三相逆变器设计与仿真_三相逆变器仿真

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三相逆变器设计与仿真

1.设计

数据要求

输出电压V0：220V 输出频率f：50HZ 负载功率因数cosφ：0.8-1 过载倍数：1.5倍 输出功率P0：6KVA

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cosφ=1时，负载电阻计算计算公式为公式（3-1）；当cosφ=0.8时，负载电阻计算公式为公式（3-2）

RVopo220260008.07（3-1）VO2202R10.08（3-2）

POCOS60000.822负载电感最小值计算

负载无功功率QL1为

QL1POsin6sin373.6KVA

负载电感感抗ZL1为

ZL1VO220213.4 QL136002负载电感L1为

L1ZL113.442.81mH 2f250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ZC为

Zc2ZL1213.426.8

滤波电容C为

C12fZc1118.8F

25026.8实际取值120uF,由12个10uF的电容构成 电容阻抗实际值ZC1 为

ZC112fC126.5258

250120106无隔离变压器时，逆变器输出电流有效值

长期最大电流IO（长）为

IO(长)（22022202）（）28.50A 8.0726.5258 短期最大电流I0(短）为

Io(短)（1.522022202）（）41.72A

8.0726.5258无隔离变压器时，逆变器输出电流峰值

长期电流峰值IOP(长）为

IOP(长)2IO(长)228.5040.31A

短期电流峰值IOP(短）为 IOP(短)2Io241.7259.00A

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).2LC应该远小于1（即2LC1)3).LR根据设计滤波器时要注意的问题要求而选择L1.5 滤波电感L为

1.51.54.775mH 2f250应较小

L实际取值为5mH 所以滤波电感感抗ZL为

ZLL2fL25051030.314 滤波电路的固有频率f'为 f'12LC125101301036197.511HZ

2LC0.09231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1.5倍的情况下：

cos1时（即纯阻性）

电感电流IL与IR间的夹角为

arctan(R8.07)arctan()11.47 1.5ZC1.526.5258电感电流IL为

ILIC(1.5IR)2(电感L上的压降VL为 222021.52202)()41.72A

26.52588.07VLILZL41.720.34114.23A 逆变电路的输出电压Vi为

Vi220214.232222014.23cos(9011.47)217.62V

cos0.8时（即阻感性）

负载电感电流IL1与滤波电容电流IC之差为 IL1IC 1.5220ZL1220ZC1.522022016.333A

13.426.5258IL1IC与IR之间的夹角为

arctan(16.333)26.51

1.522010.08电感电流IL为

IL(2IR)2(IL1IC)2(电感L上的压降为VL为

1.52202)(16.333)236.59A

10.08VLILZL36.590.31411.49V 逆变电路的输出电压Vi为

Vi 220211.492222011.49cos(9026.51)225.363V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225.363*2=450.726V。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 diLViVori1 dtdVoCi1i0 dt

将式上面公式变换形式后的式下面公式

Lsi1ViVori1

CsVoi1io

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

Vo1LsrViio

LCs2rcs1LCs2rCs1三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Kds2KPsKis(Lsr)VoVi(s)Io(s)LCs3(rCKd)s2(KP1)sKiLCs3(rCKd)s2(KP1)sKi 其闭环特征方程D(s)为

D(s)LCs3(rCKd)s2(KP1)Ki 主导极点S1、2为

2S1、2rrjr1r

非主导极点S3为

S3nrr(n510)期望的特征方程Dr(s)为

Dr(s)(ssr1)(ssr2)(ssr3)(s22rrr2)(snrr)根据极点配置法求解，得

Kd(n2)rrLCrC KP(2nr21)r2LC1 Kinrr3LC

r是阻尼比 r是自然振荡频率 L为滤波电感 C为滤波电容 当r0.8、r3500、n

10、r0.6时，代入到公式中求得

Kp=9.15

Kd=0.02

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D(s)为 D(s)s4rCK2pLCs31K1PK2PCK2i2K1PK2iK2PK1iKKss1i2iLCLCLC

四阶系统期望闭环主导极点S1、2为

2S1、2rrjr1r

非主导极点S3、S4为

S3mrr

S4nrr

期望的四阶系统特征方程Dr(s)为

Dr(s)(s22rrsr2)(smrr)(snrr)根据极点配置法求解，得

a0LCmnr2r4

a1LC(mn2mnr2)rr3 a2LC[1(2m2nmn)r2]r2 a3LC(2mn)rr K1Pa2CK2i1

K2Pa0 K2ia3rC K1iK2P322CK2i(1a2)K2ia1K2PK2iK2Pa00

将r0.8r3500mn10r0.6，代入公式求得

a0=6.5*10∧9 a1=3*10∧6 a2=700 a3=0.03

K2p=307 K2i=50 K1p=2.521 K1f=5477.543

2．仿真

三相逆变器电路simulink仿真图

仿真结果