Saber仿真在級聯逆變電源研發中的應用

王雪鈺+楊洋+陳莉+楊飏

摘 要：該文基于Saber仿真軟件，通過原理分析、計算機仿真以及樣機實驗調試，研發了一款高效率、高功率密度、低諧波含量的級聯逆變電源。計算機仿真技術對方案的選擇、參數的設計、環路設計及穩定性分析等環節都起到至關重要的作用，研發周期與成本大為減少，研制的樣機系統穩定性和可靠性高。表明計算機仿真技術不僅有利于理論研究和教學，在工程實踐場合也具有重要意義。

關鍵詞：計算機仿真技術 級聯 全橋逆變器 Saber軟件

中圖分類號：TM912 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（b）-0001-03

Abstract： The paper based on Saber simulation technology， by means of principle analysis， computer simulation and prototype experiment， a high-efficiency， high-power density， Low harmonic component cascaded inverter. Computer simulation technology play an important role in schemes selection， parameters design， loop design， stability analysis and other links， reduces the development period and the cost considerably. The prototype has high system stability and Reliability. A conclusion has been drawn that computer simulation technology was not only beneficial to theoretical study and teaching， but also has important significance in engineering practices.

Key Words： Computer simulation technology； Cascaded； Full-bridge inverter； Saber simulation software

隨著計算機技術的飛速發展，計算機仿真技術在電力電子技術的研發中占有日益重要的地位。利用仿真軟件，研發周期和成本大大縮減，仿真具有相當的精確性，在實際調試階段仿真結果具有可觀的可參考性。計算機仿真技術在國內的部分大型企業、高校、研究所已經引起了重視，然而中小企業的研發往往忽略仿真步驟，依靠經驗來嘗試并確定器件參數。目前主流仿真軟件主要有以下幾種，PSPIC較適合小功率場合，然而它在磁性元件的仿真上不盡如人意，運算速度較慢；MATLAB兼容度很高，運行速度較快，控制系統運用較多，但MATLAB中的器件多為理想模型，精確性較差，仿真結果與實際有較大不同；Saber器件庫中包含大量主流實際器件型號，并且根據用戶要求可建立特殊的器件仿真模型，進行系統級的混合信號仿真，運算速度快，精確度高，仿真結果與實際情況接近。該文選擇Saber軟件對級聯式全橋逆變電源的LC濾波器設計進行仿真分析。

1 相移載波SPWM級聯式全橋逆變器的工作原理

兩級級聯式全橋逆變電源的功率電路由兩個單相全橋逆變器串聯組成，如圖1所示，它具有兩個相互獨立的直流輸入電壓E1、E2，橋臂輸出電壓UAB經過LC低通濾波器后輸出電壓為正弦交流電。級聯式全橋逆變器的控制電路中，包含電壓電流雙閉環控制，各個H橋都采用單極性倍頻SPWM控制，H橋之間采用相移載波SPWM控制方式，開關管控制規律如表1所示。

2 SABER仿真

在對系統進行仿真之前，首先要利用Saber Sketch建立正確的仿真模型，在Parts Gallery中根據分類尋找需要的器件，正確連接各器件，最后在Porperty Ediotr對話框中定義各個器件的參數。搭建仿真模型完成后，要對仿真模型進行直流分析（DC Analysis），找出電路的DC工作點，之后可進行瞬態分析（Transient Analysis）、小信號頻響分析（Small-Signal Frequency Analysis）等。仿真結果波形用Saber Scope查看，且可對波形進行計算和測量。

2.1 仿真系統的構成

仿真模型遵循實際電路的結構，由功率電路及控制電路組成，仿真模型的功率電路如圖2所示。

2.2 仿真結果及分析

仿真參數：輸入電壓E1=E2=90 VDC，開關頻率f=20 kHz，基波頻率f0=400 Hz，輸出濾波電容為6.8μF，電感為60μH，圖3為仿真波形。

3 實驗結果

原理樣機的參數與仿真一致，兩級級聯式逆變器工作在額定電壓、額定功率下的實驗波形。圖4為原理樣機的實驗波形。（1）總橋臂輸出電壓UAB；（2）電感電流；（3）驅動波形；（4）濾波后的輸出電壓。

表2給出了樣機在滿載工況下的實驗數據。基于計算機仿真技術輔助設計開發的該級聯式逆變電源具有較好的外特性，具有高效率，且重量僅800 g，具有高功率密度，THD=0.7%。

4 結語

在該文所提及的兩級級聯式樣機研發過程中，計算機仿真技術起到至關重要的作用，在前期選擇方案時，運用計算機仿真技術大大提高了效率和正確率；在中期設計各器件參數時，計算機仿真結果具有重要的參考價值。基于理論分析計算與計算機仿真技術，在實際調試過程中做了有限的修改就得到了理想的效果。通過計算機仿真與實驗調試的合理結合，研發了一款具有高效率、高功率密度的級聯式逆變電源，計算機仿真技術不僅適用于理論研究和教學，在工程實踐中也具有非凡的意義。

參考文獻

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