三相逆变器Matlab仿真.docx
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三相逆变器Matlab仿真
三相无源电压型SPWM逆变器的建立及其MATLAB仿真09电气工程及其自动化邱迪纲要：
本文简要介绍了三相无源电压型SPWM输出的逆变器的建立和工作方式及其MATLAB仿真。
重点词：
三相逆变器正弦脉宽调制（SPWM）技术MATLAB仿真
Abstract:
Thispaperintroducesbrieflytheconstructionof3-phaseinverterwhich
outputSPWMwaveandtheMATLAB-basedsimulation.
Keyword:
Three-phaseinverterSinusoidalPulseWidthModulationPowerelectronic
technology逆变器
逆变器的观点
逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为必定频次下沟通电的装置。
相关于整流器将交
流电变换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频次、电压固定或可调的沟通电，
称为DC-AC变换。
这是与整流相反的变换，因此称为逆变。
错误!
未找到引用源。
逆变器波及的技术逆变器的建立应用了电力电子学科中的好多重点技术。
电路中电流的可控流通断开的过程中应
用了多种可控硅种类的电力电子器件；开关的控制过程应用了鉴于微办理器的现代控制技术；关于
正弦波形的仿造过程应用了正弦波脉宽调制（SPWM）技术等等。
逆变器的分类现代逆变技术的种类好多，能够依据不一样的形式进行分类。
其主要的分类方式以下：
1）按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。
按逆变器输出能量的去处，可分为有源逆变和无源逆变。
按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。
按逆变主开关器件的种类，可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管逆变等等。
按输出稳固的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。
按输出电压或电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。
按控制方式，可分为调频式（PFM）逆变和调脉宽式（PWM）逆变。
错误!
未找到引用源。
三相逆变电路三相逆变电路，是将直流电变换为频次同样、振幅相等、相位挨次互差为120°沟通电的一种逆
变网络。
图1三相逆变电路
平时生活中使用的电源多数为单相沟通电，而在工业生产中，因为诸多电力能量特别要求的电
气设施均需要使用三相沟通电，比如三相电动机。
跟着科技的日异月新，好多设施业已小型化，许
多本来工厂中使用的大型三相电气设施都被改良为体积小、耗能低且便于携带的小型设施。
只管这
些设施外形发生了很大的变化，其使用的电源种类——三相沟通电却一直没法被取代。
在一些条件
苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境下使用三相沟通电设施，就要
求将直流电转变成特定要求的三相沟通电以供使用。
这就催生了三相逆变器的产生。
电压型三相逆变电路电压型逆变电路是指直流侧采纳电压源的逆变电路，直流侧的电源能够供给幅值稳固不变的直
流电。
错误!
未找到引用源。
错误!
未找到引用源。
是一个电压型逆变电路原理图。
Ud为直流侧电压源，双侧各加一个电容
用来稳固电压。
TA、TB、TC分别为ABC三相的控制开关。
经过对三个开关的控制，便能够实
现直流——沟通（DC—AC）的变换。
现设一个周期时间为t，将一个周期时间以t0、t1、t2、t3、t4、t5、六个时刻均分为六段。
t0对应零时刻，O点为等效接地址。
图2图1所示三相逆变电路进行特定开关控制后的波形图
如错误!
未找到引用源。
所示电路中按以下方式进行控制：
t0时刻：
开关TA闭合，TA断开。
A处电压变成
Ud2
。
t1时刻：
开关TC封闭，TC翻开。
C处电压变成
Ud2
。
t2时刻：
开关TB闭合，TB断开。
B处电压变成
Ud2
。
t3时刻：
开关TA封闭，TA翻开。
A处电压变成
t4时刻：
开关TC闭合，TC断开。
C处电压变成
Ud。
2
Ud。
t5时刻：
开关TB封闭，TB翻开。
B处电压变成
2Ud2
。
下一周期的
t0时刻：
开关
TA
闭合，
TA
断开。
A处电压变成
Ud2
。
随后每个周期各个开关
都一次按上述规律闭合断开，即可获取相位互差
120°的三相沟通电。
但其波形仍是分段周期内的
等电压幅值电。
其波形如
错误!
未找到引用源。
所示。
图3A相开关同时闭合时的电路图
因为开关的控制其实不是理想的那么精细，在同一相的两个正负开关在各自闭合断开的瞬时有可
能同时断开或同时闭合。
若同时闭合，如错误!
未找到引用源。
所示，直流侧电压源短路发生危险。
所以，为保证两开关在断开闭合时不会发生重叠，
在同时开封闭合瞬时改为一段死区时间，
即
两开关第一同时封闭一段时间
td
，尔后此中一个开关再进行下一步闭合动作。
td时间内，正负开
关均断开，尔后再翻开此中一个，
保证了交替过程中不会有同时翻开的可能。
td的详细时间长短则
要依据实质中使用的器件性能参数予以确立。
加入死区后的三相电路波形如
错误!
