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

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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中對其工作原理進行了仿真驗證，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載使用，如交流電機調(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)果進行了比較分析，與原理分析完全一致，驗證了其建模的正確性，為其在實際電路中的應(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，V3和V4的柵極信號互補，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就不再是正負各為180°的脈沖，而是正負各為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。因為V1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的正負脈沖寬度就各為θ，就可以調(diào)節(jié)輸出電壓，從而改變負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

當負載為阻感性負載時，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)脈沖仿真波形和負載R 和L兩端的電壓和電流仿真波形；仿真波形和負載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 中進行比較，而（b）中的負載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，而且正負各導(dǎo)通，而電流為不規(guī)則波形，原因在于負載為阻感性負載，電流相位滯后于電壓相位。同理可分析，端的電壓為正負的輸出波形，從以上分析可以得出以下結(jié)論：當改變角度時，負載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)果進行了詳細分析。仿真結(jié)果表明，通過改變角度，可以改變負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，劉進軍.電力電子技術(shù)［M］.北京.機械工業(yè)出版社，2000.