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：
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 |
NO. |
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0.002s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.
