三相逆变器设计与仿

三相逆变器设计与仿真1.设计数据要求输出电压V0：220V输出频率f：50HZ负载功率因数cos中：0.8-1过载倍数：1.5倍输出功率P0：6KVA负载参数的计算负载输出部分电路图，如图所示负载输出部分电路图，如图所示负载输出电路负载电阻最小值计算当cos9=1时，负载电阻计算计算公式为公式（3-1）；当cos9=0.8时，负载电阻计算公式为公式（3-2）R=V2+pR=V2+p=2202+6000=8.07。ooV2OPCOSoO22026000x0.8=10.08Q（3-1）（3-2）负载电感最小值计算负载无功功率Q为L1Q=Psin①=6义sin37。=3.6KVAL1O负载电感感抗ZL1为ZL1VZL1V2十L122023600=13.4Q负载电感L1为Z134L1=j==42.81mH2兀f2兀x50滤波电容计算滤波电容与负载并联，对逆变电路输出电流影响较大，所以设计滤波电路时选择滤波电容取滤波电容容抗等于负载电感感抗的2倍滤波电容容抗ZC为Zc=2Z=2x13.4=26.8QL1滤波电容C为=118.8"1_=118.8"2兀fZc―2兀x50x26.8实际取值120uF,由12个10uF的电容构成电容阻抗实际值ZC1为Z=-L-=1=26.5258QC12兀fC2兀x50x120x10一6无隔离变压器时，逆变器输出电流有效值长期最大电流入）为I0(长)220()2+8.07220()2=28.50A26.5258短期最大电流.短）为Io(短)(1.5x2208.07)2+(220Io(短)(1.5x2208.0726.5258无隔离变压器时，逆变器输出电流峰值TOC\o"1-5"\h\z长期电流峰值I为OP（长）I=2I=2x28.50=40.31AOP（长）0（长）短期电流峰值I为OP（短）I=2I=2x41.72=59.00A0P（短）o三相逆变器电路三相逆变电路三相逆变电路滤波电感计算1.滤波电感的作用1).减小输出电压的谐波电压2).保证滤波电压的传输2.设计滤波器时应该注意以下问题.滤波电路固有频率应远离输出电压中可能出现的谐波频率(例60倍频).32LC应该远小于1(即32LC<<1)3L.R应较小根据设计滤波器时要注意的问题要求而选择)L=1.5滤波电感L为1.51.5L===4.775mH2对2兀x50实际取值为5mH所以滤波电感感抗Z3L=2f=2兀X50X5X10-3=0.314Q

L=滤波电路的固有频率f'为f'f'=2-LC=197.511HZ2兀5x10-3x130x10-632LC=0.0923<<1满足要求逆变电路输出电压滤波及负载部分电路图，如图所以滤波及负载部分电路图，如图所以滤波及负载部分电路图在过载1.5倍的情况下：co卿=滤波及负载部分电路图在过载1.5倍的情况下：co卿=1时（即纯阻性）电感电流I与I间的夹角0为LR=arctan()1.5ZC=arctan(.)=11.47。1.5义26.5258电感电流I为I=II=I2+(1.5I)2

LCR220、/1.5x220、)2+()226.52588.07=41.72A电感L上的压降AV为LAV=IZ=41.72x0.341=14.23ALLL逆变电路的输出电压V为iVi=2202+14.232—2x220x14.23xcos(90。—11.47。)=217.62VcosW=0.8时(即阻感性)负载电感电流11与滤波电容电流1之差为1.5x220220I—I=-二1.5x220220—16333AL1CZZL1C13.426.5258I-1与I之间的夹角0为L1CR16.3330=arctan()=26.51。1.5x22010.08电感电流I为LI=(2I)2+(II)2=(1.5X220)2+(16.333)2=36.59ALRL1-C10.08电感L上的压降为AV为LAV=IZ=36.59x0.314=11.4卬LLL逆变电路的输出电压V为iV=2202+11.492-2x220x11.49xcos(90。+26.51°)=225.363V主开关器件的耐压主开关器件的耐压根据所有工作情况下的最高电压考虑，主开关器件所承受的最高电压一般出现在输入电压最高、输出负载最轻时，选主开关器件耐压为实际工作电压的2倍。取逆变电路在过载情况下的输出电压的2倍，即225.363*2=450.726V。在留有一定裕量下，实际选650V耐压的开关器件。输出滤波模型输出滤波电路图，如图所示TOC\o"1-5"\h\z中一「£七0UUUJ1Vi入V。输出滤波电路根据输出滤波电路写出如下关系式diL—=Vi-Vo-ri

dt1dVo..C=i-idt10

将式上面公式变换形式后的式下面公式Lsi=Vi-Vo-ri11CsVo=i-i1o根据上面公式画出输出滤波仿真模型，如图所示输出滤波仿真模型输出电压Vo与输入电压Vi的关系式为输出滤波仿真模型输出电压Vo与输入电压Vi的关系式为Vo=1Ls+rVi1

LCs2+rcs+1LCs2+rCs+1o三相逆变器的控制策略在给定输入切与负载扰动输入io共同作用下下，闭环输出Vo(s)为Vo=Ks2Vo=Ks2+Ks+Kv、dPiVi(S)-LCs3+(rC+K)s2+(K+1)s+KdPis(Ls+r)LCs3+(rC+K)s2+(K+1)s+K

dPiIo(s)其闭环特征方程D(s)为D(s)=LCs3+(rC+K)s2+(K+1)+K

dPi主导极点S为1、2S=-己3±j31-g2

1、2rrrr非主导极点S为3S二一成3(n=5-10)

3rr期望的特征方程D(s)为r。(s)=(S—S)(s—S)(s—S)=(52+2己3+002)(5+几己3)

rrlr2r3rrrrr根据极点配置法求解，得K=(n+2)^cdLC-rCdrrTOC\o"1-5"\h\zK=(2成2+1)32乙。—1

PrrK=ngCO3LCirr己是阻尼比3是自然振荡频率力为滤波电感。为滤波电容rr当己=0.8、3=3500、n=10sr=0.6Q时，代入到公式中求得rrKp=9.15Kd=0.02Ki=20658双闭环控制系统将滤波电感电流或滤波电容电流瞬时值作为反馈量引入控制系统，设置电流内化改善系统动态性能双闭环控制系统仿真模型有三种情况，如图所示双闭环控制系统仿真模型

如图所示，模型中负载扰动在内环之外，其优点是能方便的实现逆变器的过流保护，但对负载扰动的抗干扰性弱。双闭环系统闭环特征方程D(s)为KK―1i~2iLC~、rC+K1+KK―1i~2iLCD(s)=s4+2p-s3+1P-2P2i-s2+—1P-22P-1-S+LCLCLC四阶系统期望闭环主导极点"为S=一己3±j31一己21、2rrrr非主导极点S、S为34S=一m033rrS=一n534rr期望的四阶系统特征方程D(s)为rD(s)-(s2+203s+32)(s+m03)(s+n03)

rrrrrrrr根据极点配置法求解，得a-LCmn己2340rra=LC(m+n+2mn02)033rrra-LC[1+(2m+2n+mn)&2]32rr-LC(2+m+n)&33rra—CKa—CK-1K1ia—0K2iK2^1PK2P2PCK3+(1-a)K2+aKK-K2a=02i2