三相逆变器仿真

PLECS 应用示例（77）：三相T型逆变器（Three-Phase T-Type Inverter）

本文展示了一款用于并网应用的三相T型逆变器，采用Wolfspeed SiC MOSFET。图1显示了电路图，演示了如何选择器件、控制器参数和调制方法以影响逆变器的热性能。模型研究了逆变器在不同运行条件下的性能，确保系统安全高效运行。

T型逆变器类似于三电平中点箝位（NPC）逆变器，提供改进的谐波性能，同时减少零件数量和外部开关器件的导通损耗。本示例展示了一个22 kVA额定功率的T型逆变器，将800 V直流母线转换为三相60 Hz、480 V（线路，rms）配电。

模型配置了三种不同开关类型的SiC MOSFET，分别具有不同的额定电压、额定电流和RdsOn值，用于评估其热性能。每个器件都被建模为具有定制掩模配置的子系统，包括MOSFET和体二极管，以及热模型。组件掩模参数包括导通电阻和体二极管正向电压，以确定电流流过路径，影响开关损耗。

控制器采用解耦的同步参考系电流控制器，用于生成dq电压参考，通过独立的PI调节器将逆变器输出电流调节至设定点。PI控制器包括去耦前馈项，使用简单的同步参考帧锁相环（PLL）测量电压参考相位角，然后转换为三相电压参考，馈送到调制器，用户可选择不同的调制方案。

调制器组件实现不同的调制方法，如SPWM、SVPWM、THIPWM、THZSPWM和DPWM，以比较其对半导体损耗的影响。例如，DPWM在单位功率因数下的损耗最低，但当功率因数角接近0.5时，SPWM和SVPWM方法显示出较高的损耗。

通过操纵控制器设置、调制方案、开关频率、死区时间、控制器增益以及分析设备类型、并联设备数量和外部冷却或散热器的影响，可以试验控制器设置并分析系统级电气规格。参数扫描是确定设计决策如何在一系列操作条件下影响转换器性能的有效方法。

该模型突出显示了PLECS的热建模能力，并可以作为研究控制器设计对其他拓扑结构效率影响的例子。

PLECS应用示例（88）:Z源逆变器（Z-Source Inverter）

本演示展示了一种用于燃料电池应用的电流控制三相Z源逆变器。图1显示了Z源逆变器的电路。Z源逆变器中独特的阻抗网络允许逆变器在降压和升压模式下运行。

阻抗源（或阻抗馈电）功率转换器，也称为Z-source逆变器（或转换器），使用由以X形状连接的分裂电感器和电容器组成的阻抗网络，将主转换器电路耦合到电源（或负载）。它可用于实现DC-AC、AC-DC、AC-AC和DC-DC功率转换，以取代传统的V源或I源转换器。

演示模型显示了Z源逆变器的一个示例，其中来自燃料电池源的直流电压被转换为三相交流输出。传统的V源逆变器（VSI）在没有额外的DC-DC升压级的情况下不能产生大于DC电压的AC输出电压。根据第2.1节中定义的降压-升压因子，Z源逆变器可以产生大于或小于DC电压的AC输出电压。需要一个与直流电源串联的二极管来防止反向电流。

在传统的VSI中，当DC电压施加在负载上时，有六种可能的有源开关状态（在三相支路中的每一个支路中只有一个上开关或下开关导通）和两种零状态（负载端子通过所有上开关或所有下开关短路）。Z源逆变器具有额外的零状态，当负载端子通过一个或两个或全部三相支路的上开关和下开关短路时。这种直通零状态为逆变器提供了独特的降压-升压特性。当直流电压足够高以产生所需的交流电压时，击穿零状态为非激活状态。否则，逆变器的等效直流输入电压将使用直通状态[1]升压。

锁相环（Phase-Locked Loop）PLECS组件库提供了一个同步参考帧锁相环（SRF-PLL）组件，如图2所示。它包含一个低带宽比例积分（PI）控制器，用于检测三相输入信号的相位角。然后，相位信息用于将AC输出电流和电压转换为旋转参考系（dq）[4]。

电流控制器（Current Controller）在交流侧的dq帧中，[公式] [公式] 其中，[公式] 和 [公式] 是电压， [公式] 和 [公式] 是电流， [公式] 是A相电压的峰值。交叉耦合项 [公式] 和 [公式] 是abc到dq变换的结果。为了实现简单的一阶对象，在控制器中提供它们作为前馈，以解耦q和d轴电流。

基于上述对象传递函数，使用K因子方法对电流控制器进行解析调谐。K因子方法是一种环路成形技术，其中可以针对指定的相位裕度和交叉频率准确地设计控制器。[2]中解释了使用K因子方法的控制器设计。

