saber-无源逆变电路的仿真.ppt

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 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 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 返回 单相方波型电压逆变电路 返回 主电路 控制电路1 控制电路2 控制电路3 不可调节的仿真结果 可调节时的仿真结果 可调节时的仿真 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 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STRUCmodel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 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 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 tplh20u tphl10u 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 von20 vol0 vxh6 vxl5 tr100n tf100n tdon2n tdoff2n rout0 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 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 EndTime为50m StartTime为0 TimeStep为0 01m StartTime为0 RunDCAnalysisFirst为No PlotAfterAnalysis为Yes OpenOnly 在Input Output标签下的参数为 PlotFile为tr DataFile为tr InitialPointFile为dc EndPointFile为tr 在Calibration标签下的参数为 MaxTruncationError为0 005 SamplePointDensity为1 其它参数均采用默认值 不调节输出电压的时域瞬态仿真结果 电路 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 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 3 5 7 9次谐波分量的幅值分别为 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 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 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 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 CLK1 CLK2的属性值 1 它们与v clock模板对应 2 CLK1的属性值为 ini