电力电子电路设计与仿真

1 设计

1.1 总体设计

根据本课题需要，我们需要设计一个逆变电源装置。我们需要设计出输入输出滤波电路、逆变电路、驱动电路、检测电路、保护电路等模块并设计出其参数，其结构框图如Figure 1 所示。

Figure 1 总体结构框图

1.2 逆变电源装置的主电路设计

电网的交流电经过二极管不控整流电路将交流电转换成脉动的直流电，经过直流滤波电路，使脉动的直流电的电压波形变得更加平滑，变成有一定纹波的稳压电源，经过三相逆变电路后，输出为三相交流电，再通过隔离变换电路，滤除三相交流电的直流成分，再经过输出滤波器，此时输出的三相交流电就能很好带动负载并能很好的的满足课题的需求。

Figure 2 主电路原理框图

1.2.1 负载参数的计算

Figure 3 等效负载

Ⅰ 负载电阻最小值

Ⅱ 负载电感最小值

1.2.2 滤波电容参数的计算

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，先选择设计滤波电容。首先取滤波电容容抗等于负载电感感抗的2倍

即

则有

我们取

。7个

250V 50HZ 交流电路用于60HZ时耐压降为60%。

即：250×0.6=150V > 110V

1.2.3 滤波电感参数的计算

滤波电感的作用是减小输出电压的谐波电压，保证基波电压的传输，即电感不可太大也不可以太小。选取的电感参数应满足以下几个条件：①滤波电路的固有频率应远离输出电压中可能出现的谐波频率，②

不应太大而接近于1，③

应该较小

我们取

，则有

实取L =1.6mH，则有

此时滤波电路的固有频率为

1.2.4 逆变电路的输出电压

Figure 4 逆变输出后的等效图

Ⅰ 空载

Ⅱ

①额定负载

②过载倍数为2时

Ⅱ

①额定负载

②过载倍数为2时

1.2.5 三相逆变电路输出正弦电压

Figure 5 三相逆变拓扑图

三相桥式逆变电路输出电压为

实际上由于桥臂上下管互补导通要保留“死区时间”，并且管子导通时有压降（

），输出电压达不到

K：与死区时间引起的降压系数（k<1）；

m：同一通路中开关器件个数，这里m=2；

由于

设

则有

取

E按有可能出现的最低电压取值380×0.9×1.35=461.7V 考虑整流电路降压后取450V

三相逆变电路输出电压为

1.2.6 三相逆变电路和输出电压匹配

无隔离变压器时，逆变输出电流有效值

Ⅰ 长期连续最大电流（一般满载）

阻性

阻感性

Ⅱ 短期最大电流（短期过载）（R与

支路过载）

阻性

阻感性

无隔离变压器时，逆变输出电流峰值

Ⅰ 长期输出电流峰值

Ⅱ 短期最大电流（短期过载）（R与

支路过载）

电压匹配：

则有

由于实际中变压器有内阻。需要考虑激磁等问题。对N略作调整

我们取N=0.86

满载

过载

1.2.7 开关器件的选择

开关器件的电流峰值

开关器件的电流可选为电流峰值的1.5~2倍。

长期连续情况下取2倍2×282.625=565.364A选600A经济

过载情况下取1.5倍 1.5×545.396=818.09A选900A安全

1.2.8 主开关器件耐压

主开关器件的耐压根据所有工况的最高电压考虑

设下管开通下管关断，则下管所受的最大电压为：

主开关器件承受的最高电压一般出现在输入电压最高，输出负载最低即空载的情况下。选开关元件耐压是实际工作电压的2倍，即1182.282V。实际选取1200V耐压的开关元件。

2 仿真

2.1 SPWM逆变线路的数学模型

：相应桥臂的开关函数

对于全桥逆变电路，

使用规则采样法

:是载波，

是调制波。

带入式子则有

2.2 输出滤波模型

输出滤波电路图，如图下所示

Figure 6

根据输出滤波电路写出如下关系式

变换形式后的式为

画出输出滤波仿真模型，如图所示

Figure 7

输出电压Vo与输入电压Vi的关系式为

2.3单相逆变器的控制策略

1.电压单闭环控制系统

单闭环控制系统仿真模型，如图所示

Figure 8

在给定输入Vi与负载扰动输入io共同作用下下，闭环输出Vo（s）为

其闭环特征方程

为

主导极点

为

非主导极点

期望的特征方程

为

根据极点配置法求解，得

是阻尼比

是自然振荡频率

为滤波电感

为滤波电容

当

、

、

、

时，代入到（11-6）、（11-7）、（11-8）中求得

2.4电流内环、电压外环双闭环控制系统

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

Figure 9 （a）

Figure 10 （b）