從以往的仿真經(jīng)驗來看,單相逆變器仿真是一個簡單、不需要太多計算與調(diào)試就可以實現(xiàn)基本正弦波的輸出。如果輸出電壓不理想,調(diào)整調(diào)整載波頻率、電感、電容也可以勉強的輸出正弦波。但是當(dāng)涉及到逆變器的閉環(huán)控制、三相逆變器的開環(huán)閉環(huán)仿真時,會發(fā)現(xiàn)調(diào)試變得困難,瞎湊參數(shù)也湊不出理想的波形。復(fù)雜一些涉及到并網(wǎng)逆變器、直接功率控制等控制方法的仿真更是難上加難。此時就會想到數(shù)學(xué)模型的魅力。根據(jù)計算的數(shù)學(xué)模型、傳遞函數(shù)、設(shè)計閉環(huán)環(huán)路控制才是王道。因此從簡單的單相逆變器重新開始學(xué)習(xí)。本次學(xué)習(xí)不注重逆變器原理的仿真,主要學(xué)習(xí)一些關(guān)鍵公式的推到,并通過仿真的形式驗證關(guān)鍵公式。
1 單相逆變器的基本原理
簡單介紹一下工作原理:
在SPWM調(diào)制下,1、4互補導(dǎo)通,2、3互補導(dǎo)通。1、4導(dǎo)通輸出+Vdc,2、3導(dǎo)通輸出-Vdc。14、23導(dǎo)通時間由SPWM調(diào)制計算得出。所以可以將你便電路進(jìn)行簡化,簡化電路如下:
可以把逆變電路分為兩個部分。1 SPWM波產(chǎn)生電路 2 LC濾波電路
SPWM波產(chǎn)產(chǎn)生的是方波,逆變電路想要輸出的是一個正弦波。兩者除了在波形上有差距,最本質(zhì)的差距就是方波內(nèi)包含想要輸出的正弦波以及不想要輸出的雜波。這個雜波就是諧波。
LC濾波器,就起到把其余雜波濾掉的功能,同時不能濾掉我們希望得到的波形。
所以就需要搞清楚三個問題。
1 我們想要輸出的正弦波是什么。如何確定SPWM方波內(nèi)包含期望輸出的正弦波?
2 SPWM方波內(nèi)除了期望的正弦波,還包含什么樣的波?
3 LC濾波器能濾除什么樣的波?
問題1:
SPWM調(diào)制的原理:將期望輸出電壓作為調(diào)制波,將高頻三角波作為載波,將調(diào)制波與載波進(jìn)行比較。當(dāng)調(diào)制信號大于載波信號時,逆變器輸出電壓為正,當(dāng)調(diào)制信號小于載波信號時,逆變器輸出電壓為負(fù)。這個過程就是調(diào)制。PWM調(diào)制的基礎(chǔ)原理:對于具有慣性的環(huán)節(jié)而言,如果多個窄脈沖的面積(沖量)相等,即使它們的形狀不同,這些窄脈沖加在環(huán)節(jié)上的效果也是基本相同的。
通過PWM調(diào)制就可以將調(diào)制波這個模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。模擬信號就是一個連續(xù)的波形。而轉(zhuǎn)化呈的數(shù)字信號是一個僅包含0 1的信號,表現(xiàn)形式就是一個方波。而方波的脈沖的寬度就包含著那個模擬信號的信息。我們調(diào)制波為我們期望輸出的波形,SPWM調(diào)制出來的SPWM方波內(nèi)就包含著我們期望輸出波形。
問題2
SPWM方波的諧波含量。
根據(jù)傅里葉變換可知,每一個周期性的信號,都是由不同頻率、幅值、相位的正弦波組成。因此可以根據(jù)傅里葉的理論分析出SPWM波內(nèi)的波形組成,這個過程就是傅里葉變換。傅里葉變換可以通過傅里葉展開式計算,(我也嘗試學(xué)著推到SPWM方波傅傅里葉展開式,但沒有找到具體的推導(dǎo)過程。自我感覺就算找到也不理解),本文不對詳細(xì)推導(dǎo)過程做過多闡述,僅借用文獻(xiàn)[1][2]的結(jié)果 ,后續(xù)將通過仿真全方面驗證SPWM方波的諧波含量。
文獻(xiàn)[1]基于MATLAB的單相SPWM逆變電路諧波分析-付江夢
文獻(xiàn)[2]SPWM單相逆變電路的諧波分析-胡賽純