電壓型無源逆變器的設(shè)計與仿真

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1、電壓型無源逆變器的設(shè)計與仿真一．設(shè)計要求1）完成電壓型無源逆變器的設(shè)計、仿真；2）設(shè)計要求：輸入：DC100V；輸出：AC60V，50Hz設(shè)計合理的濾波電路，使輸出負(fù)載電流接近正弦波。計算其主開關(guān)器件所承受的最大正反向電壓，器件的額定電流，并建立合適的仿真模型，對主電路進(jìn)行仿真。然后根據(jù)電壓型無源逆變器的驅(qū)動控制要求，設(shè)計其控制電路，產(chǎn)生符合電路驅(qū)動所要求的觸發(fā)波形。二．題目分析無源逆變的作用：無源逆變電路主要用在變頻領(lǐng)域。把某種固定頻率的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N固定頻率或頻率可調(diào)節(jié)的電能稱為變頻，這種變換通常有兩種方式：一種是先把交

2、流電能轉(zhuǎn)變成直流電能，然后再把直流電能轉(zhuǎn)換成固定頻率或頻率可調(diào)的交流電能，這種通過中間直流環(huán)節(jié)的變頻叫間接變頻，也被叫作交-直-交變頻；另一種方式是不通過中間環(huán)節(jié)而實(shí)現(xiàn)直接變頻，叫直接變頻，也被稱為交-交變頻。交-直-交變頻中交-直的過程就是整流的過程，而直-交的過程就是無源逆變的過程。由此可知許多變頻電路就是由整流電路和無源逆變電路構(gòu)成的。無源逆變器輸出的電壓或電流除了頻率可以調(diào)節(jié)外，幅值也可以調(diào)整。無源逆變的特點(diǎn)：從總體上講，逆變電路的功率流向是從直流側(cè)到交流側(cè)，但在逆變過程中也有從交流側(cè)到直流側(cè)的過程，即在逆變過程中包含

3、了整流過程，因此設(shè)計逆變器時必須保證它能夠在4個象限工作。電壓型逆變電路的輸出波形可能是電壓方波，也可能是PWM波。單向方波型電壓逆變器電路的類型：輸出電壓為方波的逆變器叫方波型無源逆變器，方波型逆變器有兩種主要的工作方式，逆變器不調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值，只調(diào)節(jié)輸出電壓的頻率，輸出電壓的幅值完全由輸入端的直流電壓決定。還有一種工作方式就是逆變器在調(diào)節(jié)輸出電壓頻率的同時還要調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值。電壓型無源逆變器有半橋逆變電路，也有全橋逆變電路，我們選用的是全橋逆變電路。電壓型全橋逆變電路的原理圖如下。7它共有四個橋臂，可以看成由兩個半

4、橋電路組合而成。把橋臂1和4作為一對，橋臂2和3作為一對，成對的兩個橋臂同時導(dǎo)通，兩對交替各導(dǎo)通180度。其輸出電壓u0的波形和半橋電路的波形u0形狀相同，也是矩形波，但其幅值高出一倍。在直流電壓和負(fù)載都相同的情況下，其輸出電流i0也和半橋的i0形狀相同，僅幅值增加一倍。在阻感負(fù)載時，還可以采用移相的方式來調(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓，這種方式稱為移相調(diào)壓。移相調(diào)壓實(shí)際上就是調(diào)節(jié)輸出電壓脈沖的寬度。在單相橋式逆變電路中，個IGBT的柵極信號仍為180度正偏，180度反偏，并且V1和V2的柵極信號互補(bǔ)，V3和V4的柵極信號互補(bǔ)，但V3

5、的基極信號不是比V1落后180度，而是只落后θ（0<θ<180).也就是說，V3、V4的柵極信號不是分別和V2、V1的柵極信號同相位，而是前移了180-θ。這樣，輸出電壓u0就不再是正負(fù)各180度的脈沖，而是正負(fù)各為θ的脈沖，由于輸入為DC100V，輸出幅值也是100V，要使輸出有效值是AC60V，50Hz，可以使θ=108，這樣可以使輸出電壓有效值為60V。各IGBT的柵極信號uG1～uG4及輸出電壓u0、輸出電流i0的波形如下圖所示。7下面對其工作進(jìn)行具體分析。(100Vx)/0.01s=60VX=0.006s(100Vx

6、°)/180°=60Vx=108設(shè)在t1=0.006時刻前V1和V4導(dǎo)通，輸出電壓u0為Ud=100V,t1時刻V3和V4柵極信號反向，V4截止，而因負(fù)載電感中的電流i0不能突變，V3不能立刻導(dǎo)通，VD3導(dǎo)通續(xù)流。因?yàn)閂1和VD3同時導(dǎo)通，所以輸出電壓為零。到t2時候V1和V2柵極信號反向，V1截止，而V2不能立刻導(dǎo)通，VD2導(dǎo)通續(xù)流，和VD3構(gòu)成電流通道，輸出電壓為-Ud。到負(fù)載電流過零并開始反向時，VD2和VD3截止，V2和V3開始導(dǎo)通，u0仍為-Ud。t3時刻V3和V4柵極信號再次反向，V3截止，而V4不能立刻導(dǎo)通，VD

7、4導(dǎo)通續(xù)流，u0再次為零。以后的過程和前面類似。這樣，輸出電壓u0的正負(fù)脈沖寬度就各為θ=108°。改變θ，就可以調(diào)節(jié)輸出電壓。在純電阻負(fù)載時，采用上述移相方法也可以得到相同的結(jié)果，只是VD1～VD4不再導(dǎo)通，不起續(xù)流作用。在u0為零期間，四個橋臂均不導(dǎo)通，負(fù)載也沒有電流。顯然，上述移相調(diào)壓方式并不適用于半橋逆變電路。不過在純電阻負(fù)載時，扔可采用改變正負(fù)脈沖寬度的方法來調(diào)節(jié)半橋逆變電路的輸出電壓。這時，上下橋臂的柵極信號不再各是180度正偏、180反偏并且互補(bǔ)，而是正偏的寬度為108、反偏的寬度為180-θ，二者相位差180度

8、。這時輸出電壓u也是正負(fù)脈沖的寬度各為θ。三．主電路設(shè)計、元器件選型及計算：7主電路的原件：輸入直流電壓源對應(yīng)的模板為v_dc，其ref屬性值為vdc，dc_value屬性值為100。輸入電容對應(yīng)的模板為c，其ref屬性值為cin，屬性值c為1u。本課題由于使用的是軟件仿真，