三相逆变器电流滞环控制仿真
(完整版)三相逆变器SPWM的仿真
目录一摘要 (2)二三项逆变器SPWM调制原理 (2)三SPWM逆变电路及其控制方法 (2)3.1SPWM包括单极性和双极性两种调制方法 (2)3.2调制法 (3)3.3特定谐波消去法 (4)四三相桥式逆变器SPWM调制的仿真型 (5)4.1SUBSYSTEM封装模块 (6)4.2SUBSYSTEM1封装模块 (7)五三相桥式逆变器SPWM调制的仿真波形 (7)六频谱分析 (14)6.1对相电压UN’、VN’、WN’输出电压进行谐波分析 (14)6.2对负载的线电压U UV、U VW、U WU的输出波形进行谐波分析 (16)6.3负载VN的相电压UN、VN、WN输出波形进行谐波分析 (17)七结语 (19)八参考文献 (19)三相逆变器双极性SPWM调制技术的仿真一摘要：在电力电子技术中，PWM（Pulse Width Modulation）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。
即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
本论文以三相逆变器双极性SPWM调制技术的仿真为例，通过运用了Matlab/Simulink和Power System Block(PSB)电力系统模块集工具箱仿真环境，对电路进行建模、计算和仿真分析。
通过调节载波比N，用示波器观看输出波形的改变。
另外，采用subplot作出相电压、相电流、线电压、不同器件所承受的电压波形以及频谱图，并加以分析。
关键词：PWM 三相逆变器载波比N 示波器仿真波形二三相逆变器SPWM调制原理在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
图1中各个形状的窄脉冲在作用到逆变器中电力电子器件时，其效果是相同的，是指环节的输出响应波形基本相同。
重要理论基础——面积等效原理a)矩形脉冲b)三角脉冲c)正弦半波脉冲d)单位脉冲函图1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲三SPWM逆变电路及其控制方法3.1 SPWM包括单极性和双极性两种调制方法（1）如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。
电流滞环控制的逆变器仿真研究
电流滞环控制的逆变器仿真研究郭鹏;齐安新;马载恒;杨昊;高丁义【摘要】随着传统能源的衰竭,人们开始研究新的能源,如风力发电、太阳能发电等.能否将零散的电源灵活、高效的运用,逆变器发挥着重要的作用.本设计采用MATLAB/SIMULINK2015为平台,以电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)为控制单元搭建了一种单相全桥逆变器仿真系统.整套系统主要由主电路、控制电路和采样电路三部分组成.在调制方法的选择上利用了双极性调制的方式.系统给定电流为逆变器的参考电流,反馈电流为逆变器输出电流,实现了闭环控制.设计的滞环控制逆变器输出电流能跟随参考电流变化,输出交流电流正弦度好,总谐波失真率较小,仿真结果与理论分析的数据基本吻合,说明了实际的可操作性.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2019(027)011【总页数】5页(P161-165)【关键词】电流滞环;逆变器;仿真研究;滤波器【作者】郭鹏;齐安新;马载恒;杨昊;高丁义【作者单位】陕西省地方电力(集团)有限公司宝鸡供电分公司,陕西宝鸡721000;陕西省地方电力(集团)有限公司宝鸡供电分公司,陕西宝鸡721000;陕西省地方电力(集团)有限公司宝鸡供电分公司,陕西宝鸡721000;陕西省地方电力(集团)有限公司宝鸡供电分公司,陕西宝鸡721000;陕西省地方电力(集团)有限公司宝鸡供电分公司,陕西宝鸡721000【正文语种】中文【中图分类】TM315进入21世纪以来，随着能源危机和环境危机的日益加重，新能源发电及其相关研究得到了前所未有的重视[1]。
风能、太阳能等新能源的并网发电均离不开逆变器。
在控制方面，对并网逆变器的要求是能实时检测电网电压的幅值、频率、相位，以保持与电网电压同步，为无冲击并网做好准备，并且要求输出电压、电流的谐波小[2]。