未找到引用源。
所示。
图4加入死区后的波形图接入负载的三相逆变电路如错误!
未找到引用源。
所示接入负载的三相逆变电路。
图5接入星形三相负载的三相逆变电路
ZA、ZB、ZC分别为ABC三相的负载阻抗。
依据不一样的性质，可分为电阻性阻抗、电容性阻
抗和电感性阻抗。
此中，感性负载与容性负载的电流相位和电压相位是不一样相的。
关于电感型的负
载，电流不可以突变，那么如错误!
未找到引用源。
中的开关变换的时刻，因为正负向开关均断开，
这样会在双侧造成很大的开路电压，极易造成器件或电路的破坏。
所以，需要对电路进行改良。
保护举措是为每个开关并联一个二极管。
如错误!
未找到引用源。
所示。
图6开关并联二极管后的电路
加装六个二极管后，即便正负开关均闭合，也可为电流供给续流的通路，防止了发生上述危险
状况。
3正弦脉宽调制（SinusoidalPulseWidthModulation，SPWM）技术
SPWM（正弦脉宽调制）技术是指利用PWM（脉宽调制）技术来模拟输出拥有正弦特征的电压或
电流波形。
如错误!
未找到引用源。
所示为电压源型SPWM调制原理，若把一个正弦半波区分为N等
分，每一平分的正弦波形的面积都可用一个与该面积相等的等幅矩形脉冲来取代，矩形脉冲的中点
与正弦波每一平分的中点重合。
于是，由N（图中N=12）个等幅不等宽的矩形脉冲所构成的波形就
与正弦的半周等效。
这一系列矩形脉冲就是希望逆变器输出的正弦PWM波形（简称SPWM）。
错误!
未
找到引用源。
图7SPWM正弦波原理
图8双极性SPWM产生原理
每个脉冲的宽度能够由理论计算获得，但实质应用中常用正弦调制波（即信号波）与三角形脉
冲（载波）的比较得出正确的闭合关断时刻。
如错误!
未找到引用源。
所示。
载波的频次直接影响了pwm脉冲的密度，这也直接影响了以该信号波作为控制信号的整流桥整
流后的结果，经过Matlab仿真能够清楚的察看到影响。
4MATLAB仿真
Matlab软件作为教课、科研和工程设计的重要目标工具，已成为出类拔萃的计算机仿真平台。
该软件的应用能够解决电机电器自动化领域的诸多问题。
利用此中的Simulink模块能够达成对三相
无源电压型SPWM逆变器的仿真，并经过仿真获取逆变器的一些特征图等数据。
图
9
系统
Simulink
仿真
错误!
未找到引用源。
所示为一套利用三相逆变器进行供电的系统的
Matlab
仿真。
系统由一个
380v
的直流电源供电，经过三相整流桥整流为三相沟通电
并进行
SPWM正弦脉宽调制。
输出经过一
个三相变压器隔绝后通入一个三相的
RLC负载模块（
ThreephaseparallelRLC
）。
加入了两个电压
丈量单元
voltagemeasurement
和
voltagemeasurement1
，并将结果输出到示波器模块
Scope1.
4.1仿真中的各个模块及其参数设定
整流桥图10通用三相整流桥模块
图11Universalbridge及其参数设置
通用三相整流桥为Simulink中的Universalbridge模块。
错误!
未找到引用源。
为该模块的参
数设置对话框。
此中Numberofbridgearms（桥臂个数）为3，PowerElectronicdevice（电力
电子器件）采纳IGBT/Diodes（晶闸管）。
2）SPWM脉冲信号发生器模块
图12SPWM脉冲发生器
错误!
未找到引用源。
为为控制通用三相整流桥产生SPWM的脉冲信号发生器，使用的是Matlab
中的DiscretePWMGenerator模块。
该模块的作用即为为产生PWM而用以控制IGBTs等电桥的脉冲
信号。
错误!
未找到引用源。
为该模块的参数设置，在Generatormode选项中选择3-armsbridge（6
pulse）,既三桥臂共需要六个脉冲信号用以控制如错误!
未找到引用源。
中所示的六个电子管。
Carrierfrequency为载波频次，该频次的大小决定了一个周期内SPWM脉冲的密度（如错误!
未找到
引用源。
所示）。
Frequencyofoutputvoltage是输出电压的频次，此处设置为国内标准的50Hz。
图13PWM脉冲生成模块及其参数设置其余模块
为模拟真切供电成效，在仿真系统中，整流桥输出的电压通入一个三相变压器后接入一个三相
的RLC负载模块。
三相变压器的原边为三角形绕组，副边为星型绕组。
负载标称电压：
220v，标称
频次50Hz，有功功率：
1000W，电感无功功率：
0W，电容无功功率：
500W。
图14变压器及负载模块
4.2仿真特征剖析
在仿真中，在整流桥的输出和变压器的输出加上了电压丈量模块，并将丈量显示在了一个示波
器模块上。
仿真时间设定为。
如错误!
