三相逆变器设计与仿真

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）8.07000622022oopVR（3-1）10.088.00006220P22COSVROO（3-2）负载电感最小值计算负载无功功率1LQ为KVAPQOL6.337sin6sin1负载电感感抗1LZ为4.1336002202121LOLQVZ负载电感L1为mHfZLL81.425024.13211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CZ为8.264.13221LZZc滤波电容C为FfZcC8.1188.26502121实际取值120uF,由12个10uF的电容构成电容阻抗实际值1CZ为5258.261012050212161fCZC无隔离变压器时，逆变器输出电流有效值长期最大电流（长）OI为AIO28.50）26.5258220（）8.07220（22)长(短期最大电流短）(0I为AI41.72）6.52582220（）8.072201.5（22)短(o无隔离变压器时，逆变器输出电流峰值长期电流峰值长）(OPI为AIIOOP40.3128.5022)长()长(短期电流峰值短）(OPI为AIIOP59.001.72422o)短(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).LC2应该远小于1（即12LC)3).RL应较小根据设计滤波器时要注意的问题要求而选择5.1L滤波电感L为mHfL775.45025.125.1实际取值为5mH所以滤波电感感抗LZ为314.010550223fLLZL滤波电路的固有频率'f为HZLCf511.19710130105212163'10923.02LC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：1cos时（即纯阻性）电感电流LI与RI间的夹角为11.47)26.52581.58.07arctan()1.5arctan(CZR电感电流LI为AIIIRCL41.72)8.072201.5()26.5258220()1.5(2222电感L上的压降LV为AZIVLLL14.23341.041.72逆变电路的输出电压iV为VVi217.62)11.4790cos(14.23220214.23220228.0cos时（即阻感性）负载电感电流1LI与滤波电容电流CI之差为AZZIICLCL16.33326.525822013.42201.52202201.511CLII1与RI之间的夹角为26.51)10.082201.516.333arctan(电感电流LI为AIIIICLRL36.59)16.333()10.082201.5()()2(22212电感L上的压降为LV为VZIVLLL11.49314.036.59逆变电路的输出电压iV为225.363V)26.5190cos(11.49220211.4922022iV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1riVoVidtdiL01iidtdVoC将式上面公式变换形式后的式下面公式11riVoViLsioiiCsVo1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oirCsLCsrLsVircsLCsVo11122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)()1()()()()1()(23232sIoKsKsKrCLCsrLsssViKsKsKrCLCsKsKsKVoiPdiPdiPd其闭环特征方程)(sD为iPdKKsKrCLCssD)1()()(23主导极点21、S为2211rrrrjS、非主导极点3S为)105(3nnSrr期望的特征方程)(sDr为))(2())()(()(22321rrrrrrrrrnsssssssssD根据极点配置法求解，得rCLCnKrrd)2(1)12(22LCnKrrPLCnKrri3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8.0r、3500r、10n、6.0r时，代入到公式中求得Kp=9.15Kd=0.02Ki=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)(sD为LCKKsLCKKKKsLCCKKKsLCKrCssDiiiPiPiPPp21122122213241)(四阶系统期望闭环主导极点21、S为2211rrrrjS、非主导极点3S、4S为rrmS3rrnS4期望的四阶系统特征方程)(rsD为))()(2()(22rrrrrrrrnsmssssD根据极点配置法求解，得420rrLCmna321)2(rrrmnnmLCa222])22(1[rrmnnmLCarrnmLCa)2(3PiPKCKaK22211iiKaK201rCaKP320)1(02222122232aKKKaKaCKPiPii将8.0r3500r10nm6.0r，代入公式求得a0=6.5*10∧9a1=3*10∧6a2=700a3=0.03K2p=307K2i=50K1p=2.521K1f=5477.5432．仿真三相逆变器电路simulink仿真图仿真结果