1、三相逆變電源的在Matlab中的仿真設(shè)計(jì)摘要:本文采用MATLAB搭建仿真系統(tǒng)對(duì)變頻電源進(jìn)行系統(tǒng)分析?；赟imulink做了系統(tǒng)仿真，并做了原理性的論證，調(diào)節(jié)器件參數(shù)比較仿真結(jié)果。1.引言由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用和仿真越來越普遍。本文研究背景及意義于在MATLAB中提供了Simulink和PowerSystermBlockset工具箱，擁有一種很方便的建模環(huán)境，用戶不用直接編寫程序，而是通過交互命令方式建立、修改和調(diào)試模型，給電力電子技術(shù)中的各種電路的仿真提供了有利的條件，簡化了仿真建模。電力系統(tǒng)工具箱(PowerSystemBlockset),如圖1-1Block

2、Library。2.MATLAB在變頻器中應(yīng)用及仿真框圖2.1仿真框圖的設(shè)計(jì)變頻電源主要結(jié)構(gòu)分為以下幾個(gè)部分。整流器，它與單相或三相交流電源相連接，產(chǎn)生脈動(dòng)的直流電壓。中間電路，有以下三種作用：a.使脈動(dòng)的直流電壓變得穩(wěn)定或平滑，供逆變器使用。b.通過開關(guān)電源為各個(gè)控制線路供電。c.可以配置濾波或保護(hù)裝置以提高變頻電源性能。逆變器，將固定的直流電壓變換成可變電壓和頻率的交流電壓?？刂齐娐?，它將信號(hào)傳送給整流器、中間電路和逆變器，同時(shí)它也接收來自這些部分的信號(hào)。圖2-1為三相變頻電源的仿真電路。在仿真電路圖中，雙擊元件，可得到各元件的屬性設(shè)置。改變各項(xiàng)的值，運(yùn)行并通過示波器來顯示各個(gè)量的變化，以

3、便比較和研究。在仿真環(huán)境中，用戶通過簡單的鼠標(biāo)操作就可建立起直觀的系統(tǒng)模型并進(jìn)行仿真，能有機(jī)地將理論研究和工程實(shí)踐結(jié)合在一起。圖2-1三相變頻電源的仿真電路整個(gè)仿真圖由電氣系統(tǒng)模塊庫中的元件搭建組成，元件的直觀連接與實(shí)際的主電路相似，其中主要包括：整流環(huán)節(jié)，直流環(huán)節(jié)，逆變環(huán)節(jié)，PI調(diào)節(jié)器、坐標(biāo)變換模塊、SPWM產(chǎn)生環(huán)節(jié)。這些元件都設(shè)置有對(duì)話框，用戶可以方便的選擇元件類型和設(shè)置參數(shù)。2.2系統(tǒng)子模塊的介紹要得到穩(wěn)定的輸出，系統(tǒng)必須帶有反饋控制。本系統(tǒng)采用PI反饋控制。測量模塊(measure)如圖2-2所示，左圖為BlockLibrary中的measure模塊圖。其作用是測量三相電路中的電壓和電

4、流。如同時(shí)選擇電壓和電流測量，則輸出單相對(duì)地電壓Vabc和線電流Iabc(如右圖)。該模塊輸出可選擇以標(biāo)幺值輸出，也可輸出實(shí)際的電壓量和電流量。若以標(biāo)幺值作為輸出，則需事先選定基準(zhǔn)值。本文采用標(biāo)幺值作為輸出，且只輸出電壓量，基準(zhǔn)值選定為36V。(2)電壓調(diào)整器(VoltageRegulator)圖2-3為VoltageRegulator模塊，其為電壓調(diào)整器。主要作用是用abc/dq變換把三相電壓變換成dq兩相，變換后d軸分量是電壓有效值。將d軸分量與給定值進(jìn)行比較，送PI調(diào)節(jié)器，再經(jīng)dq/abc反變換，作為PWMGenerator的調(diào)制信號(hào)。圖2-3電壓調(diào)整器(VoltageRegulator

