逆变电路仿真研究

摘要：逆变是伴随着电力电子技术的发展而产生的一种电源电路。文章着重应用Matlab中的simulink工具箱对逆变电路的原理进行仿真，首先对单相逆变电路中三种不同负载形式进行仿真，最后推广到三相逆变电路，分析了不同电路形式下的波形，对逆变初学者有很好的借鉴意义。
关键词：逆变；Matlab；仿真

0 引言
逆变电路是将低电压变为高电压，把直流电变成交流电的电路。
逆变电路是通用变频器核心部件之一，起着非常重要的作用。它的基本作用是在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。
此外，随着对输电线路要求的提高，直流输电越来越受到重视，逆变电路就是在交流侧将直流电逆变为设备所需的交流电，在这一环节中，逆变电路起着至关重要的作用。
下文将就PWM逆变电路进行仿真分析。

1 逆变电路仿真分析
1．1 单相逆变电路仿真
首先分析由四个IGBT组成的单相全桥逆变电路，采用PWM波调制，PWM调制波频率为50Hz，载波频率为4000Hz。L0和C0组成低通滤波器，其中L0=0．025H，C0=70 μF。不同负载时分别对直流侧电压、交流测电压、PWM波、负载电压，负载电流波形进行测量。
1．1．1 单相逆变电路仿真
首先在电阻性负载时对直流侧电压、交流侧电压进行测量。
图1单相逆变电路仿真模型

由图2可以看出，经过PWM逆变电路，输出电压为方向交替变化的矩形脉冲，实现了有源逆变。
1．1．2 负载为纯电阻时的逆变仿真
加上一个低通滤波器后的仿真电路和各测量对象波形如下。负载R=1000Ω。

由波形图分析可知，逆变电压经低通滤波器后变为按正弦规律变化的交流电压并提供给负载电阻。
1．1．3 负载为电阻电感串联时的逆变仿真
当负载为电阻和电感串联时，仿真电路和各测量数据波形如下。其中负载电阻R=1000Ω，电感L=1000H。
图5负载为电阻电感串联时的仿真电路模型分析图

6可知，由于负载为阻感性，电流滞后电压一定相位。
1．1．4 负载为电阻电感电容串联时的逆变仿真
当负载为电阻、电感、电感串联时，仿真电路和各测量数据波形如下。其中负载电阻R=1000 Ω，电感L=1000H。电容C=100F。
图7负载为电阻电感电容串联时的仿真电路模型图8负载为电阻电感电感串联时的仿真波形以上分析的是单相逆变，但是在实际生产中，三相逆变应用居多。若将PWM逆变应用到三相电路，对于节能来说，将产生巨大的效益。

2 三相逆变仿真
下图是三相逆变仿真电路，三个桥臂是由6个IGBT组成的全桥电路，触发脉冲采用PWM调制。
上图中PWM调制波模块参数设置如表1所示。

载波频率设置为频率4000Hz。
仿真波形如下图所示。

由图10可知，经过三相逆变电路逆变，再经过三相低通滤波器，得到按正弦规律变化的三相交流电。

3 结论
在经过逆变电路时，电压波形为与PWM载波频率相等的矩形脉冲，当经过参数适合的低通滤波器时，波形变为按调制波同频率变化的正弦波，根据负载的阻抗性质，电压波形随之变动。当三相逆变时，可以得到按正弦规律变化的三相正弦波。