电流控制器的输出是一组三相正弦信号{Ma，Mb，Mc}。

射击任务计算器（Shoot-through duty calculator）当降压-升压因子BB大于1时，直通占空比计算器计算开环直通占空比d，如图4所示。

使用所提供的模型进行仿真，以观察PWM信号、输出交流电流和Z网络电容器电压。

在0.2 s时，d轴交流电流参考从5 A增加到10 A，在0.4 s时，q轴交流电流基准变为−5 A。观察输出dq电流遵循参考信号，如图6所示。

输出交流相电压为[公式] V，直到0.6s，见图7，输入直流电压为70V。因此，降压-升压因子BB为：

由于降压-升压因子大于1，所以启用直通占空比。Z源逆变器在升压模式下运行。从图8中可以观察到，穿透周期关于原始切换瞬间对称放置。

在0.6 s时，见图7，输入直流电压从70 V升压到190 V，新的调制指数计算如下：

由于降压-升压因子小于1，直通占空比为零，如图9所示。此时，Z源逆变器以降压模式工作，并使用传统的PWM调制方案。

该模型重点介绍了一个电流控制的三相Z源逆变器，展示了一些PLECS控制域组件，包括连续控制器方案和状态机调制器。状态机块评估由电流控制器生成的三相正弦调制指数信号的最大值和最小值，并插入适当的直通占空比值以获得新的比较信号。

PLECS 应用示例（78）：三相电压源逆变器（Three-Phase Voltage Source Inverter）

三相电压源逆变器(VSI)模型展示了一个从直流电压源产生交流电流和电压的逆变器电路。此模型设计用于实现10千瓦的额定功率，并提出了三种不同的脉宽调制(PWM)方案来控制VSI输出。

直流电压源提供700伏的电压，代表系统中的电池、太阳能阵列或整流器。逆变器连接到230Vrms、50Hz的低压电网，电网表示为刚性交流电压源。并网电抗为基础阻抗的10%，并包含小电阻来模拟电感器损耗。电感器电流被初始化为单位功率因数下10kW的期望额定功率，以避免启动期间的瞬态。

可配置子系统“控制器Controller”包含三种常见的PWM方法：正弦PWM、空间矢量(SV)PWM和滞后PWM。选择不同的调制器类型将呈现不同的控制参数。通常，VSI输出端电压或参考电流将使用闭环控制方法动态计算，但在模型中使用固定值。正弦和SV PWM配置中，参考信号是VSI输出端子处的期望平均电压，VSI输出电流与电网电压相位差决定了输出电压幅度和角度。正弦PWM实现使用对称PWM组件，其采样参数配置对调制指数输入进行采样的不同方式。滞后PWM是一种电流控制的PWM方案，调节逆变器的输出电流至恒定迟滞带内的参考电流。

模型配置了运行多个实验，比较每个调制器的性能。通过检查输出波形、总谐波失真(THD)、谐波频谱分析和磁滞带，可以比较每种调制策略产生的谐波。

通过比较，发现SV PWM在输出端产生的谐波失真较小，与相同开关频率的正弦PWM相比。正弦PWM和SV PWM方案的主谐波以开关频率的整数倍为中心，而磁滞PWM产生的谐波是非周期性的，并在谐波频谱中具有频率含量。

模型讨论了无调节三相VSI的运行，并实现了三种调制技术，比较了每种调制策略产生的谐波。此模型授权英富美(深圳)科技有限公司提供翻译与发表，所有权属于瑞士商Plexim GmbH所有。如有任何用途，请先获得所有权人允许。

学习笔记：Simulink仿真“古代”三相全桥整流器

这篇文章探讨了整流器中的点火角概念，以及在交流驱动直流电机过程中各种物理量的表现，并介绍了Simulink中的Simscape模块在仿真三相全桥整流器中的应用。

整流器中的点火角α控制着直流电压的大小，进而影响电机的转速。通过调整该角度，可以实现对电机速度的精确控制。在Simulink中，可以利用Simscape模块构建三相全桥整流器的模型，实现对这一过程的仿真。

在搭建模型时，需要选择适当的元件类型和参数，包括三相电源、六桥模块、逻辑产生六脉冲信号、负载电机以及观察仪表等。通过调整点火角的常数模块，可以观察到整流器输出电压和电流的变化。

在点火角为0°时，第一个脉冲信号在30°处被触发，而输出电压的波形则基于脉冲发生器的设置。通过分析电路的连通情况，可以理解为什么从30°开始作为点火角的触发角度。此外，观察三相电流和直流侧电流的变化，有助于更深入地理解整流器的工作原理。

