1、三相無源逆變器的構建及其MATLAB仿真1逆變器1.1逆變器的概念逆變器也稱逆變電源，是一種可將直流電變換為一定頻率下交流電的裝置。相對于整流器將交流電轉換為固定電壓下的直流電而言，逆變器可把直流電變換成頻率、電壓固定或可調的交流電，稱為DC-AC變換。這是與整流相反的變換，因而稱為逆變。1.3逆變器的分類現代逆變技術的種類很多，可以按照不同的形式進行分類。其主要的分類方式如下：1) 按逆變器輸出的相數，可分為單相逆變、三相逆變和多相逆變。2) 按逆變器輸出能量的去向，可分為有源逆變和無源逆變。3) 按逆變主電路的形式，可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式逆變。4) .2 三相逆變電路三相逆變

2、電路，是將直流電轉換為頻率相同、振幅相等、相位依次互差為120°交流電的一種逆變網絡。圖 1 三相逆變電路日常生活中使用的電源大都為單相交流電，而在工業生產中，由于諸多電力能量特殊要求的電氣設備均需要使用三相交流電，例如三相電動機。隨著科技的日新月異，很多設備業已小型化，許多原來工廠中使用的大型三相電氣設備都被改進為體積小、耗能低且便于攜帶的小型設備。盡管這些設備外形發生了很大的變化，其使用的電源類型三相交流電卻始終無法被取代。在一些條件苛刻的環境下，電力的儲能形式可能只有直流電，如若在這樣的環境下使用三相交流電設備，就要求將直流電轉變為特定要求的三相交流電以供使用。這就催生了三相逆

3、變器的產生。4 MATLAB仿真Matlab軟件作為教學、科研和工程設計的重要方針工具，已成為首屈一指的計算機仿真平臺。該軟件的應用可以解決電機電器自動化領域的諸多問題。利用其中的Simulink模塊可以完成對三相無源電壓型SPWM逆變器的仿真，并通過仿真獲取逆變器的一些特性圖等數據。圖 2 系統Simulink 仿真所示為一套利用三相逆變器進行供電的系統的Matlab仿真。系統由一個380v的直流電源供電，經過三相整流橋整流為三相交流電,并進行SPWM正弦脈寬調制。輸出經過一個三相變壓器隔離后通入一個三相的RLC負載模塊（Three phase parallel RLC）。加入了兩個電壓測量

4、單元 voltage measurement和voltage measurement1，并將結果輸出到示波器模塊Scope1.4.1 仿真中的各個模塊及其參數設定1) 整流橋圖 3 通用三相整流橋模塊其中Number of bridge arms（橋臂個數）為3，Power Electronic device（電力電子器件）選用IGBT/Diodes（晶閘管）。2) SPWM脈沖信號發生器模塊圖 4 SPWM脈沖發生器圖 4為為控制通用三相整流橋產生SPWM的脈沖信號發生器，使用的是Matlab中的Discrete PWM Generator模塊。該模塊的作用即為為產生PWM而用以控制IGBT

5、s等電橋的脈沖信號。為該模塊的參數設置，在Generator mode選項中選擇3-arms bridge(6 pulse),既三橋臂共需要六個脈沖信號用以控制如Error! Reference source not found.中所示的六個電子管。Carrier frequency為載波頻率，該頻率的大小決定了一個周期內SPWM脈沖的密度Frequency of output voltage是輸出電壓的頻率，此處設置為國內標準的50Hz。3) 其他模塊為模擬真實供電效果，在仿真系統中，整流橋輸出的電壓通入一個三相變壓器后接入一個三相的RLC負載模塊。三相變壓器的原邊為三角形繞組，副邊為星型繞

6、組。負載標稱電壓：220v，標稱頻率50Hz，有功功率：1000W，電感無功功率：0W，電容無功功率：500W。圖 5 變壓器及負載模塊4.2 仿真特性分析在仿真中，在整流橋的輸出和變壓器的輸出加上了電壓測量模塊，并將測量顯示在了一個示波器模塊上。仿真時間設定為0.1s。如圖 6所示便是仿真后的輸出結果，上部分為整流橋的輸出波形，下部分為變壓器副邊的電壓波形圖 6 示波器輸出波形將示波器的橫軸時間設定為0.01s后的圖形如下：圖 7 0.03s內的波形圖觀察波形可知，沒半個周期輸出的脈沖數為21個。4.2.1載波頻率與輸出電壓頻率改變對波形的影響1. 將Discrete PWM Generat

7、or模塊中的載波頻率有原來的1080Hz提高至2160Hz。所得波形如圖 8所示。圖 8 載波頻率為2160Hz時的波形圖1可以清楚的觀察到，PWM脈沖密度加大，正弦波形較原來更加光滑。放大后的波形圖如下：圖 9 載波頻率為2160Hz觀察圖形可知，沒半個周期內的脈沖個數為43個。由兩個仿真結果可見，載波頻率直接影響了波形的光滑度，載波頻率越大波紋越小仿正弦效果越好。但也應注意到頻率過高有可能對整流橋器件產生影響，所以也不能過于高。2. 載波頻率為1080Hz，將輸出電壓的頻率提高為100Hz后：圖 10 輸出電壓為100Hz 載波頻率1080圖 11 放大圖 輸出電壓為100Hz觀察波形，沒

8、半個周期內的脈沖個數為11個。改變輸出電壓后可以注意到，波紋想對于50Hz時變小了，但由于沒半個周期內的脈沖個數由21個變為了11個，所以仿正弦效果大大下降了，可見如若提高輸出電壓的頻率后，不改變載波頻率，逆變效果會打折扣。可見，在提高了輸出電壓頻率的同時，成比例的提高載波頻率，便可以使得仿正弦波保持原來的波形質量。4.2.2 改變負載對輸出的影響將載波頻率與輸出電壓頻率固定為1080Hz和50Hz。a) 去除負載后（既變壓器副邊開路）的仿真波形。圖 12 去除負載后的仿真波形b) 改變負載有功功率為100W。 圖 13 減小負載有功功率為100W的波形減小負載后可以發現，在系統啟動的初期，波

9、形不穩定有很大的震蕩而后期則趨于穩定，波形與1000W時相比并無差別。c) 改變負載有功功率為10KW的波形圖 14 有功功率為10KW時的波形增加有功功率后，啟動時波形震蕩減小能夠較快進入穩態。增大容性功率后，波形較之前更為光滑，但啟動時產生了波動，但進入穩態后波形仿制效果更佳理想。結論通過應用Matlab軟件，構建了一個使用無源型三相逆變電路供電的系統，并進行了仿真。在對獲得的仿真波形分析中，定性地討論了逆變器的兩個主要參數載波頻率和輸出電壓頻率以及不同負載對系統仿真結果的影響。獲得以下結論：(一) 在電壓輸出頻率一定的情況下，載波頻率的大小決定了每個周期內的仿正弦脈沖個數，即決定了正弦波形的仿制質量。(