三相逆变器.ppt

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1、2023/3/131 课题题目课题题目 三相离网逆变器三相离网逆变器V/f控制的仿真研究控制的仿真研究本科毕业设计本科毕业设计终终期报告期报告2023/3/132内容提要内容提要结论结论MATLABMATLAB仿真仿真设计思路设计思路研究概述研究概述1.研究概述研究概述 本文主要研究三相逆变器的离网运行，通过对逆变器的控制，目的是使得最后输出的电压按正弦规律变化，而且其幅值稳定在311v，频率稳定在50Hz。控制方式采 用外环PI调节使其紧紧跟随电压的变换进行调节，以保持输出电压恒定。内环采用P调节；调制方式采用SPWM调制。由于PI无法实现无静差的跟踪交流量只能跟踪直流量，所以有必要利用ab

2、c-dq变换将三相交流量变为两相的直流量，为了分析和计算参数的方便其中涉及到了解锁的过程。2.设计思路设计思路q1 1 了解三相逆变器带负载运行的工作原理；了解三相逆变器带负载运行的工作原理；q2 2 双极性双极性PWMPWM的调制方式的调制方式q3 3 双闭环双闭环V/fV/f控制及控制方式控制及控制方式q4 4 离网逆变器的双闭环控制框图；离网逆变器的双闭环控制框图；q5 5 利用利用MATLABMATLAB完成整个仿真过程；完成整个仿真过程；设计思路三相逆变器的工作原理 电压型三相桥式逆变器电路的基本工作方式是电压型三相桥式逆变器电路的基本工作方式是180度导通方式度导通方式,即每个桥臂

3、的导通角度为即每个桥臂的导通角度为180,同一相同一相(即同即同一半桥一半桥)上下两个桥臂交替导电上下两个桥臂交替导电,各相开始导电的角度依次各相开始导电的角度依次相差相差120,这样这样,在任一瞬间在任一瞬间,将有三个桥臂同时导通将有三个桥臂同时导通.可能可能是上面一个臂下面两个臂是上面一个臂下面两个臂,也可能是上面两个臂下面一个也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通臂同时导通.因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行的间进行的,因此也被称为纵向换流。在上述因此也被称为纵向换流。在上述180导电方式导电方式的逆变器中的逆变器中,为了防止同一组上下两个桥

4、臂的开关器件同为了防止同一组上下两个桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源的短路时导通而引起直流侧电源的短路,要采取先断后通的方法。要采取先断后通的方法。2023/3/13q其中为直流侧母线电压，这里以直流电源代替；电容其中为直流侧母线电压，这里以直流电源代替；电容Ca和和Cb起到稳压的作用，起到稳压的作用，T1T6为为6个个IGBT开关管，以组成开关管，以组成三相桥式逆变器；三相桥式逆变器；L1L3为滤波电感，为滤波电感，C1C3为滤波电容；为滤波电容；Z1Z3为本地负载为本地负载。设计思路设计思路双极性双极性PWM调制调制qUo=Ud的的 正半周，正半周，V1通，通，V2断，断，V3和和V

5、4交替通断，交替通断，负载电负载电流比流比电压电压滞后，在滞后，在电压电压正半周，正半周，电电流有一段流有一段为为正，一段正，一段为负为负，负载电负载电流流为为正区正区间间，V1和和V4导导通通时时，Uo等于等于Ud，V4关断关断时时，负载电负载电流通流通过过V1和和VD3续续流流,Uo=0，负载电负载电流流为负为负区区间间，io为为负负，实际实际上从上从VD1和和VD4流流过过，仍有，仍有Uo=Ud，V4断，断，V3通后，通后，io从从V3和和VD1续续流，流，Uo=0，Uo总总可得到可得到-Ud和零两种和零两种电电平。平。Uo负负半周，半周，让让V2保持通，保持通，V1保持断，保持断，V3

6、和和V4交替通断，交替通断，Uo可得可得-Ud和零两种和零两种电电平平。q在在UrUr半个周期内，三角波半个周期内，三角波载载波有正有波有正有负负，所得，所得PWMPWM波也有正有波也有正有负负。在。在UrUr一个周期内，一个周期内，输输出的出的PWMPWM波只有波只有UdUd两种两种电电平，仍在平，仍在UrUr调调制信号和制信号和UcUc载载波信号的交点控制器件通断。波信号的交点控制器件通断。UrUr正正负负半周，半周，对对各开关器件的控制各开关器件的控制规规律相同，当律相同，当时时UrUrUcUc时时 ，给给V1V1和和V4V4导导通信号，通信号，给给V2V2和和V3V3关断信号，关断信号

7、，如如ioio00，V1V1和和V4V4通通,如如ioio0,VD10,VD1和和VD4VD4通通,UoUo=UdUd,当当UrUr UcUc时时,给给V2V2和和V3V3导导通信号通信号,给给V1V1和和V4V4关断信号关断信号,如如ioio00,VD20,VD2和和VD3VD3通通,UoUo=-=-UdUd.设计思路设计思路控制方式控制方式q 控制方式采用外环PI调节，使其紧紧跟随电压的变换进行调节，以保持输出电压恒定；内环采用P调节其中比例环节及时反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差；积分作用主要用消除偏差，以提高系统的无差度。由此可见，比例积分控制综