未找到引用源。
所示即是仿真后的输出结果，上部分为整流桥
的输出波形，下部分为变压器副边的电压波形。
图15示波器输出波形
将示波器的横轴时间设定为后的图形以下：
图16内的波形图
察看波形可知，没半个周期输出的脉冲数为
21个。
载波频次与输出电压频次改变对波形的影响
1.将DiscretePWMGenerator模块中的载波频次有本来的1080Hz提升至2160Hz。
所得波形如
错误!
未找到引用源。
所示。
图17载波频次为2160Hz时的波形图1
能够清楚的察看到，PWM脉冲密度加大，正弦波形较本来更为圆滑。
放大后的波形图以下：
图18载波频次为2160Hz
察看图形可知，没半个周期内的脉冲个数为
43个。
由两个仿真结果可见，载波频次直接影响了波形的圆滑度，载波频次越大涟漪越小仿正弦成效
越好。
但也应注意到频次过高有可能对整流桥器件产生影响，所以也不可以过于高。
2.载波频次为1080Hz，将输出电压的频次提升为100Hz后：
图19输出电压为100Hz载波频次1080图20放大图输出电压为100Hz
察看波形，没半个周期内的脉冲个数为
11个。
改变输出电压后能够注意到，涟漪想关于50Hz时变小了，但因为没半个周期内的脉冲个数由
21个变成了11个，所以仿正弦成效大大降落了，可见如若提升输出电压的频次后，不改变载波频
率，逆变成效会打折扣。
载波频次为2160Hz，输出电压频次为100Hz时的仿真图形图21载波频次2160Hz输出电压频次100Hz图222160Hz/100Hz放大图
察看波形，没办个周期内的脉冲个数为21个，与1080Hz
可见，在提升了输出电压频次的同时，成比率的提升载波频次，便能够使得仿正弦波保持本来
的波形质量。
改变负载对输出的影响
将载波频次与输出电压频次固定为1080Hz和50Hz。
去除负载后（既变压器副边开路）的仿真波形。
图23去除负载后的仿真波形
b）改变负载有功功率为100W。
图24减小负载有功功率为100W的波形减小负载后能够发现，在系统启动的早期，波形不稳固有很大的震荡尔后期则趋于稳固，波形
与1000W时对比并没有差异。
c）改变负载有功功率为10KW的波形
图25有功功率为10KW时的波形
增添有功功率后，启动时波形震荡减小能够较快进入稳态。
d）减小容性无功功率为50W。
图26减小容性无功功率为50W减小容性功率后，可发现波形在正弦波形基础上，产生了大幅震荡。
e）增大容性功率为5000W。
图27增大容性功率为5000W图28秒仿真时间波形图增大容性功率后，波形较以前更为圆滑，但启动时产生了颠簸，但进入稳态后波形仿造成效更
佳理想。
f）增大感性功率。
图29感性功率为1000W图30感性功率为5000W
由图可见，感性功率的增大会减小峰值电压。
但对正弦波的仿造并没有太大影响
结论
本文经过对逆变器的观点、设计技术、分类等方面的介绍，简要描绘了三相无源电压型逆变器
的建立方式及其内部构造。
同时，也简要介绍了正弦脉宽调制技术。
经过应用Matlab软件，建立了一个使用无源型三相逆变电路供电的系统，并进行了仿真。
在对
获取的仿真波形剖析中，定性地议论了逆变器的两个主要参数——载波频次和输出电压频次以及不
同负载对系统仿真结果的影响。
获取以下结论：
（一）在电压输出频次必定的状况下，载波频次的大小决定了每个周期内的仿正弦脉冲个数，
既决定了正弦波形的仿造质量。
（二）负载有功功率越大，系统进入稳态的时间越快，较小的负载有功功率会在暂态时产生
很大的颠簸。
（三）负载的容性无功功率的增大，一方面能够使得正弦电压仿造质量提升，但另一方面会
在暂态时产生过大的过载电压，而且延缓系统进入暂态的时间。
（四）负载的感性功率关于正弦电压的仿造并没有太大影响。
参照文件：
程汉湘编著.电力电子技术[M].科学第一版社,2007
李爱文，张承慧编著.现代逆变技术及其应用[M].北京市：
科学第一版社,
2000
洪乃刚编著.电力电子技术基础[M].北京市：
清华大学第一版社,2008.
冯垛生主编.沟通调速系统[M].北京市：
机械工业第一版社,.[5]
UA开关TA闭合，TAUd2
O
Ud2开关TA断开，TA开关TB闭合，TBUd2
O
Ud2
UC开关TC断开，TCUd2
O开关TC闭合，TCUd
2
t2
t3
t4
t5
t0
图2图1三相逆变器电路波形
UA
开关TA闭合，TA
死区
Ud2
O
Ud2开关TA断开，TA开关TB闭合，TBUd2
O
Ud2
UC开关TC断开，TCUd2O开关TC闭合，TCUd
2
t2
t3
t4
t5
t0
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