对于不同点火角α的设置，例如60°、75°、90°等，输出电压和电流的变化将展现出不同的特性。在特定情况下，整流器可能进入正扭矩负转速的运行区间，此时电机表现出逆变器工况，类似于发电机在工作。

通过Simulink中的Simscape模块，学习者可以更加直观地观察到物理量的变化，并通过实验证明电机的运行特性。这一过程不仅加深了对整流器和电机工作的理解，也为后续学习提供了更丰富的可视化资源。

此外，文章还简要介绍了Simscape模块的使用，这是一个能够实现对现实世界物理量仿真的重要工具。它包含多种电子电器电机模型，方便学习者构建和分析复杂的物理系统。

对于希望学习和使用Simulink的读者，文章还提到了Simscape模块的入门指南，并提到了一个免费的替代软件Scilab.org，供有意向的用户尝试。

PLECS应用范例（77）：三相T型逆变器（Three-Phase T-Type Inverter）

本演示介绍了一种三相T型逆变器，用于部署Wolfspeed SiC MOSFET的并网应用。T型逆变器类似于三电平中性点箝位（NPC）逆变器，因为它在0V时增加了额外的输出电压电平，从而比标准的两电平逆变器提供了更好的谐波性能。T型逆变器的优点是减少了部分计数和减少了外部开关器件的传导损耗，但缺点是阻断电压降低。演示模型显示了一个额定值为22 kVA的T型逆变器示例，该逆变器将800 V直流母线转换为三相60 Hz、480 V（均方根）配电，用于工业应用。

T型逆变器的热性能受到设备选择、控制器参数和调制方法的影响。在演示模型中，所有12个器件均配置为演示不同Wolfspeed SiC MOSFET的热损耗性能。每个半导体器件被建模为具有定制掩模配置的子系统，每个都有自己的热模型。设备断言（Device Assertions）会检查设备在安全操作区域内的运行情况，并生成警告。

控制器实现的高级示意图如图4所示。图5所示的去耦合同步参考框架电流控制器用于为调制器生成dq电压参考，调制器则将变频器的输出电流调节到所需的设定点。控制器包括直接电流和正交电流的PI调节器，电压参考的相位角由一个简单的同步参考框架锁相环（PLL）测量得到。使用PLL的角度输出，电压参考值被转换为三相电压参考值，并送入一个调制器。调制器的实现可以采用不同的调制方法，包括经典的正弦脉宽调制（SPWM）、空间矢量PWM（SVPWM）、三次谐波注入PWM（THIPWM）、三次谐波零序PWM（THZSPWM）和不连续PWM（DPWM）。

使用提供的模型运行仿真，可以观察到每个相支路的PWM信号、输出交流电流、设备S11和S12的信号以及系统的计算损耗。参数扫描是确定设计决策如何在一系列操作条件下影响变换器性能的有效方法。通过操纵调制方案、开关频率、停滞时间、控制器设定点和控制器增益，可以试验控制器设置。此外，还可以分析设备类型、并联设备的数量以及外部冷却或更大散热器的影响。所有这些设置都会影响损耗行为和系统效率。如果设备在安全操作区域外运行，模拟窗口的右下角将出现一个警告图标，以确定违反了哪些操作标准。

模型重点介绍了用于工业配电网应用的三相T型逆变器。通过简单的设备和控制器设计，突出了PLECS的热建模能力。此模型可用作研究控制器设计对其他拓扑效率影响的示例。

基于准PR控制的LCL三相并网逆变器仿真模型（Simulink仿真实现）

基于准PR控制的LCL三相并网逆变器仿真模型，利用Simulink进行实现。该逆变器在电力电子领域具有高效性、高功率密度和可编程性强的特性，广泛应用于可再生能源、电动汽车等领域。

构建电力系统模型时，需包含直流电源、LCL三相并网逆变器、输出滤波器和电网。在逆变器中，需建立准PR控制器模型，实现对输出电压和电流的控制。模型建立需考虑电感值、电容值、阻值等参数的精确性，仿真中应实时监控和记录数据，分析和验证结果，并对仿真结果进行优化和调整，以满足实际应用需求。

