三相逆变器设计与仿真
三相逆变器设计与仿真
1.设计
数据要求
输出电压V 0：220V
输出频率f ：50HZ 负载功率因数cos φ：0.8-1 过载倍数：1.5倍 输出功率P 0：6KVA
负载参数的计算
负载输出部分电路图，如图所示
负载输出电路
负载电阻最小值计算
当cos φ=1时，负载电阻计算计算公式为公式（3-1）；当cos φ=0.8时，负载电阻计算公式为公式（3-2）
Ω=÷=÷=8.07000622022
o o p V R （3-1）
Ω=⨯==
10.088
.00006220P 2
2
ϕCOS V R O O （3-2） 负载电感最小值计算
负载无功功率1L Q 为
KVA P Q O L 6.337sin 6sin 1=︒⨯==ϕ 负载电感感抗1L Z 为 Ω===4.133600
2202
12
1
L O L Q V Z
A I I OP 59.001.72422o )短(=⨯=
=
三相逆变器电路
三相逆变电路
滤波电感计算
1.滤波电感的作用
1).减小输出电压的谐波电压 2).保证滤波电压的传输
2.设计滤波器时应该注意以下问题
1).滤波电路固有频率应远离输出电压中可能出现的谐波频率（例60倍频） 2).LC 2ω应该远小于1（即12<<LC ω) 3).
R
L
ω应较小 根据设计滤波器时要注意的问题要求而选择5.1=L ω 滤波电感L 为 mH f L 775.450
25
.125.1=⨯==ππ 实际取值为5mH 所以滤波电感感抗L Z 为
Ω=⨯⨯⨯==-=314.010550223ππωfL L Z L 滤波电路的固有频率'f 为
HZ LC
f 511.19710
13010
521
216
3
'=⨯⨯⨯=
=
--ππ
10923.02<<=LC ω满足要求
逆变电路输出电压
滤波及负载部分电路图，如图所以
滤波及负载部分电路图
在过载1.5倍的情况下：
1cos =ϕ时（即纯阻性）
电感电流L I 与R I 间的夹角θ为
︒=⨯==11.47)26.52581.58.07
arctan()1.5arctan(
C Z R θ 电感电流L I 为 A I I I R C L 41.72)8.07
2201.5()26.5258220(
)1.5(2
222
=⨯+=+=
电感L 上的压降L V ∆为
A Z I V L L L 14.23341.041.72=⨯==∆ 逆变电路的输出电压i V 为 V V i 217.62)11.4790cos(14.23220214.2322022=︒-︒⨯⨯⨯-+=
8.0cos =ϕ时（即阻感性）
负载电感电流1L I 与滤波电容电流C I 之差为
A Z Z I I C
L C L 16.33326.5258
220
13.42201.5220
220
1.51
1=-⨯=
-
⨯=-
C L I I -1与R I 之间的夹角θ为
︒=⨯=26.51)10.08
2201.516.333
arctan(
θ 电感电流L I 为
A I I I I C L R L 36.59)16.333()10.082201.5(
)()2(22
212=+⨯=+=- 电感L 上的压降为L V ∆为
V Z I V L L L 11.49314.036.59=⨯==∆ 逆变电路的输出电压i V 为
225.363V
)26.5190cos(11.49220211.4922022=︒+︒⨯⨯⨯-+=
i V
主开关器件的耐压
主开关器件的耐压根据所有工作情况下的最高电压考虑，主开关器件所承受
的最高电压一般出现在输入电压最高、输出负载最轻时，选主开关器件耐压为实际工作电压的2倍。
取逆变电路在过载情况下的输出电压的2倍，即225.363*2=450.726V 。
在留有一定裕量下，实际选650V 耐压的开关器件。
输出滤波模型
输出滤波电路图，如图所示
输出滤波电路 根据输出滤波电路写出如下关系式
1ri Vo Vi dt di
L --=
01i i dt dVo
C -=
将式上面公式变换形式后的式下面公式
11ri Vo Vi Lsi --= o i i CsVo -=1 根据上面公式画出输出滤波仿真模型，如图所示
输出滤波仿真模型 输出电压Vo 与输入电压Vi 的关系式为 o i rCs LCs r
Ls Vi rcs LCs Vo 1
1122+++-++=
三相逆变器的控制策略
在给定输入Vi 与负载扰动输入io 共同作用下下，闭环输出Vo （s ）为
)
()1()()
()()1()(23232s Io K s K s K rC LCs r Ls s s Vi K s K s K rC LCs K s K s K Vo i
P d i P d i P d ++++++-+++++++= 其闭环特征方程)(s D 为
i P d K K s K rC LCs s D +++++=)1()()(23 主导极点21、S 为
2211r r r r j S ξωωξ-±-=、
非主导极点3S 为
)105(3-=-=n n S r r ωξ 期望的特征方程)(s D r 为
))(2())()(()(22321r r r r r r r r r n s s s s s s s s s D ωξωωξ+++=---= 根据极点配置法求解，得
rC LC n K r r d -+=ωξ)2( 1)12(22-+=LC n K r r P ωξ LC n K r r i 3ωξ= r ξ是阻尼比 r ω是自然振荡频率 L 为滤波电感 C 为滤波电容 当8.0=r ξ、3500r =ω、10n =、Ω=6.0r 时，代入到公式中求得
Kp=9.15 Kd=0.02 Ki=20658
双闭环控制系统
将滤波电感电流或滤波电容电流瞬时值作为反馈量引入控制系统，设置电流内化改善系统动态性能
双闭环控制系统仿真模型有三种情况，如图所示
双闭环控制系统仿真模型
如图所示，模型中负载扰动在内环之外，其优点是能方便的实现逆变器的过流保护，但对负载扰动的抗干扰性弱。
双闭环系统闭环特征方程)(s D 为
LC K
K s LC K K K K s LC CK K K s LC
K rC s s D i
i i P i P i P P p
2112212221324
1)(++++++
++
=
四阶系统期望闭环主导极点21、S 为
2
211r r r r j S ξωωξ-±-=、
非主导极点3S 、4S 为
r r m S ωξ-=3 r r n S ωξ-=4 期望的四阶系统特征方程)(r s D 为
))()(2()(22r r r r r r r r n s m s s s s D ωξωξωωξ++++= 根据极点配置法求解，得
420r r LCmn a ωξ= 321)2(r r r mn n m LC a ωξξ++= 222])22(1[r r mn n m LC a ωξ+++= r r n m LC a ωξ)2(3++= P i P
K CK a K 22211
--
i
i K a K 20
1=
r C a K P -=
3
2
)1(02
222122232=-+-+a K K K a K a CK P i P i i
将8.0=r ξ 3500=r ω 10==n m Ω=6.0r ，代入公式求得
a0=6.5*10∧9 a1=3*10∧6 a2=700 a3=0.03
K2p=307 K2i=50 K1p=2.521 K1f=5477.543
2．仿真
三相逆变器电路simulink仿真图
仿真结果。