两电平三相PWM电压逆变器MATLAB仿真分析

Three-phase Two-level PWM Converters (discrete)

两电平三相PWM电压逆变器

1、原理分析

如图1，该系统主要由两个独立的电路说明两个两电平三相的PWM电压源逆变器。

每个PWM电压源逆变器输入为一个通过三相变压器二次侧得到的交流电，变压器数据为：1kw,208V/ rms 500 var 60Hz。

电路中所有转换器属于开环控制，其中PWM发生器是属于离散模块的，这个模块可在离散控制模块库中查找。

这两个电路使用相同的直流电压(Vdc = 400V)、载波频率(1080赫兹)、调制指数(m = 0.85)与生成频率(f = 60赫兹)。

采用变压器漏电感和负载电容进行谐波滤波。

这两个电路是:

1、三相、两电平转换器(单/三桥臂，六开关器件);

2、三相、两级转换器(双/三桥臂，十二开关器件的H型结构)

图1 两电平三相PWM电压逆变器仿真图

2、参数设置

1、通用桥

图2 通用桥参数设置

如图2，参数分别为：

·Number of bridge arms：桥臂数量，可以选择1、2、3相桥臂，构成不同形式的整流器

·Snubber resistance Rs（Ohms）：缓冲电阻Rs，为消除缓冲电路，可将

Rs参数设置为inf。

·Snubber capacitance Cs(F)：缓冲电容Cs，单位F，为消除缓冲电路，可将缓冲电容设置为0；为得到纯电阻，可将电容参数设置为inf。

·Resistance Ron(Ohms)：晶闸管的内电阻Ron，单位为Ω。

·Forward voltage Vf(V)：晶闸管元件的正向管压降Vf和二极管的正向管压降Vfd，单位为V。

·Measurements：测量可以选择5种形式，即None（无）、device voltages （装置电压）、Device currents（装置电流）、UAB UBC UCA UDC（三相线电压与输出平均电压）或All voltages and currents（所有电压电流），选择之后需要通过Multimeter（万用表模块）显示。

2、变压器

图3 三相、两电平转换器变压器参数

如图3，变压器参数为：

·Nominal power and frequency:标称额定功率Pn（VA）和变压器额定频率频率fn(Hz)。

·Winding 1 (ABC) connection：一次绕组的接线方式，一次绕组的连接方式选择。

·Winding parameters：一次绕组的参数，一次绕组的线电压有效值（V）、电阻（pu）和漏抗（pu）。

·Winding 2 (abc) connection：二次绕组的接线方式，二次绕组的连接方式选择。

·Winding parameters：二次绕组的参数，二次绕组的线电压有效值（V）、电阻（pu）和漏抗（pu）。

·Saturable core：铁心的饱和状态，若选择该项，则模拟饱和状态的变压器。

·Magnetization reactance Rm：励磁铁芯电阻，反应变压器铁心损耗的励磁电阻（pu）。

·Magnetization reactance Lm：励磁铁芯电感，变压器的励磁电感（pu）。若变压器铁心选择饱和状态，则该参数为零。若变压器铁心饱和状态不被选中，则需要输入该参数。

·Saturation characteristic：饱和特性，只有选中变压器铁心饱和状态时才显示这个参数，它是包含电流/磁链的序列值。

·Specify initial fluxes：磁链初始值，若选中该项，则磁链初始值参数用 [phi0A phi0B phi0C]表示。

·[phi0A phi0B phi0C]：只有选中变压器初始磁链和饱和铁心参数后才显示这项，给定变压器每项磁链的初始值。

·Measurements：测量，通过选择三相变压器绕组的电压、电流、磁链等变量就可以进行相应的测量。

3、仿真结果分析

图4 三相、两电平转换器(单/三桥臂，六开关器件)仿真结果

图5 三相、两级转换器(双/三桥臂，十二开关器件的H型结构)仿真结果

在仿真结果上可观察到2个电压波形：（1）、电平桥输出的A相对中性点的逆变电压；(2)、加载负载上的线电压

从波形图可以看出：Uaa和Uab均有三个电平：±400V、0V。而负载电压非常接近正弦波，这是由于变压器漏感和负载电容所组成的滤波回路大大地减少了逆变器输出电压中的谐波。

从波形图中，可以看出：由于在仿真过程中，仍然有部分低次谐波存在，导致波形有所失真。明显的看出，三相、两电平转换器(单/三桥臂，六开关器件)比三相、两级转换器(双/三桥臂，十二开关器件的H型结构)存在的谐波更大。