完成 .在赛扬 4 6 C机上经过验证，电 6P路采用滞环电流跟踪型 P WM控制 .由三路给定的正弦信号 Sn Wae、 Sn Wae ie vA ie v B、 SnWae i e vC作为参考电流，其幅值为！, A频率为 5H 0 z.相位互差！ 3.图 5示， 如所

5结论从以上仿真实例的仿真结果可以看出.

三相电压型逆变器的仿真模型是正确的，实现较为简单，且由于它不考虑开关器件的类

型，可以广泛地实用于由 GT R、 MOS E F T、

[B G 7等电力电子器件所组成的三相电压型

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匿 5给定电流波形

圈 6滞环宽度为 0I时的输出电流浊彤 .A

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圈 7滞环宽度为 02时的输出电流波形 .A

臣 8滞环宽度为 02时的 A相输出电压波形 .A京：北京航空航天大学出版杜 . 1 9 .2 6- 4 . 9 7 2 - 2 8[]镉雄，陈婉儿.脉宽调制技术 .汉；华中理 2李武

全桥逆变器以及由它所组成的控制系统中。参考文献[]志涌，瑞植 . 1张刘橱祖樱 .掌握和精通￣ T A . LB北

工大学出版杜 . 1 9 .3— 4 . 96 5 6

Re e r h o s mu a in o Th e— ha eVot g—y eI v re s a c fFa t Si lto f r e p s la et p n e t ri A T LA B/ M U LI nM SI NKYu Ha z o, Li ih u u Dan e, H u n e g u w i a g Sh n h a

(Hu z o gUn v r i o ce ' d Te h l g, u n 3 0 4, i a a h n i e sU' fS i nt an c noo y W ha 4 0 7 Ch n ) e

Ab tr c Th sp e r s n sa ma h ma ia o l fTh e— h s s a t: i ap rp e e t t e tc lm de o r e p a eVo t g‘y e I。re la e t p n、 t r eand r alz s i ne albl el i M t L I K e i e t asa ge r o￣ n SI N TO O L B O X f M A TL AB - hi h c l o . w c “I be

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