概述

本實(shí)例展示了正弦脈寬調(diào)制電壓源逆變器（SPWM VSI）的開(kāi)環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)。

圖1 正弦脈寬調(diào)制電壓源逆變器電路

介紹

單相電壓源逆變器（VSI）是一種非常常見(jiàn)的DC-AC轉(zhuǎn)換器，其中輸入電壓源是直流信號(hào)，而輸出電壓是一個(gè)正弦信號(hào)，其RMS值是DC輸入電壓的1 /√2倍。這里介紹的單相VSI使用具有四個(gè)理想開(kāi)關(guān)（兩個(gè)分支）的全橋拓?fù)鋪?lái)生成輸出交流波形。

通過(guò)保持輸入直流電壓恒定并改變逆變器的增益，可以獲得可變的輸出。它是使用脈寬調(diào)制（PWM）控制技術(shù)完成的。在不同的PWM技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)正弦脈寬調(diào)制（SPWM）可以改變逆變器的增益。

在圖1所示的全橋拓?fù)渲?，開(kāi)關(guān)Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通以獲得輸出交流波形的正半周，同時(shí)保持開(kāi)關(guān)Q3和Q4截止。并且將開(kāi)關(guān)Q3和Q4接通，同時(shí)保持1和2斷開(kāi)以獲得負(fù)周期。

設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)規(guī)范見(jiàn)下表1：

表1 設(shè)計(jì)規(guī)范

細(xì)節(jié)描述

在圖1所示的全橋拓?fù)渲?，外部單相控制參考信?hào)vcntl是與三角載波信號(hào)vtri1和vtri2比較的調(diào)制信號(hào)。

相對(duì)電平（幅度）和頻率用于生成PWM信號(hào)，該P(yáng)WM信號(hào)進(jìn)一步用于控制逆變器每個(gè)相位分支的開(kāi)關(guān)設(shè)備。外部控制參考信號(hào)Amp的幅度與三角載波信號(hào)Amc之間的關(guān)系稱為幅度調(diào)制指數(shù)，ma = Amp / Amc。

在此設(shè)計(jì)中，ma設(shè)置為0.8。三角載波信號(hào)的所需頻率frc與外部AC控制參考信號(hào)的頻率frq之比稱為調(diào)頻指數(shù)（mf = frc / frq）。 MF的規(guī)格有助于消除大范圍的諧波。例如，如果mf是一個(gè)奇數(shù)整數(shù)，它將消除偶數(shù)諧波。增加mf的值會(huì)增加三角載波的頻率。

在足夠高的載波頻率下，由于存在感應(yīng)元件，高頻分量不會(huì)在ac網(wǎng)絡(luò)（或負(fù)載）中顯著傳播。

但是，較高的載波頻率會(huì)導(dǎo)致每個(gè)周期的開(kāi)關(guān)次數(shù)增加，從而增加功率損耗。但是，它減少了負(fù)載機(jī)械中的總諧波損耗。在此示例中，mf設(shè)置為150。

消隱或死區(qū)時(shí)間，bt是關(guān)閉一個(gè)高側(cè)功率器件和打開(kāi)互補(bǔ)的低側(cè)功率器件之間通常需要的一個(gè)小延遲。死區(qū)時(shí)間是需要的，以確保被關(guān)閉的設(shè)備有足夠的時(shí)間在另一個(gè)設(shè)備被打開(kāi)之前恢復(fù)其阻塞能力。否則可能導(dǎo)致直流電壓短路，消隱時(shí)間會(huì)根據(jù)輸出電流的方向輕微地增加或減少輸出。

該設(shè)計(jì)中的常用參數(shù)（例如ma，mf，bt和frq）使用“設(shè)計(jì)變量”功能定義為全局變量，如下所示。設(shè)計(jì)變量允許用戶定義的變量將其值傳遞到邏輯示意圖層次結(jié)構(gòu)的較低級(jí)別。

圖2 設(shè)計(jì)變量

仿真

為了檢查SPWM VSI的瞬態(tài)行為，可以執(zhí)行以下步驟:

1.運(yùn)行一個(gè)瞬態(tài)分析，結(jié)束時(shí)間設(shè)置為150米。

2.繪制波形vload, r.rload.i和r.rload.v。

3.X軸為持續(xù)時(shí)間8.333 ms ~ 141.667 ms。

4.在vload和r.rload.i上應(yīng)用RMS測(cè)量。使用應(yīng)用測(cè)量工具波形。

5.結(jié)果如圖3所示。

圖3 SPWM VSL輸出波形

6. 放大x軸以查看負(fù)載的電壓脈沖。

7.重疊波形r.rload.v在vload上。結(jié)果如圖4所示

圖4 輸出波形疊加

總結(jié)

使用SaberEXP軟件對(duì)SPWM VSI設(shè)計(jì)進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果。輸出交流電壓有效值為222 V，輸出電流有效值為1.994 A。

該設(shè)計(jì)可以從SaberEXP導(dǎo)出到SaberRD，以進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)、特征部件驗(yàn)證、可靠性和功能安全性分析等等工作。