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PWM實(shí)現(xiàn)變頻器電壓頻率和幅值的實(shí)時(shí)仿真

作者: 時(shí)間:2011-08-29 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

引言

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/187361.htm

  眾所周知,最主要的部件是逆變器,早期的逆變器,比如三相橋式逆變器常采用6脈沖運(yùn)行方式,其輸出電壓為方波或階梯波,諧波含量很大。

  近年來(lái),隨著開關(guān)頻率允許很高的全控型電力電子器件,如IGBT,GTR,IGCT等的問世,逆變器的控制大多被脈寬調(diào)制代替,其中以正弦波脈寬調(diào)制S 用得最多。的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)完成調(diào)頻、調(diào)壓的任務(wù),使輸出電壓中諧波含量極大地減少,此外由于開關(guān)頻率高,所以有利于快速電流控制。在設(shè)計(jì)和研究時(shí),最方便的方法,無(wú)疑是利用仿真工具,應(yīng)該說經(jīng)過近三十年發(fā)展起來(lái)的MATHWORKS公司的Matlab軟件,特別是它提供的Simulink仿真工具,應(yīng)是最佳選擇之一,它是功能十分強(qiáng)大而齊全的仿真軟件,有許多工具箱,用戶可以從工具箱中取出所需的元器件,通過聯(lián)接等操作,建立與實(shí)物相對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,從而對(duì)它進(jìn)行測(cè)試,所得仿真結(jié)果可供設(shè)計(jì)研究參考。

  在Simulink(7.04)工具箱中有電力系統(tǒng)SimPowerSystem的工具箱,為仿真提供了幾乎所需的全部元器件,所以使用它們很容易進(jìn)行仿真。文獻(xiàn)[1]是這類仿真的一個(gè)范例,它對(duì)一個(gè)雙PWM 交-直- 交逆變系統(tǒng)進(jìn)行了仿真,即將1 000 Hz,500 V的三相交流電壓轉(zhuǎn)換為50 Hz,400V的三相交流電壓,仿真時(shí)全部應(yīng)用工具箱內(nèi)的元器件,包括PWM發(fā)生器。

  應(yīng)該指出在實(shí)際變頻器的應(yīng)用中,要求變頻器輸出的不是某個(gè)固定頻率,而是頻率、能變化的輸出電壓。例如雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)轉(zhuǎn)子側(cè)的變頻系統(tǒng),隨著風(fēng)速及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化,向轉(zhuǎn)子側(cè)供電的電流的大小和滑差頻率也都要相應(yīng)變化,這樣從工具箱中取出的、具有固定輸出頻率和恒定電壓的SPWM發(fā)生器就不能勝任,必須要由外部控制的SPWM發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn),本文采用設(shè)計(jì)的PWM 發(fā)生器的外控單元,來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻器可變的輸出的實(shí)時(shí)仿真。

  1 交-直-交變頻器的結(jié)構(gòu)類型

  圖1為典型的交-直-交變頻器原理圖,主要由整流器Rectifier(可控或不可控),及直流側(cè)電容器C,電壓源逆變器VSI,以及用于控制的PWM發(fā)生器組成。實(shí)際中還可能有輸入、輸出側(cè)濾波器(圖1中未畫出),此外圖1上還表示出了三相電源及負(fù)荷電動(dòng)機(jī),這是一種比較典型的用法。

  

風(fēng)力發(fā)電DFIG 用的向轉(zhuǎn)子供電的變頻系統(tǒng)原理圖

  圖2 表示了風(fēng)力發(fā)電DFIG 用的向轉(zhuǎn)子供電的變頻系統(tǒng)原理圖,除了電網(wǎng)(Ac Power Grid)和DFIG外,它主要由電網(wǎng)側(cè)逆變器(Inverter on Grid Side)和轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器(Inverter on Rotor Side)及各自連接的PWM發(fā)生器,和直流側(cè)電容器C組成。當(dāng)轉(zhuǎn)子速度小于定子磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速時(shí),網(wǎng)側(cè)逆變器工作于整流狀態(tài),轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器工作于逆變狀態(tài),反之,當(dāng)轉(zhuǎn)子速度大于同步轉(zhuǎn)速時(shí),轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器工作于整流狀態(tài),網(wǎng)側(cè)逆變器工作于逆變狀態(tài),這種變頻器工作時(shí)能量是雙向流動(dòng)的。因此圖1類型的變頻器己不適用。為維持直流電壓穩(wěn)定,通常給兩臺(tái)逆變器直流側(cè)并接電容器C,構(gòu)成電壓源逆變器,圖2中還備有濾波器(Filter),以保證進(jìn)入轉(zhuǎn)子電流波形為正弦波。

  對(duì)向DFIG轉(zhuǎn)子供電的變頻器的要求是,所供電流的頻率和都是可變和可控的。

  2 變頻器仿真用結(jié)構(gòu)圖

  圖3為輸出、幅值可變的變頻器仿真用結(jié)構(gòu)圖,它代表PWM 控制的三相交-直-交變頻系統(tǒng)。系統(tǒng)輸入為三相50Hz的工頻電源,經(jīng)采用SPWM 整流器Universal Bridge1的整流,輸出直流電壓經(jīng)電容器濾波,再進(jìn)入可以外控和幅值的三相SPWM 逆變器Universal Bridge,逆變成交流,再經(jīng)由L 和C1組成的濾波器濾波后,接到三相阻性負(fù)荷Load上。

  

變頻器仿真用結(jié)構(gòu)圖

  此外還接有測(cè)量進(jìn)線電流和負(fù)荷電壓總畸變率THD的儀表,以及測(cè)量各點(diǎn)電氣量波形的儀表、示波器Scope等。應(yīng)該指出的是上述仿真用元器件均取自Simulink的SimPower Systems工具箱。

  在Sim Power Systems 工具箱中取出的PWM 發(fā)生器PWMGeneration存在著兩種工作方式,即內(nèi)部設(shè)定式和外部控制式。

  

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