早期的逆变器在控制方面使用了SPWM算法来实现对整体系统的控制功能，但缺点如下所示[3-6]：其一如果负载是非线性的话，逆变器的适应能力就不是很好了，逆变器的输出端的电压的波形就会发生严重的变形甚至不为正弦波，输出的波形就不在完整；其二是控制时间，控制发出的控制信号在控制时间上总有控制不到的地方，同样也会让逆变器的输出端电压的波形发生变形；其三是不具备反馈功能，由于不具备反馈功能导致整套系统的控制功能不够及时和准确。
基于同步旋转坐标的三相逆变器控制系统仿真
端相电压;u a b、u bc、u ca为负载端线电压。
图1中点插入Δ/Y型变压器的逆变器结构三相逆变电源中插入变压器的原边采用Δ型连接时可以阻止三相逆变桥输出的SPWM波形中的3次谐波分量输入到二次侧绕组中去。
Δ/Y型连接变压器的输出不存在零序电压,但是Δ/Y0型连接变压器的输出在负载不对称的情况下却存在零序电压,若此时在同步旋转坐标系下采用PI调节器进行控制,由于直流信号不通过变压器,零序电压分量并不能经过变压器输出到负载端,因此,逆变电源输出电压零序分量不可控。
但是在变压器一次侧的滤波电感对变压器的零序输图3三相逆变器主电路模块其中,T 2为负序旋转变换矩阵:T 2=23cos ωt cos(ωt+2π/3)cos(ωt-2π/3)-sin ωt -sin(ωt+2π/3)-sin(ωt-2π/3)[](9)从式子(5)、(8)得到正、负序分量经过abc/dq 变换后,分别转换为两个直流分量U d,p 、U q,p 和U d,n 、U q,n 。
参考量和输出电压正序分量的反馈量都是直流量,同步旋转坐标系PI 控制器的积分作用能迫使正序输出量无静差地跟踪参考量。
abc/dq 变换后,正、负序分量都为直流量,负序分量可以按照正序分量的补偿方法采用PI 控制器对负序分量进行无静差的跟踪。
根据此思想,将三相逆变器的输出进行正、负序分解,分别对正序和负序分量进行dq 变换,转换为直流分量,然后采用两组PI 控制器对正、负序进行补偿,达到零稳态误差调节,然后再分别经过dq 逆变换合成三相量。
图4三相负载线电压uo 与线电流io3系统建模根据控制原理,构建如图2所示的系统模块,其中子模块intever 为三相逆变器主电路模块,如图3所示。
图3中DC Voltage Source 是直流电源,值为183V,选择IGBT 为三相逆变桥开关器件,PWM 波的调制输出作为三相逆变桥中IGBT 的g定义三相电压不平度为三相线电压之间的最大偏差与额定输出电压的百分比,ZL 为额定逆变器负载值对应负载。
基于滞环电流控制三相整流器的开关频率分析与仿真
∑ｅ ＝ ∑ｉ ｋ ＝ Ｏ
式中： ｓ 为单极性二值逻辑 开关 函数 ； ｆ １上桥臂导通 ． 下桥臂关断 ０ 上桥臂关断 ． 下桥臂导通Ｌ ｋ ＝ 。 ＇ 。 ， ） ； ｉ 为Ｖ Ｓ Ｒ直流侧 负载 电流 ；
－ （ Ｓ ｋ －
）
（ ２ ）
设斩波开关周期 为 ． 则上式 的增量式为
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ ：ｈ ｙ ｓ ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｃ ｕｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ；ｓ ｗｉ ｔ ｃ ｈｉ ｎ ｇ ｒｅ ｆ ｑｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ；ｍａ ｔ ｈｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ；Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓｉ ｍｕ ｌ环控 制 三相 整 流 器 的开 关频 率 进行 了分析 ， 得 出开 关频 率 与 电感值 和 滞
环 宽度 的 关 系， 并在 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ环境 下进 行 了仿 真 ， 仿真 结果 验证 了分 析结论 。
关键 词 ： 滞环 电流控制 ； 开关频 率 ； 数 学模 型 ； Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ
电压型整流器拓扑 结构 ， 在 三相静止坐标 系（ ｏ ， ｂ ， ｃ ） 中， 利
用电路基 本定律（ 基尔霍夫 电压 、 电流定律） 对三 相电压型
整流器所建立 的一般数学描述。三相电压型整流器拓扑结 构如图 １ 所示 。
该数学模 型在 以下假设条件下建立 ： （ １ ）电网电动势为三相平稳的纯正弦波电动势 ｅ ， ｅ ，
ｅ ） ；
青睐 ．为使滞环 电流控 制技术在得 到 良 好 电流跟踪性 能、
