三相逆变器.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,*,哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院硕士学位论文答辩,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,*,*,2026/1/14 周三,1,课题题目 三相离网逆变器,V,/f,控制的仿真研究,本科毕业设计,终,期报告,2026/1/14 周三,2,内容提要,结论,MATLAB,仿真,设计思路,研究概述,1.,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,abc-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,1,了解三相逆变器带负载运行的工作原理；,2,双极性,PWM,的调制方式,3,双闭环,V/f,控制及控制方式,4,离网逆变器的双闭环控制框图；,5,利用,MATLAB,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,180,度导通方式,即每个桥臂的导通角度为,180,同一相,(,即同一半桥,),上下两个桥臂交替导电,各相开始导电的角度依次相差,120,这样,在任一瞬间,将有三个桥臂同时导通,.,可能是上面一个臂下面两个臂,也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通,.,因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行的,因此也被称为纵向换流。在上述,180,导电方式的逆变器中,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,要采取先断后通的方法。,2026/1/14 周三,其中为直流侧母线电压，这里以直流电源代替；电容,Ca,和,Cb,起到稳压的作用，,T1,T6,为,6,个,IGBT,开关管，以组成三相桥式逆变器；,L1,L3,为滤波电感，,C1,C3,为滤波电容；,Z1,Z3,为本地负载,。,设计思路,双极性,PWM,调制,Uo,=,Ud,的 正半周，,V1,通，,V2,断，,V3,和,V4,交替通断，负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段为正，一段为负，负载电流为正区间，,V1,和,V4,导通时，,Uo,等于,Ud,，,V4,关断时，负载电流通过,V1,和,VD3,续流,Uo,=0,，负载电流为负区间，,io,为负，实际上从,VD1,和,VD4,流过，仍有,Uo,=,Ud,，,V4,断，,V3,通后，,io,从,V3,和,VD1,续流，,Uo,=0,，,Uo,总可得到,-,Ud,和零两种电平。,Uo,负半周，让,V2,保持通，,V1,保持断，,V3,和,V4,交替通断，,Uo,可得,-,Ud,和零两种电平,。,在,Ur,半个周期内，三角波载波有正有负，所得,PWM,波也有正有负。在,Ur,一个周期内，输出的,PWM,波只有,Ud,两种电平，仍在,Ur,调制信号和,Uc,载波信号的交点控制器件通断。,Ur,正负半周，对各开关器件的控制规律相同，当时,Ur,Uc,时，给,V1,和,V4,导通信号，给,V2,和,V3,关断信号，如,io,0,，,V1,和,V4,通,如,io,0,VD1,和,VD4,通,Uo,=,Ud,当,Ur,Uc,时,给,V2,和,V3,导通信号,给,V1,和,V4,关断信号,如,io,0,VD2,和,VD3,通,Uo,=-,Ud,.,设计思路,控制方式,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,V/f,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,双闭环结构,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,(,a,b,c,),转换成以电网基波频率同步旋转的,(,d,q,),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。,解锁以后进行,d,轴的分析可以得到,3.MATLAB,的仿真,2026/1/14 周三,14,MATLAB,仿真,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,仿真波形,1.,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,0,0.05s,期间，输出的功率为,0w,，,0.05,0.1s,期间，使输出的功率为,4500w,，,0.1,0.15s,期间，输出的功率为,9000w,，,0.15,0.2s,期间，输出的功率又将为,4500w,，,0.2,0.25s,期间，输出的功率又变为,0w,。,MATLAB,仿真,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,311v,MATLAB,仿真,仿真波形,（,3,）,电流波形图,结合功率图可以观察出,:0,0.05s,空载时电阻无穷大，输出的电流为,0,；,0.05,0.1,半载时，电流是满载的一半；,0.1,0.15s,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,仿真波形,2.,输出功率包含无功功率和有功功率时如下,功率图,负载的变化时满载半载空载变化。在,0,0.05s,期间，输出的有功功率为,0w,，无功功率也为,0w,；,0.05,0.1s,期间，使输出的有功功率为,4500w,，无功功率为,1000w,；,0.1,0.15s,期间，输出的功率为,9000w,，无功功率为,3000w,；,0.15,0.2s,期间，输出的有功功率又降为,4500w,，无功功率降为,1000w,；,0.2,0.25s,期间，输出的有功功率又变为,0w,，无功功率变为,0.,MATLAB,仿真,仿真波形,（,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,1.,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。,2.,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。,