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1、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
2、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。
3、4 MATLAB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 4 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 vol
4、tage 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 5 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 6 SPWM脉冲发生器图 6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
5、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图 3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
6、功功率：0W，电容无功功率：500W。图 7 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 8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 8 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 9 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。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 10所示。
7、图 10 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 11 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 12 输出电压为100Hz 载波频率1080图 13 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
8、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 14 去除负载后的仿真波形b) 改变负载有功功率为100W。 图 15 减小负载有功功率为100W的波形减小负载后可以发现，在系统启动的初期，波形不稳定有很大的震荡而后期则趋于稳定，波形与1000W时相比并无差别。c) 改
9、变负载有功功率为10KW的波形图 16 有功功率为10KW时的波形增加有功功率后，启动时波形震荡减小能够较快进入稳态。增大容性功率后，波形较之前更为光滑，但启动时产生了波动，但进入稳态后波形仿制效果更佳理想。结论通过应用Matlab软件，构建了一个使用无源型三相逆变电路供电的系统，并进行了仿真。在对获得的仿真波形分析中，定性地讨论了逆变器的两个主要参数载波频率和输出电压频率以及不同负载对系统仿真结果的影响。获得以下结论：(一) 在电压输出频率一定的情况下，载波频率的大小决定了每个周期内的仿正弦脉冲个数，即决定了正弦波形的仿制质量。(二) 负载有功功率越大，系统进入稳态的时间越快，较小的负载有功功率会在暂态时产生很大的波动。(三) 负载的容性无功功率的增大，一方面可以使得正弦电压仿制质量提高，但另一方面会在暂态时产生过大的过载电压，并且延缓系统进入暂态的时间。(四) 负载的感性功率对于正弦电压的仿制并无太大影响。