8、合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点，扬长避短，相互补充。比例部分能迅速响应控制的作用，积分部分则能最终消除稳态误差。比例调节作用：按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。设计思路设计思路V/f控制控制 V/f控制并不是我们通常意意上所说的一种控制方式，而是保证电压和频率恒定。在V/f控制下控制模块首先采集负载电压，然后利用负载电压参考值，最后通过电压闭环控制系统，产生逆变器所需要的控制信号，V/f控制使得电源能够通过改变自身的频率和电压来增加或减少相应的功率输出，保证了输出的电压和频率的稳定性。设计思路设计思路双闭环结构双闭环结构q

9、三相静止对称坐标系三相静止对称坐标系(a,b,c)中的逆变器一般数学模型交流侧均为中的逆变器一般数学模型交流侧均为时变交流量，因而不利于控制系统的设计，通过坐标变换将三相时变交流量，因而不利于控制系统的设计，通过坐标变换将三相对称静止坐标系对称静止坐标系(a,b,c)转换成以电网基波频率同步旋转的转换成以电网基波频率同步旋转的(d,q)坐坐标系，这样经坐标旋转变换后，三相对称静止坐标系中基波正弦标系，这样经坐标旋转变换后，三相对称静止坐标系中基波正弦变量将转化成同步旋转坐标系中的直流变量，从而简化了控制系变量将转化成同步旋转坐标系中的直流变量，从而简化了控制系统设计。统设计。q解锁以后进行解锁

10、以后进行d轴的分析可以得到轴的分析可以得到3.MATLAB的仿真的仿真2023/3/1314MATLAB仿真仿真控制模块控制模块 控制模块：如下是控制模块封装打开的图形，控制原理如下：给定电压与反馈电压作差得电压的误差信号，经PI调节，得电感电流的给定，与反馈回的电感电流作差后得电流的误差信号，经P调节得调制波，与三角载波进行SPWM调制后得驱动信号，以控制6个开关管。MATLAB仿真仿真仿真波形仿真波形q1.输出的功率只有有功功率的情况(1)功率图负载按满载半载空载变化。在00.05s期间，输出的功率为0w，0.050.1s期间，使输出的功率为4500w，0.10.15s期间，输出的功率为9

11、000w，0.150.2s期间，输出的功率又将为4500w，0.20.25s期间，输出的功率又变为0w。MATLAB仿真仿真仿真波形仿真波形可以观察查在负载发生变化时输出的电压发生波动，由功率图可知在相应的时间时,功率发生变化。但是在负载发生变化前后电压又稳定。（2）电压波形图输出电压的dq轴分量：通过图可以观察到输出的电压幅值稳定在311v在0到0.25s期间，有由于负载的波动而引起的电压的波动的过程，但最终由于PI的控制，使输出的电压稳定在311vMATLAB仿真仿真仿真波形仿真波形（3）电流波形图结合功率图可以观察出:00.05s空载时电阻无穷大，输出的电流为0；0.050.1半载时，电

12、流是满载的一半；0.10.15s电阻达到满载，此时电流最大。输出电流的dq轴分量：由图可以看出只有随着负载的变化，电流也在发生变化。MATLAB仿真仿真仿真波形仿真波形q2.输出功率包含无功功率和有功功率时如下 1.功率图负载的变化时满载半载空载变化。在00.05s期间，输出的有功功率为0w，无功功率也为0w；0.050.1s期间，使输出的有功功率为4500w，无功功率为1000w；0.10.15s期间，输出的功率为9000w，无功功率为3000w；0.150.2s期间，输出的有功功率又降为4500w，无功功率降为1000w；0.20.25s期间，输出的有功功率又变为0w，无功功率变为0.MA

13、TLAB仿真仿真仿真波形仿真波形q（2）电压波形图输出电压的dq轴分量 可以观察到输出的电压幅值稳定在311v在0到0.25s期间，有由于负载的波动而引起的电压的波动的过程，但最终由于PI的控制，使输出的电压稳定在311v。MATLAB仿真仿真仿真波形仿真波形（3）电流波形图输出电流的dq轴分量：分析可知，由于每段时间输出的功率不同，电压恒定，所以输出的电流会发生变化。无论功率怎么变化，最终输出的电压幅值能稳定在311v。4.结论结论q1.本文的目的是通过控制电路的作用，使输出的电压幅值恒定且为311v，频率为50hz。控制电路采用的是通过电压外环采用PI控制，以保证输出的电压恒定，电流内环采

14、用P 控制，以加快响应速度。同时还加入了PWM 的调制，通过PWM 的调制作用，使输出的基波为正弦波。q2.因为PI无法跟踪交流流量，只能跟踪直流量，所以要进行ABC-dq变换，通过建立三相电压型PWM逆变器两相同步旋转坐标系下的数学模型,电压电流双闭环控制三相电压型PWM逆变器即利用电压外环实现对输出电压的稳定控制,电流内环实现对输出电流的控制。最终用MATLAB进行仿真，通过观察仿真的电压、电流、功率的波形，结果表明采用电压、电流双闭环控制的三相电压型逆变器具有良好的负载适应能力,在此过程中输出的有功功率发生变化时，电压在很短的时间内发生波动，但很快又恢复到原来的值，保证了电压幅值的恒定。