功率 因数 的 同时 ， 有 效的控制 开关频 率 ， 有必 要对滞 环 电 流控制 技术开关 频率进行 分析 ，为设 计者 提供一定 的参
滞环控制
电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术的仿真桂寒 120100068摘要:电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术的仿真所采用的器件简单,利用simulink 工具分析了在电流跟踪控制中采用滞环宽度并讨论了滞环宽度与开关频率与控制精度之间的关系,给出了各波形。
关键词:电流滞环控制 脉宽控制 滞环宽度控制法 1. 前言 2.应用PWM 控制技术的变压变频器一般都就是电压源型的,它可以按需要方便地控制其输出电压,为此前面两小节所述的PWM 控制技术都就是以输出电压近似正弦波为目标的。
但就是,在电流电机中,实际需要保证的应该就是正弦波电流,因为在交流电机绕组中只有通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值,不含脉动分量。
因此,若能对电流实行闭环控制,以保证其正弦波形,显然将比电压开环控制能够获得更好的性能。
2、 电流滞环跟踪控制原理2、1 单相电流滞环控制原理常用的一种电流闭环控制方法就是电流滞环跟踪 PWM(Current Hysteresis Band PWM ——CHBPWM)控制,具有电流滞环跟踪 PWM 控制的 PWM 变压变频器的A 相控制原理如1图所示。
图1 电流滞环跟踪控制的A 相原理图图中,电流控制器就是带滞环的比较器,环宽为2h 。
将给定电流 *a i 与输出电流 a i 进行比较,电流偏差 ∆ a i 超过时 ±h ,经滞环控制器HBC 控制逆变器 A 相上(或下)桥臂的功率器件动作。
B 、C 二相的原理图均与此相同。
采用电流滞环跟踪控制时,变压变频器的电流波形与PWM 电压波形示于图6-23。
⏹ 如果, a i < *a i , 且*a i - a i ≥ h ,滞环控制器 HBC 输出正电平,驱动上桥臂功率开关器件V1导通,变压变频器输出正电压,使a i 增大。
当增长到与*a i 相等时,虽然滞环比较器的输入信号的符号发生了变化,但HBC 仍保持正电平输出,保持导通,使a i 继续增大 ⏹直到达到a i = *a i + h , a i = –h ,使滞环翻转,HBC 输出负电平,关断V1 ,并经过延时后驱动V4,直到电流的负半周V4才能导通。
三相逆变器电流滞环控制仿真
三相逆变器电流滞环控制仿真
1仿真模型
主电路如图1所示，使用“Three-Phase V-I Measurement”模块是为了检测实际的电流负载。
三相电流指令是相位互差的正弦信号。
图1 三相逆变器电流滞环控制仿真模型
电流滞环控制子系统模块（Current Regulator）内部结构如图2所示，滞环比较器采用的是“Relay”模块的环宽为0.2A。
图2 Current Regulator内部结构
2仿真结果分析与结论
交流相电压、相电流、线电压和直流电流波形在环宽分别为
、、和的图形分别如下。
负载谐波分析如下图图所示。
相电压和线电压的基本形状与SPWM逆变器类似。
电流近似正弦波，基本能够跟踪指令信号，在指令信号上下呈锯齿状波动。
负载电流的频谱与SPWM逆变器有着明显不同，它有各次谐波，不再像SPWM逆变器那样具有与载波频率有关的特定次谐波。
从环宽分别为、、和的交流相电压、相电流、线电压和直流电流波形可以看出，环宽过宽时，开关频率低，但跟踪误差增大；环宽过窄时，跟踪误差减小，但开关的动作频率过高，开关损耗随之增大。
滞环控制三相电流跟踪型逆变器的MATLAB仿真
7 滞环控制三相电流跟踪型逆变器的MATLAB仿真7.1滞环控制三相电流跟踪型逆变器的原理和仿真模型7.1.1滞环控制三相电流跟踪型逆变器的原理常用的一种电流闭环控制方法是电流滞环跟踪 PWM（Current Hysteresis Band PWM ——CHBPWM）控制，具有电流滞环跟踪 PWM 控制的 PWM 变压变频器的A相控制原理如7-1图所示。
图7-1 电流滞环跟踪控制的A相原理图图中，电流控制器是带滞环的比较器，环宽为2h。
将给定电流i*a 与输出电流i a进行比较，电流偏差∆i a超过时±h，经滞环控制器HBC控制逆变器A相上（或下）桥臂的功率器件动作。
B、C二相的原理图均与此相同。
⏹如果，i a < i*a ，且i*a - i a ≥h，滞环控制器 HBC输出正电平，驱动上桥臂功率开关器件V1导通，变压变频器输出正电压，使增大。
