三相两电平逆变器的介绍和Simulink仿真

本文对三相两电平逆变器的Simulink仿真建模及SPWM进行简单介绍。

01三相两电平逆变器的介绍

三相两电平逆变器的电路结构如下图所示，作为非常基本的电力电子电路，众多教科书中均有对该电路的原理介绍，本文不再对原理进行赘述，主要目的在于提供simulink仿真电路，与读者交流学习。 下图即为三相两电平逆变器电路结构图。

图1 三相两电平逆变器电路结构图

三相两电平逆变器SPWM调制方法包括单极性和双极性两种调制方法:

(1)如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。

(2)如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式。

图2 双极性PWM控制方式

其中：载波比——载波频率 fc与调制信号频率 fr 之比N，既 N = fc / fr;

调制度――调制波幅值Ar与载波幅值Ac之比，即Ma=Ar/Ac;

同步调制——N 等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步;

基本同步调制方式，fr 变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定;

三相电路中公用一个三角波载波，且取 N 为3的整数倍，使三相输出对称;

为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数;

fr 很低时，fc 也很低，由调制带来的谐波不易滤除;

fr 很高时，fc 会过高，使开关器件难以承受。

以上就是三相两电平逆变器SPWM的一些基本概念，下面进入正题。

02三相两电平逆变器的Simulink仿真

下图为matlab 2014上搭建的三相两电平逆变器模型：

图3 三相两电平逆变器simulink仿真示意图

该simulink模型主要包含电路部分，控制部分以及波形显示三个部分。 采用闭环控制，对输出电压的平均值进行闭环，逆变器直流侧电压为900V，输出电压平均值为380V。 其中控制器如下图所示：

图4 三相两电平逆变器控制器示意图

控制器采用模块封装结构，分为输出电压平均值计算模块，PI模块，输出电压指令模块和调制模块。 均采用函数编写。 其中SPWM调制结果如下图所示，采用正弦波与三角波对比产生三相PWM波。

图5 三相两电平逆变器SPWM调制示意图

以A相的调制过程为例，其中A相的载波与调制波，A相上管脉冲，A相下管脉冲分别如下图三个子图所示。

图6 三相两电平逆变器A相SPWM调制仿真

下图为三相两电平逆变器simulink模型的仿真结果，分别为滤波器逆变器滤波前线电压波形，滤波后线电压波形和输出电流波形。

图7 三相两电平逆变器输出电流电压仿真波形