5、)以下分別介紹VoltageRegulator的原理及組成部分。(1)abc/dq轉(zhuǎn)換器從負(fù)載得到的只是三相電壓，為了模型計(jì)算，需將其轉(zhuǎn)化成d/q坐標(biāo)下的值,轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)如圖2-4。圖2-4abc/dq轉(zhuǎn)換器派克變換是人們熟悉也是最廣泛運(yùn)用的坐標(biāo)變換之一。它的基礎(chǔ)是“任何一組三相平衡定子電流產(chǎn)生的合成磁場，總可由兩個(gè)軸線相互垂直的磁場所替代”的雙反應(yīng)原理。根據(jù)這原理，將這兩根軸線的方向選擇得與轉(zhuǎn)子正、交軸方向一致，使三相定子繞組電流產(chǎn)生得電樞反應(yīng)磁場，由兩個(gè)位于這兩軸方向的等值定子繞組電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁場所替代，就稱為派克變換。因此，簡言之，派克變換相當(dāng)于觀察點(diǎn)位置的變換將觀察點(diǎn)從空間不動(dòng)的定

6、子上，轉(zhuǎn)移到空間旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上，并且將兩個(gè)位于轉(zhuǎn)子正、交軸向的等值定子繞組，替代實(shí)際的三相定子繞組。經(jīng)abc/dq變換，輸出結(jié)果即為d/q坐標(biāo)下的dq兩相電壓。d軸分量是電壓有效值，由于是三相對(duì)稱電壓，故0相可忽略不計(jì)。(2)PID調(diào)節(jié)器PI調(diào)節(jié)是工業(yè)控制中最常用的一種控制器。調(diào)節(jié)器的目的是消除輸出與輸入的偏差。在工業(yè)過程進(jìn)行控制采用PID控制，基本都能得到滿意的效果。比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，比例系數(shù)的加大，會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；積分控制的作用是，只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷地積累，輸出控制量以消除誤差，但積分作用太強(qiáng)會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大，使系統(tǒng)出現(xiàn)振

7、蕩；微分控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)地穩(wěn)定性提高，同時(shí)加快系統(tǒng)地動(dòng)態(tài)相應(yīng)速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)地動(dòng)態(tài)性能。基于現(xiàn)實(shí)中一旦加入微分環(huán)節(jié)，參數(shù)調(diào)整難度加大，因此，本設(shè)計(jì)只采用PI控制器。其數(shù)字實(shí)現(xiàn)離散化后算法為：(k)K(k)+KT工()，式中KP為比u(k)=Ke(k)+KT乙e(i)pi例增益，KI為積分增益，T為采樣時(shí)間?？驁D如圖4-6。圖2-5PI調(diào)節(jié)器經(jīng)反復(fù)比較，選定Kp為0.5，Ki為200.圖2-6為其仿真波形。其中AC_60為變壓器副邊的輸出電壓，DC_Bridge為直流母線電壓，V_inveter為IGBT的輸出波形，V_load為負(fù)載電壓即輸出電壓，輸出電壓頻

8、率設(shè)定為100HZ,如圖4-7.ijuaj.ii.rtiCOa：Ui.rt-Zpl.J：l31nfiArt+Zp!.：!va=vdsinvvt+vcfcosCAti+vovb=vd*sinw-2lpi.i：j：i+vi：ri：osi：vvl-2lpi.i：j：i+/ovc=vd*sin(wt+2pi/3)+vq*cos(wt+2pi/3)+vo端的圖2-9dq/abc轉(zhuǎn)換器圖2-9為dq/abc轉(zhuǎn)換器。dq/abc轉(zhuǎn)換器是abc/dq轉(zhuǎn)換器的逆變換，目的是將經(jīng)PI調(diào)節(jié)器處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)變成三相正弦波。通過dq/abc變換器得到三相調(diào)制信號(hào)后，與載波進(jìn)行調(diào)制得到IGBT的開關(guān)控制信號(hào)。PWM發(fā)生器框圖如圖2-10。Triangle圖2-10PWM發(fā)生器3.仿真結(jié)果及分析在MATLAB/SIMULINK7.1環(huán)境下對(duì)所建立的變頻電源系統(tǒng)進(jìn)行仿真，系統(tǒng)各參數(shù)如下：TOC o 1-5 h z電網(wǎng)電壓220V+10%50HZKp0.5變壓器參數(shù)220V/60VL8mh濾波電容4700ufLoadMin9q改變電網(wǎng)電壓，觀察輸出波形如圖，可以看出穩(wěn)壓情況良好，輸出不隨電網(wǎng)輸入改變而改變。當(dāng)電網(wǎng)電壓為220V，242V時(shí)，波形如圖分別如圖4-12,4-13。五t;u一呂PU8uo。wmsyss7AC_60V_invei：