当增长到与相等时，虽然，但HBC仍保持正电平输出，保持导通，使继续增大⏹直到达到i a= i*a+ h，∆i a = –h，使滞环翻转，HBC输出负电平，关断V1 ，并经延时后驱动V4但此时未必能够导通，由於电机绕组的电感作用，电流不会反向，而是通过二极管续流，使受到反向钳位而不能导通。
此后，逐渐减小，直到时，，到达滞环偏差的下限值，使 HBC 再翻转，又重复使导通。
这样，与交替工作，使输出电流给定值之间的偏差保持在范围内，在正弦波上下作锯齿状变化。
从图 7-2 中可以看到，输出电流是十分接近正弦波的。
图7-2 电流滞环跟踪控制时的电流波形图7-2给出了在给定正弦波电流半个周期内的输出电流波形和相应的相电压波形。
可以看出，在半个周期内围绕正弦波作脉动变化，不论在的上升段还是下降段，它都是指数曲线中的一小部分，其变化率与电路参数和电机的反电动势有关。
图7-3 三相电流跟踪型PWM逆变电路图7-4 三相电流跟踪型PWM逆变电路输出波形因此，输出相电压波形呈PWM状，但与两侧窄中间宽的SPWM波相反，两侧增宽而中间变窄，这说明为了使电流波形跟踪正弦波，应该调整一下电压波形。
单相和三相逆变器SPWM调制技术的仿真与分析
目录1.引言 .......................................................................................... - 2 -2.PWM控制的基本原理........................................................... - 2 -3.PWM逆变电路及其控制方法............................................... - 3 -4.电路仿真及分析 ...................................................................... - 4 -4.1双极性SPWM波形的产生 . (4)4.2三相SPWM波形的产生 (6)4.3双极性SPWM控制方式单相桥式逆变电路仿真及分析-7-5.双极性SPWM控制方式的单相桥式逆变电路和三相逆变电路比较分析 .................................................................................. - 12 -6.结论 ........................................................................................ - 13 -7.参考文献 ................................................................................ - 13 -1. 引言PWM 技术的的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM 技术。
它使电力电子装置的性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。
PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
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三相逆变器电流滞环控制仿真
1仿真模型
主电路如图1所示，使用“Three-Phase V-I Measurement”模块是为了检测实际的电流负载。
三相电流指令是相位互差的正弦信号。
图1 三相逆变器电流滞环控制仿真模型
电流滞环控制子系统模块（Current Regulator）内部结构如图2所示，滞环比较器采用的是“Relay”模块的环宽为0.2A。
图2 Current Regulator内部结构
2仿真结果分析与结论
交流相电压、相电流、线电压和直流电流波形在环宽分别为
、、和的图形分别如下。
负载谐波分析如下图图所示。
相电压和线电压的基本形状与SPWM逆变器类似。
电流近似正弦波，基本能够跟踪指令信号，在指令信号上下呈锯齿状波动。
负载电流的频谱与SPWM逆变器有着明显不同，它有各次谐波，不再像SPWM逆变器那样具有与载波频率有关的特定次谐波。
从环宽分别为、、和的交流相电压、相电流、线电压和直流电流波形可以看出，环宽过宽时，开关频率低，但跟踪误差增大；环宽过窄时，跟踪误差减小，但开关的动作频率过高，开关损耗随之增大。