移相調壓控制技術在無源逆變電路中的應用研究

黃文潔　榮軍　黃文　雷卓林　楊春錢湖南理工學院信息與通信工程學院

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移相調壓控制技術在無源逆變電路中的應用研究

黃文潔榮軍黃文雷卓林楊春錢
湖南理工學院信息與通信工程學院

研究了單相全橋無源逆變電路在移相調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，仿真結果表明通過改變移相延遲角θ可以調節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用范圍，很有研究價值。

單相橋式無源逆變電路 移相調壓 反饋通道 仿真與建模

1　引言

單相全橋無源逆變電路應用非常廣發，比如在直流電源變成交流電供負載使用，如交流電機調速、變頻器、不間斷電源和感應加熱電源等。但是單相全橋無源逆變電路兩個橋臂同時導通，兩對交替各導通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，因此在實際電路應用中，會限制其使用范圍。針對這個問題，本文把移相調壓控制技術引入無源逆變電路應用中，可以通過晶閘管的導通延遲角度，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壓工作原理，然后在MATLAB/ Simulink環境下的建模與仿真，最后對仿真結果進行了比較分析，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用打下了基礎。

2　移相調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以及觸發電路組成，其中直流電源DC兩端并聯一個大容量的電容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壓控制技術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。設在t1時刻前V1和V4導通，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不能立刻導通，VD3導通續流。因為V1和VD3同時導通，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不能立刻導通，VD2導通續流，和VD3 構成電流通道，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不能立刻導通，VD4導通續流，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，就可以調節輸出電壓，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、觸發脈沖發生器P1～P4、示波器構成，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管V1～V4柵極觸發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管V1～V4柵極觸發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 關管V1～V4柵極觸發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，而且正負各導通，而電流為不規則波形，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） 開關管V1～V4柵極觸發脈沖 （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　結束語

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

［1］趙良炳.現代電力電子技術基礎［M］.北京：清華大學出版社，1995.5

［2］王兆安，劉進軍.電力電子技術［M］.北京.機械工業出版社，2000.