相逆变器设计与仿真

三相逆变器设计与仿真

1.设计

数据要求

输出电压V 0：220V

输出频率f ：50HZ

负载功率因数cos φ：

过载倍数：倍

输出功率P 0：6KVA

负载参数的计算

负载输出部分电路图，如图所示

负载输出电路

负载电阻最小值计算

当cos φ=1时，负载电阻计算计算公式为公式（3-1）；当cos φ=时，负载电阻计算公式为公式（3-2）

Ω=÷=÷=8.07000622022

o o p V R （3-1） Ω=⨯==10.088.00006220P 2

2

ϕCOS V R O O （3-2） 负载电感最小值计算

负载无功功率1L Q 为

负载电感感抗1L Z 为

负载电感L1为

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C Z 为

滤波电容C 为

实际取值120uF,由12个10uF 的电容构成

电容阻抗实际值 1C Z 为

无隔离变压器时，逆变器输出电流有效值

长期最大电流（长）O I 为

短期最大电流短）(0I 为

无隔离变压器时，逆变器输出电流峰值

长期电流峰值长）(OP I 为

短期电流峰值短）(OP I 为

三相逆变器电路

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

1).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）

2).LC 2ω应该远小于1（即12<

L ω应较小 根据设计滤波器时要注意的问题要求而选择5.1=L ω

滤波电感L 为

实际取值为5mH

所以滤波电感感抗L Z 为

滤波电路的固有频率'f 为

10923.02<<=LC ω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

在过载倍的情况下：

1cos =ϕ时（即纯阻性）

电感电流L I 与R I 间的夹角θ为

电感电流L I 为

电感L 上的压降L V ∆为

逆变电路的输出电压i V 为

8.0cos =ϕ时（即阻感性）

负载电感电流1L I 与滤波电容电流C I 之差为

C L I I -1与R I 之间的夹角θ为

电感电流L I 为

电感L 上的压降为L V ∆为

逆变电路的输出电压i V 为

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*2=。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

输出滤波电路

根据输出滤波电路写出如下关系式

将式上面公式变换形式后的式下面公式

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

三相逆变器的控制策略

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

)()1()()()()1()(23232s Io K s K s K rC LCs r Ls s s Vi K s K s K rC LCs K s K s K Vo i P d i P d i P d ++++++-+++++++=

其闭环特征方程)(s D 为

主导极点21、S 为

非主导极点3S 为

期望的特征方程)(s D r 为

根据极点配置法求解，得

r ξ是阻尼比 r ω是自然振荡频率 L 为滤波电感 C 为滤波电容

当8.0=r ξ、3500r =ω、10n =、Ω=6.0r 时，代入到公式中求得

Kp= Kd= Ki=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)(s D 为

LC K K s LC K K K K s LC CK K K s LC K rC s s D i

i i P i P i P P p

21122122213241)(++++++++=

四阶系统期望闭环主导极点21、S 为

非主导极点3S 、4S 为

期望的四阶系统特征方程)(r s D 为

根据极点配置法求解，得

将8.0=r ξ 3500=r ω 10==n m Ω=6.0r ，代入公式求得

a0=*10∧9 a1=3*10∧6 a2=700 a3=

K2p=307 K2i=50 K1p= K1f=

2．仿真

三相逆变器电路simulink 仿真图