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        移相調(diào)壓控制技術(shù)在無源逆變電路中的應(yīng)用研究

        2016-03-27 09:44:44黃文潔榮軍黃文雷卓林楊春錢湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院
        數(shù)碼世界 2016年7期
        關(guān)鍵詞:全橋柵極調(diào)壓

        黃文潔 榮軍 黃文 雷卓林 楊春錢湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院

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        移相調(diào)壓控制技術(shù)在無源逆變電路中的應(yīng)用研究

        黃文潔榮軍黃文雷卓林楊春錢
        湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院

        研究了單相全橋無源逆變電路在移相調(diào)壓控制方式下的工作原理,并且在MATLAB/Simulink中對其工作原理進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,仿真結(jié)果表明通過改變移相延遲角θ可以調(diào)節(jié)負(fù)載兩端的輸出電壓有效值,極大的拓展了單相全橋無源逆變電路的應(yīng)用范圍,很有研究價值。

        單相橋式無源逆變電路 移相調(diào)壓 反饋通道 仿真與建模

        1 引言

        單相全橋無源逆變電路應(yīng)用非常廣發(fā),比如在直流電源變成交流電供負(fù)載使用,如交流電機(jī)調(diào)速、變頻器、不間斷電源和感應(yīng)加熱電源等。但是單相全橋無源逆變電路兩個橋臂同時導(dǎo)通,兩對交替各導(dǎo)通1800,其輸出電壓的有效值始終不變,要想改變其輸出電壓的有效值,只能改變輸入電壓的大小,因此在實(shí)際電路應(yīng)用中,會限制其使用范圍。針對這個問題,本文把移相調(diào)壓控制技術(shù)引入無源逆變電路應(yīng)用中,可以通過晶閘管的導(dǎo)通延遲角度,從而改變輸出電壓的有效值,而不用通過改變輸入電壓的大小實(shí)現(xiàn)輸出電壓有效值的改變,從而會大大拓寬單相全橋無源逆變電路應(yīng)用范圍。本文首先詳細(xì)介紹了單相全橋無源逆變電路的移相調(diào)壓工作原理,然后在MATLAB/ Simulink環(huán)境下的建模與仿真,最后對仿真結(jié)果進(jìn)行了比較分析,與原理分析完全一致,驗(yàn)證了其建模的正確性,為其在實(shí)際電路中的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

        2 移相調(diào)壓控制方式在無源逆變電路中的工作原理介紹

        單相全橋無源逆變電路(帶阻感性負(fù)載)由直流電源DC、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)V1~V4、二極管VD1~VD4、負(fù)載R、L以及觸發(fā)電路組成,其中直流電源DC兩端并聯(lián)一個大容量的電容C,形成電壓源,目的使電壓 沒脈動,同時能緩沖電感的無功能量。下面詳細(xì)闡述移相調(diào)壓控制技術(shù)在單相全橋無源逆變電路的工作原理。單相全橋無源逆變電路中,每個IGBT的柵極信號仍為180°正偏,180°反偏,并且V1和 V2的柵極信號互補(bǔ),V3和V4的柵極信號互補(bǔ),但V3 的柵極信號不是比V1落后180°,而是只落后θ,其中的取值范圍。也就是說,V3和V4的柵 極信號不是分別與V2和V1的柵極信號同相位,而是前移了。這樣,輸出電壓u0就不再是正負(fù)各為180°的脈沖,而是正負(fù)各為θ的脈沖,各IGBT的柵極信號及輸出電壓u0和輸出電流i0的波形。設(shè)在t1時刻前V1和V4導(dǎo)通,輸出電壓u0為Ud,t1時刻V3和V4柵極信號反向,V4截止,而因負(fù)載電感中的電流i0不能突變,V3不能立刻導(dǎo)通,VD3導(dǎo)通續(xù)流。因?yàn)閂1和VD3同時導(dǎo)通,所以輸出電壓為零。到T2時刻V1和V2柵極信號反向,V1截止,而V2不能立刻導(dǎo)通,VD2導(dǎo)通續(xù)流,和VD3 構(gòu)成電流通道,輸出電壓為-Ud。到負(fù)載電流過零并開始反向時,VD2和VD3截止,V2和V3開始導(dǎo)通,u0仍為 -Ud。t3時刻V3和V4柵極信號再次反向時,V3截止,而V4不能立刻導(dǎo)通,VD4導(dǎo)通續(xù)流,u0再次為零。以后的過程和前面類似。這樣,輸出電壓u0的正負(fù)脈沖寬度就各為θ,就可以調(diào)節(jié)輸出電壓,從而改變負(fù)載兩端輸出電壓的有效值。

        3 單相全橋無源逆變電路移相調(diào)壓控制方式在 MATLAB/ Simul ink的建模與仿真

        3.1仿真模型

        單相全橋無源逆變電路移相調(diào)壓控制方式在MATLAB/ Simulink中的仿真模型,它 主要由直流電源DC、電容、IGBT V1~V4、二極管 VD1~VD4、阻感性負(fù)載、觸發(fā)脈沖發(fā)生器P1~P4、示波器構(gòu)成,其中多路測量儀觀察負(fù)載R和L兩端的電壓電流波形。

        3.2仿真結(jié)果及其分析

        當(dāng)負(fù)載為阻感性負(fù)載時,單相全橋無源逆變電路移相調(diào)壓控制方式的仿真波形圖。其中圖4(a)和(b)所示的波形分別為時開關(guān)管V1~V4柵極觸發(fā)脈沖仿真波形和負(fù)載R和L兩端的電壓和電流仿真波形;(a)和(b)所示的波形分別為時開關(guān)管V1~V4柵極觸發(fā)脈沖仿真波形和負(fù)載R 和L兩端的電壓和電流仿真波形;仿真波形和負(fù)載R和L 兩端的電壓和電流仿真波形。為了方便比較,(a)中四個開 關(guān)管V1~V4柵極觸發(fā)脈沖仿真波形放在四個示波器 中進(jìn)行比較,而(b)中的負(fù)載R和L兩端的電壓和電流仿真波形放在同一個示波器中進(jìn)行比較。從(a)所示的仿真波形可以看出V3 的基極信號比V1落后度,也就是為,(b) 所示電壓仿真波形為矩形波,而且正負(fù)各導(dǎo)通,而電流為不規(guī)則波形,原因在于負(fù)載為阻感性負(fù)載,電流相位滯后于電壓相位。同理可分析,端的電壓為正負(fù)的輸出波形,從以上分析可以得出以下結(jié)論:當(dāng)改變角度時,負(fù)載R和 L兩端輸出電壓波形也隨角度的改變而改變,此時其負(fù)載兩端的電壓有效值也隨著改變,而不用通過改變輸入電壓的大小。(a) 開關(guān)管V1~V4柵極觸發(fā)脈沖 (b) 負(fù)載R和L兩端的電壓和電流波形時的輸出仿真波形。

        4 結(jié)束語

        本文首先分析移相調(diào)壓方式在全橋無源逆變電路中的工作原理,然后在MATLAB/Simulink環(huán)境下利用電力系統(tǒng)模塊庫中的電力電子器件組建建立其仿真模型,最后對仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析。仿真結(jié)果表明,通過改變角度,可以改變負(fù)載兩端的輸出電壓的有效值,為移相調(diào)壓控制方式的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

        [1]趙良炳.現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1995.5

        [2]王兆安,劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

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