三相兩電平逆變器的介紹和Simulink仿真

本文對三相兩電平逆變器的Simulink仿真建模及SPWM進行簡單介紹。

01三相兩電平逆變器的介紹

三相兩電平逆變器的電路結構如下圖所示，作為非?；镜?a href="www.qd573.com/article/special/" target="_blank">電力電子電路，眾多教科書中均有對該電路的原理介紹，本文不再對原理進行贅述，主要目的在于提供simulink仿真電路，與讀者交流學習。 下圖即為三相兩電平逆變器電路結構圖。

圖1 三相兩電平逆變器電路結構圖

三相兩電平逆變器SPWM調制方法包括單極性和雙極性兩種調制方法:

(1)如果在正弦調制波的半個周期內，三角載波只在正或負的一種極性范圍內變化，所得到的SPWM波也只處于一個極性的范圍內，叫做單極性控制方式。

(2)如果在正弦調制波半個周期內，三角載波在正負極性之間連續變化，則SPWM波也是在正負之間變化，叫做雙極性控制方式。

圖2 雙極性PWM控制方式

其中：載波比——載波頻率 fc與調制信號頻率 fr 之比N，既 N = fc / fr;

調制度――調制波幅值Ar與載波幅值Ac之比，即Ma=Ar/Ac;

同步調制——N 等于常數，并在變頻時使載波和信號波保持同步;

基本同步調制方式，fr 變化時N不變，信號波一周期內輸出脈沖數固定;

三相電路中公用一個三角波載波，且取 N 為3的整數倍，使三相輸出對稱;

為使一相的PWM波正負半周鏡對稱，N應取奇數;

fr 很低時，fc 也很低，由調制帶來的諧波不易濾除;

fr 很高時，fc 會過高，使開關器件難以承受。

以上就是三相兩電平逆變器SPWM的一些基本概念，下面進入正題。

02三相兩電平逆變器的Simulink仿真

下圖為matlab 2014上搭建的三相兩電平逆變器模型：

圖3 三相兩電平逆變器simulink仿真示意圖

該simulink模型主要包含電路部分，控制部分以及波形顯示三個部分。 采用閉環控制，對輸出電壓的平均值進行閉環，逆變器直流側電壓為900V，輸出電壓平均值為380V。 其中控制器如下圖所示：

圖4 三相兩電平逆變器控制器示意圖

控制器采用模塊封裝結構，分為輸出電壓平均值計算模塊，PI模塊，輸出電壓指令模塊和調制模塊。 均采用函數編寫。 其中SPWM調制結果如下圖所示，采用正弦波與三角波對比產生三相PWM波。

圖5 三相兩電平逆變器SPWM調制示意圖

以A相的調制過程為例，其中A相的載波與調制波，A相上管脈沖，A相下管脈沖分別如下圖三個子圖所示。

圖6 三相兩電平逆變器A相SPWM調制仿真

下圖為三相兩電平逆變器simulink模型的仿真結果，分別為濾波器逆變器濾波前線電壓波形，濾波后線電壓波形和輸出電流波形。

圖7 三相兩電平逆變器輸出電流電壓仿真波形