單相spwm逆變電源仿真設(shè)計(jì)

1、第 27 卷第 3 期 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版）2008 年 6 月 Vol.27 No.3 Journal of Liaoning Technical University（Natural Science） Jun. 2008 收稿日期：2007-11-20 基金項(xiàng)目：遼寧省教育廳高等學(xué)?？茖W(xué)研究基金資助項(xiàng)目（2005052） 作者簡介：趙建武（

2、1954-） ，男，遼寧 錦州人，高級講師，主要從事物理、電子技術(shù)方面的教學(xué)和理論的研究。本文編校：楊瑞華 文章編號：1008-0562(2008)03-0394-03 單相 SPWM 逆變電源仿真設(shè)計(jì) 趙建武 （遼寧省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)校 教務(wù)科，遼寧 錦州 121001） 摘 要：針對現(xiàn)代各行各業(yè)對電氣設(shè)備控制性能日益提高的要求，基于 SPWM 脈寬調(diào)制技術(shù)的逆變電路應(yīng)用，通過用 OrCAD 軟件對采用 SPWM 脈寬調(diào)制技術(shù)

3、的開環(huán)逆變系統(tǒng)和閉環(huán)逆變系統(tǒng)建模進(jìn)行仿真，根據(jù)對輸出電壓波形的比較和分析得出結(jié)論：采用閉環(huán) SPWM 逆變系統(tǒng)輸出沒有穩(wěn)態(tài)誤差，SPWM 脈寬調(diào)制技術(shù)的逆變電路有良好的輸出特性。 關(guān)鍵詞：逆變；SPWM；OrCAD；仿真 中圖分類號：TM 464 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A Design of simulation of single-phaseSPWM inverse power sources ZHAO Jianwu （Depart

4、ment of Teaching Affairs， Liaoning School of Agriculture and Economics， Jinzhou 121001， China）Abstract: To meet the increasing demands for the controlling performance of the electrical equipment from all trades and profe

5、ssions, the invertse circuit applying SPWM technology is widely used. And the research is conducted to explore how to simulate the closed-loop and open-loop inverter system applying SPWM technology by using OrCAD softwar

6、e. According to the comparison and analysis of output voltage waves, the conclusion can be drawn that the invertse circuit applying the SPWM technology has good output characteristics Key words: inverter；SPWM；OrCAD；simul

7、ation 0 引 言 逆變是通過半導(dǎo)體功率開關(guān)器件的開通和關(guān)斷作用，把直流電能變換成交流電能的技術(shù)[1]。本文對逆變系統(tǒng)主電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，用 OrCAD 軟件對開環(huán)逆變系統(tǒng)和閉環(huán)逆變系統(tǒng)建模進(jìn)行仿真。 1 逆變器主電路的設(shè)計(jì) 電壓型逆變器的主電路如圖 1。 圖 1 逆變器的主電路圖 Fig.1 main circuit diagram of inverter 在電路中輸入為 VD=350 V DC，輸出為 220 V AC 50

8、 Hz，輸出功率為 P=2 000 W，功率因數(shù)為 cos φ=1。則電路各元件選取如下。 1.1 開關(guān)管和二極管的選擇 (1)開關(guān)管的選擇[2] 最大輸出情況下，電流有效值為 max 2000W 9.09A cos 220V 1P I V ? = = = × ×(1) 開關(guān)管額定電流 ICE max 1.5 1.5 9.09 13.635 A CE I I > × = × =(2

9、) 開關(guān)管額定電壓 VCER 2 2 350 700 V CER M V V > × = × =(3) (2) 二極管的選擇 額定電壓 VRR C2 C1L1 rVCC RD1 D3D4 D2 T3 T2 T1 T4 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） 第 27 卷 396圖 3 PWM 驅(qū)動信號生成電路 Fig..3 special curve of soft

10、 limiter 圖 4 軟限幅器的特性曲線 Fig.4 special curve of soft limiter 如圖 4，用軟限幅器和受控源的聯(lián)合使用來完成死區(qū)時(shí)間的設(shè)置：軟限幅器的輸出信號中電平轉(zhuǎn)換的地方利用光滑的曲線進(jìn)行過渡，也就是說，電壓有一個(gè)上升時(shí)間，同時(shí)，軟限幅器的增益設(shè)為 1 000，也就是說它同時(shí)有放大的作用。而受控源設(shè)置為當(dāng)輸入大于 1 V 時(shí)輸出為 15 V， 而不是輸入過零時(shí)輸出為 15 V，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)

11、死區(qū)時(shí)間，以免產(chǎn)生逆變橋的直通。 半周期內(nèi)，T1 管的驅(qū)動信號如圖 5。 圖 5 T1 的驅(qū)動信號 Fig.5 driving signal of T1 受控源連接開關(guān)管前接一個(gè) 20? 的電阻， 以防止電源直接連結(jié) IGBT 的門極和發(fā)射極。因?yàn)殚T極和發(fā)射極可以等效為一個(gè)電容，直接連結(jié)可能產(chǎn)生仿真的錯誤。 圖 6 開環(huán)系統(tǒng)未經(jīng)濾波器的輸出電壓波形 Fig.6 output voltage waves of open-loop sy

12、stem not passing wave filter 3.2 開環(huán)控制的仿真 直接把控制信號加在主電路上而不加入反饋環(huán)節(jié)，則是 SPWM 開環(huán)逆變系統(tǒng)。 開環(huán)系統(tǒng)的沒經(jīng)過 LC 濾波的一個(gè)周期的輸出為經(jīng)過 LC 濾波器后，一周期的輸出電壓波形見圖7。 從圖 7 可以看出，輸出正弦波的幅值為 290 V與期望有 20 幾伏的差距。原因是濾波器的電阻上存在壓降，開關(guān)管也有壓降。而且，死區(qū)時(shí)間的設(shè) 定也會使輸出電壓與期望值產(chǎn)生誤差。 3

13、.3 閉環(huán)控制的仿真 如圖 8，用受控源對輸出電壓進(jìn)行采樣，然后經(jīng)過 PID 調(diào)節(jié)器控制正弦參考波的幅值。 0 -2 -1 0 1 2-1.5-1-0.500.511.51.0 0.5 1.5 -1.0 -0.5 -2 -1.5 -1 0 1 20 4 8 12 16 20t/ ms -400400-2002000 電壓/V 圖 7 開環(huán)系統(tǒng)濾波后輸出電壓波形 Fig.7 output voltage waves of o

14、pen-loop system passing wave filter 0 4 8 12 16 20t/ ms -400400-2002000 電壓/V V2 FREQ = 50 VAMPL = 5 VOFF = 0 E3 if(V(%IN+)1.0,V( %IN+),-5) EVALUE OUT+ OUT- IN+ IN- S1 E4 if(V(%IN+)>1.0,V( %IN+),-5) EVALUE OUT+