运行结果方面，通过Simulink仿真，模型运行稳定，输出符合预期，验证了准PR控制在LCL三相并网逆变器中的有效性。

参考文献中提及的相关研究，有助于理解准PR控制在LCL三相并网逆变器中的应用及分析方法。如有引用或借鉴，会注明出处，并保持内容的准确性。

具体Simulink仿真实现步骤及详细讲解将在后续文档中提供，以满足对准PR控制在LCL三相并网逆变器仿真模型构建和运行细节的深入理解需求。

基于V/F控制的三相逆变器仿真模型研究（Simulink仿真实现）

分布式电源逆变器控制方法有PQ控制、V/f控制和Droop控制，其中V/f控制适用于孤岛运行微电网，使频率和电压保持稳定。采用V/f控制策略的三相逆变器，在功率变化范围内，输出电压保持稳定。V/f控制通过反馈电压调节交流侧电压，实现输出电压稳定，通常采用双环控制策略，电压外环保持稳定输出电压，电流内环快速抵御扰动。三相逆变器输出电压和逆变桥输出电流经过Park变换为d轴和q轴分量，与指令电压、角频率和参考信号通过PI控制器和反Park变换形成六路驱动信号，控制开关管开通与关断。

V/F控制是将交流电压振幅与频率按比例关系控制的一种方法，用于将直流电能转换为交流电能。在仿真模型研究中，使用电力系统仿真软件如Matlab/Simulink、PSIM等建立控制方法模型。模型关键在于将直流电压转换为交流电压，具体步骤包括建立直流电压源、三相逆变器桥臂和三相负载模型，将它们连接起来，并设置V/F控制参数。运行仿真后，可以观察逆变器输出的交流电压和负载电流波形，以及功率转换效率等指标，评估V/F控制性能。具体仿真步骤和参数可能因使用的仿真软件有所不同。

基于V/F控制的三相逆变器仿真模型搭建步骤包括：建立直流电压源、三相逆变器桥臂、三相负载模型，连接电源、逆变器和负载，设置V/F控制参数并运行仿真。观察仿真结果，如逆变器输出波形和负载电流波形，以及功率转换效率等性能指标，评估V/F控制方法的性能。

在具体研究中，仿真模型的搭建和参数设置应根据实际情况进行调整和优化。具体步骤和参数设置因使用的仿真软件而异，以上为一般性参考步骤。

参考文献：文章中引用内容如有不妥，请随时联系删除。[1] 张飞, 刘亚, 张玉杰. 基于V/F控制的三相逆变器仿真模型的研究[J]. 自动化与仪器仪表, 2015.

三相逆变器SPWM三次谐波注入仿真分析

在深入探索三相逆变器的SPWM技术中，我们首先描绘了一个引人入胜的电路场景：如图1所示的电压型三相逆变器，其中直流电压稳定在600V，载波频率设定为1kHz。负载条件独特，包括三相对称的10Ω电阻和10mH电感，同时接入一个50Hz的正弦波负载，其幅值为320V。为了模拟真实世界中的谐波行为，我们采用SPWM技术进行仿真，其中三次谐波的注入理论占据核心位置。

首先，我们构建了一个精密的工具箱——三相正弦波产生模块。借助Simulink的MATLAB Function，我们精确地生成了三相正弦波，参数time、f（50Hz）和SineWave_Am（320V）共同编织出和谐的波形，初相角随机变化，为逆变器的动态性能增添了一份自然的随机性。

然后，三次谐波计算模块如同一颗精密的调谐器，利用PLL技术跟踪a相电压，通过PID控制器的精细调节，确保a相电压的1/6幅值三次谐波与基波同步，这在逆变器的性能优化中扮演了关键角色。

紧接着，SPWM计算生成模块的舞台展开了，采用的是不对称规则采样法。这个魔法般的函数接收time、udc、fc（1kHz）、三相电压a~c作为输入，输出SPWM1~6，它犹如一个调色板，将三角形载波和阶梯波巧妙地交织，形成SPWM信号。同时，我们还嵌入了一款IIR巴特沃斯低通滤波器，它的目标是精确地滤除高频噪声，确保负载电压波形的纯净度。

整个仿真模型的构建如同一部交响乐，包括调制波的设计、谐波跟踪、SPWM信号的生成，以及逆变器模块和测量系统的协同工作。每个环节的波形分析都无比关键：调制波如预期般精准，谐波与基波同步如诗如画，SPWM波形调整至理想的0电平，滤波器在60Hz频段显示出强大的衰减能力，负载电压波形完美地满足了设计要求。然而，逆变器输出中依然可见显著的奇次谐波，总谐波失真（THD）达到了92.82%，这表明我们在追求效率的同时，对谐波管理的挑战也日益凸显。负载相电压呈现出五电平特性，THD为64.9%，这进一步揭示了SPWM技术在实际应用中的复杂性与优化空间。

通过这个仿真过程，我们得以深入理解SPWM技术在三相逆变器中的实际应用，以及三次谐波注入对性能的影响，为未来的优化设计提供了宝贵的数据和见解。

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