單相交直交變頻系統逆變電路仿真

費銓豪 張偉玉

摘? 要：文章提出一種以IRF840為核心的單相交直交變頻系統逆變電路仿真模型，并對該電路頻率性能進行了仿真。仿真結果表明：正弦波頻率小于三角波頻率時，輸出電壓頻率與正弦波相關;在正弦波頻率大于三角波頻率時，輸出電壓頻率不為正弦波，且與三角波相關。

關鍵詞：交直交變頻;逆變;仿真

中圖分類號：TM13? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）23-0057-02

Abstract： In this paper， a simulation model of inverter circuit for single-phase AC-DC-AC frequency conversion system based on IRF840 is proposed， and the frequency performance of the circuit is simulated. The simulation results show that when the sine wave frequency is less than the triangle wave frequency， the output voltage frequency is correlated with the sine wave， and when the sine wave frequency is greater than the triangle wave frequency， the output voltage frequency is not sine and correlated with the triangle wave.

Keywords： AC-DC-AC frequency conversion; inverter; simulation

引言

近年來，圍繞著電力電子技術學科的相關領域的不斷探索與研究，交直交變頻器的運用也變得更加廣泛。利用交直交變頻技術可以使一定頻率的交流電壓變換為供生產生活中電機使用的頻率可調的的交流電壓，通過控制交流電機的轉速來實現生產生活中的實際需求[1-2]。交直交變頻器可以方便快捷地把交流電轉變為供我們生產生活所需的頻率、幅值、相位可調節的交流電源輸出使用，使其成為最大的用電設備之一。交直交變頻器十分普遍的運用在社會生活的各行各業：工業、農業、國防等相關科學技術領域[3-4]。

1 單相交直交變頻電路結構

單相交直交變頻系統由兩部分組成，整流部分和逆變部分。整流部分由不可控的二極管整流橋組成;逆變部分由單相橋式逆變電路組成，由PWM波控制。單相交直交變頻系統的結構圖如圖1。

2 逆變電路工作原理

主電路逆變部分工作原理[5]：濾波后較為平穩的直流電通過由控制電路產生的PWM波控制的以IRF840大功率場效應管為核心的逆變電路來實現電源的逆變，從而可以通過控制變換PWM波的頻率來實現交流電頻率的變化。

單相橋式逆變電路的工作原理：晶閘管VT1～VT4為4個橋臂，其中VT1、VT4為一對，VT2、VT3為另一對，R、L為感性負載，C為補償電容，C、R、L還組成并聯諧振電路，所以該電路又稱為并聯諧振式逆變電路。

在t1～t2期間，VT1、VT4門極的控制脈沖為高電平，VT1、VT4導通，有電流Io經VT1、VT4流過RLC電路，該電流分作兩路，一路流經R、L元件，另一路對C充電，C上的電壓逐漸上升，也即RL兩端的電壓Uo逐漸上升。由于t1～t2期間VT3、VT2處于關斷狀態，Io與Id相等，并且大小不變（Id是穩定電流，Io也是穩定電流）。

在t2～t4期間，VT2、VT3門極的控制脈沖為高電平，VT2、VT3導通，由于C上充有左正右負電壓，C上的電壓經VT1、VT4加上反向電壓，VT1、VT4關斷。Id電流開始經VT3、VT2對電容C反向充電，C上的電壓慢慢被中和，兩端電壓Uo也慢慢下降，t3時刻C上電壓為0。t3～t4期間，Id電流（也即Io）對C充電，充得左負右正電壓并且逐漸上升。

3 仿真結果

使用PSIM軟件對逆變電路進行仿真，設置單相橋式逆變電路參數：直流電壓源15V，電感50mH，電阻10Ω，電容500uF，得到電壓波形圖如圖3和圖4。

在正弦波頻率小于三角波頻率時，輸出電壓的波形頻率只與正弦波頻率相關，不與三角波頻率相關，輸出電壓波形頻率等于正弦波頻率，隨著正弦波頻率的增加而增加;在正弦波頻率大于三角波頻率時，輸出電壓的波形不為正弦波，頻率不再與正弦波頻率相關，而于三角波有關，隨著三角波變化而變化。

4 結束語

交流電機變頻調速已成為當代電動機調速的潮流，它以體積小、重量輕、轉矩大、精度高、功能強、可靠性高、操作簡便、便于通信等功能優于以往的任何調速方式，從而使交流變頻調速取代直流調速成為必然趨勢，而交直交變頻技術作為交流變頻調速的重要組成部分，也將得到越來越廣泛的運用。

參考文獻：

[1]洪乃剛.電力電子技術基礎[M].北京：清華大學出版社，2008.

[2]王江，付文利.基于MATLAB/Simulink系統仿真權威指南[M].北京：機械工業出版社，2013.

[3]葉成平，張興華.基于DSP的異步電動機的恒壓頻比控制[J].中小型電機，2004，31（1）：28-32.

[4]戴朝波，林海雪.電壓源型逆變器三角波載波電流控制新方法[J].中國電機工程學報，2002，22（2）：99-102.

[5]楊培.大功率IGCT交直交變頻器關鍵技術的研究[D].北京：鋼鐵研究總院，2016.