三相电压型逆变电路 orcad、pspice.doc

电力电子建模与仿真题 目：三相电压型逆变电路 学生姓名： 学 号： 学 院： 摘 要 逆变电路在电力电子电路中占有十分突出的位置，而PWM控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用该技术。基于三相电压型逆变电路的工作原理，运用PWM技术使输出电压、电流接近正弦波。本文详尽分析三相逆变电压电路在感性负载情况下的工作原理，通过电路中电流流通状况，确定逆变电路的输出电压，同时，在这一分析过程中，三相PWM逆变电源的三相输出桥臂的控制信号由三角载波和调制波相比较给出。最后借助ORCAD仿真软件对该设计电路输出特性进行建模与仿真，为提高仿真效率和缩短仿真时间可提高电压和电流的绝对精度。仿真模型分别考虑了主电路和控制器的模型，较为精确的反映了实际情况。关键词：三相电压型逆变电路 PWM技术 ORCAD仿真目 录第一章 引言第二章 电路基本原理第三章 三相电压型逆变电路的建模仿真第四章 电路建模仿真结果第五章 设计小结第六章 参考文献一 引言随着大功率全控型电力电子器件（GTO、IGBT、MOSFET、IGCT）的开发成功和应用技术的不断成熟，电能变换技术出现了突破性进展。由于像逆变电源之类大功率电力电子装置结构复杂，直接对装置进行试验，耗资耗力，故借助计算机仿真技术对装置的运行机理与特性、控制方法的有效性进行验证，以预测并解决潜在的问题，同时缩短研制时间和减少研制费用。ORCAD/PSpice软件具有模拟、数字混合仿真功能，具备大量的模拟功能模型和系统分析能力，对于一个三相电压型逆变电路建立仿真模型，能够对其输出特性进行仿真分析。二、电路基本原理 在三相逆变电路中，应用最广的是三相桥式逆变电路，采用IGBT作为开光器件的电压型三相桥式逆变电路如下图1所示。 图1 三相电压型桥式逆变电路 三相电压型PWM逆变电路只要实现功能就是将直流电压变换成交流电压。图1中U、V、M三相的PWM控制通常公用一个三角波载波，三相调制信号、一次相差。U、V、W各相功率开关器件的控制规律相同，现以U相为例。当时，给上桥臂以导通信号，给下桥臂以关断信号，则U相相对于直流电源假想中点输出电压。当时，给以导通信号，给以关断信号，则。但与的驱动信号始终是互补的，当给（）加以导通信号时，可能（）导通，也可能是二极管续流导通，这是有阻感负载中电流方向决定，这就是三相桥式电路的双极型调制特性。由上分析，的波形是幅值为的矩形波，V、M两相情况跟U相类似。所以负载线电压、为负载相电压、为负载中点和电源中点间电压为负载三相对称时有，于是。所以也是矩形波，其频率为的3倍，幅值为其，即。三相逆变输出的电压与电流分析类似，负载参数已知，以U相为例，负载的阻抗角不一样，的波形形状和相位都有所不同，在阻感负载下时，从通态转换到断态时，因负载电感中电流不能突变，先导通续流，待负载电流降为零，才开始导通。负载阻抗角越大，导通时间越长。在时，时为导通，时为导通；在时，时导通，时为导通。、的波形与形状相同，相位一次相差。将三个桥臂电流相加可得到直流侧电流。在上述导电方式逆变器中，我们采用“先断后通”的方法来防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电压短路，使得在通断信号之间留有一个短暂的死区时间。三、三相电压型逆变电路的建模仿真 对于该电路我们采用OrCAD的模拟行为模型进行建模，由此构成仿真结构图如图2.图2 三相逆变器仿真结构图在该电路中，开关元件为IGBT直流电压与二极管的反并联单元组成，、是窄波信号源，相位差为，为正弦调制信号，由此可得到基本幅值信号 正弦调制电压/窄波调制电压这里已知直流侧电压为100V，正弦波电压取10V，窄波电压取6V，频率为50Hz，仿真时间设置为100ms。表函数ETABLE在库ABM里的找到，是对比较器进行建模，用于比较两个输入端的三角波信号正弦波参考信号的大小，并据此产生PWM控制信号，实现二电平开关函数，双击模型设置参数为四个相位点（-1,10），（-0.1,-10），（0.1,10），(1,10)。而Eaf作为开关模型，使得在同一桥臂上，Z1和Z2不能同时导通。图中，R1同R2、R3的作用一样能够改变输出电流值。而直流侧小电容的作用是为了减少在调制波波形消除直流侧电压谐波时对逆变器输出电压的影响。由此我们可以进行模拟仿真，观察电路输出特性。（输出的相电压和线电压波形以及输出电流波形）。为使得仿真作业时间减少，我们可以通过设置Simulation Settings栏的Parametric Sweep中Option中的电压和电流的绝对精度来提高收敛性从而减少仿真作业时间。四、电路建模仿真结果对系统进行相关参数设置后，我们运行过得到到示波器图形如下所示： 图3 输出线电压波形 图4 输出相电压波形 图5 输出电流波形从波形图上可以看出，负载电压非常接近正弦波，如果要使得更接近正弦波，我们可以在逆变器的输出经过一个LC滤波器，可以大大地减少逆变电源输出电压的谐波。三相LC滤波器是有三相电感和电容组合封装成的一个模块。如图6 图6 LC滤波电路系统模型五、设计小结本次设计针对三相电压型逆变的电路进行OrCAD软件仿真建模，让我们重新回顾了电压型逆变电路的工作特性，通过逆变电路，使得直流电压变交流电压，这是我们通过预测及其模拟仿真结果得到的输出电压波形来进一步证实的，并且与负载阻抗角无关，而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同，这是在我们理论知识上建立的。在本次仿真过程中，我们理由软件中提供的基本模块，建立的相过函数运用，才能够较准确地反映仿真结果，较定量地分析了逆变电源的输出特性。本仿真模型和仿真方式，同样适用于其他电力电子线路。六、参考文献1. 黄俊 王兆安 电力电子技术 北京机械工业出版社 2000.92朱桂萍 陈建业编著 电力电子电路的计算