永磁同步电机控制系统仿真系列文章——逆变器模型（2）

网站首页 ꄲ 技术blog和使用技巧 ꄲ 永磁同步电机控制系统仿真系列文章——逆变器模型（2）

上一篇讨论了：

电路拓扑式建模与数学建模、
电力电子器件的哪些特性可以通过实时仿真模拟，
两电平H半桥的数学模型及其Simulink实现。

关于整个系统文章的内容请参考第一篇文章：

永磁同步电机控制系统仿真系列文章——永磁同步电机模型（1）

这一篇主要讨论的内容包括：如何利用三个H半桥搭建一个三相逆变器，并进行验证。

三相两电平逆变器拓扑结构如下图所示，由3个H半桥组成，因此直流侧正母线电流i_p为三个H半桥的正母线电流之和，直流负母线电流i_n为三个H半桥的负母线电流之和。

三相二电平逆变器拓扑（以IGBT示意）

定义三相逆变器的输入输出和参数

表1　 In ports

NO.	Name	Unit	Description
1	T_hs_a	[0\|1]	a相上桥臂器件控制信号
2	T_ls_a	[0\|1]	a相下桥臂器件控制信号
3	T_hs_b	[0\|1]	b相上桥臂器件控制信号
4	T_ls_b	[0\|1]	b相下桥臂器件控制信号
5	T_hs_c	[0\|1]	c相上桥臂器件控制信号
6	T_ls_c	[0\|1]	c相下桥臂器件控制信号
7	i_a	[A]	a相交流侧电流
8	i_b	[A]	b相交流侧电流
9	i_c	[A]	c相交流侧电流
10	v_p	[V]	直流侧正母线电压
11	v_n	[V]	直流侧负母线电压
12	v_open	[V]	T_hs_abc和T_ls_abc为0状态，并且i_abc无电流时的输入电压

表2　 Out ports

NO.	Name	Unit	Description
1	v_a	[V]	a相交流侧电压
2	v_b	[V]	b相交流侧电压
3	v_c	[V]	c相交流侧电压
4	i_p	[A]	直流侧正母线电流
5	i_n	[A]	直流侧负母线电流

表3　 Parameters for Two Levels Inverter

NO.	Name	Unit	Description
1	Vce	[V]	IGBT的导通饱和压降，四种方式：（1）固定值Vce_sat （2）线性函数：Rce_on×i_x + Vce_sat （3）一维Look up table：Vce(i_x) （4）二维Look up table：Vce(i_x, Tj)
2	Vfd	[V]	FRD的导通饱和压降，四种方式：（1）固定值Vfd_sat （2）线性函数：Rfd_on×i_x + Vfd_sat （3）一维Look up table：Vfd(i_x) （4）二维Look up table：Vfd(i_x, Tj)
3	Td_on	[s]	器件的开通延时
4	Td_off	[s]	器件的关断延时

根据数学模型，搭建Simulink模型如下：

三相二电平逆变器的Simulink模型

搭建仿真模型，与Specialized Power System（原产品名称SimPowerSystem）中的Universal Bridge模块进行对比。仿真模型如下，利用PWM Generator (2-Level)模块生成三相非同步的PWM信号，驱动三相逆变器，逆变器输出三相交流电供给Three-Phase Series RLC Load模块。

表4　仿真参数

NO.	Name	Unit	Value	Name	Unit	Value
1	仿真步长Ts	[s]	1e-7	IGBT饱和压降	[V]	1.15
2	死区时间	[s]	2e-6	FRD饱和压降	[V]	1.30
3	PWM频率	[Hz]	5000	器件开通延时Td_on	[s]	0
4	直流电压	[V]	400	器件关断延时Td_off	[s]	0
5	RLC负载额定电压	[V]	400	RLC负载有功	[W]	200e3
6	RLC负载额定频率	[Hz]	50	RLC负载感性无功	[W]	50e3

最后0.02s和0.002s的仿真波形如下，依次为Universal Bridge的b相电压，Simulink基本模块搭建的三相逆变器的b相电压，Universal Bridge的直流侧正母线电流，Simulink基本模块搭建的三相逆变器的直流侧正母线电流，三相交流电流。可以看出采用Simulink基本模块搭建的三相逆变器的波形与Specialized Power System（原产品名称SimPowerSystem）中的Universal Bridge模块的输出电压、直流电流的波形是一致的。

最后0.02s的仿真波形

最后0.002s的仿真波形

——参考文献——

[1] Li-Chun Liao，Ching-Tsai Pan，Tai-Lang Jong. “Switching Flow-Graph Modeling Technique for Three-Phase Inverters.” IEEE® Transactions on Industrial Electronics, Vol. 55, No. 4, April 2008.

ꂃ上一篇：无

ꁹ下一篇：无

永磁同步电机控制系统仿真系列文章——逆变器模型（2）

电力电子（含控制器和被控对象模型）

轨道交通（含控制器和被控对象模型）

信号调理系统

电机控制Demo套件