AC-DC-AC ШИМ преобразователь

* библиотека  разработана канадской государственной компанией Hydro-Quebec и является ключевой библиотекой Simulink для проектирования энергетических и электротехнических систем.

Описание схемы 

Источник напряжения (60 Гц) питает нагрузку 50 Гц, 50 кВт через AC-DC-AC конвертер. 600 В напряжение 60 Гц, полученное с выхода Y/дельта трансформатора, сначала выпрямляется мостом из шести импульсных диодов. Фильтрованное напряжение постоянного тока прикладывается к двухуровневому инвертору IGBT, генерирующему 50 Гц. Инвертор IGBT использует Широтно-Импульсную Модуляцию (ШИМ) на несущей частоте 2 кГц. Период дискретизации в цепи 2 мкс.

Напряжение на нагрузке стабилизируется на уровне действующего напряжения в 380 В при помощи ПИ регулятора, использующего ABC – dq и dq – ABC преобразования. Первый выход регулятора напряжения - вектор, содержащий три сигнала модуляции, используемые генератором ШИМ, чтобы произвести 6 IGBT импульсов. Второй выход возвращает индекс модуляции.

Дискретный 3-фазный генератор импульсов ШИМ доступен в библиотеке Extras/Discrete Control Blocks. Регулятор напряжения был построен из блоков библиотек: Extras/Measurements и Extras/ Discrete Control.

Блок Multimeter используется для наблюдения за токами диода и IGBT. Для выполнения дальнейшей обработки сигналов, сигналы поданные на блок Scope1 (осуществляет выборку моделирования 2мкс), сохраняются в переменной, с именем 'psbbridges_str' (структура со временем).

Демонстрация 

Начните моделирование. После переходного периода приблизительно через 50 мс, система достигнет устойчивого состояния. При помощи блока Scope1 можно наблюдать кривую напряжения в шине DC, на выходе инвертора и нагрузке. Гармоники, генерируемые инвертором, с частотой приблизительно 2 кГц, фильтруются LC - фильтром.

Как и ожидалось амплитудное значение напряжения на нагрузке составляет 537 В (действующее 380 В). В устойчивом состоянии среднее значение индекса модуляции - m = 0.80, и среднее значение напряжения постоянного тока составляет 778 В. Напряжение на основном компоненте внутри инвертора, на частоте 50 Гц, тем не менее: Vab = 778 В * 0.612 * 0.80 = 381 В (действующее напряжение).

Как только моделирование закончено, откройте Powergui и выберите ' FFT Analysis', для того чтобы посмотреть частотный спектр (0 - 7000 Гц) сигналов, записанных в 'psbbridges_str' структуре. Быстрое преобразование Фурье будет выполнено на окне, начинающемуся с t=0.1-2/50 (последние 2 цикла записи). Выберите вход маркированный 'Vab Load'. Щелкните на Display и наблюдайте частотный спектр последних 2 циклов. Обратите внимание на гармоники около несущей частоты в 2 кГц. Максимальная гармоника составляет 1.4% от основной, и коэффициент нелинейных искажений составляет 2%.

Посмотрите на диодные токи на рисунке 1 в Scope2, показывающие переключение от диода 1 на диод 3. Также посмотрите на рисунок 2, где изображены кривые токов на переключателях 1 и 2 из IGBT/Diode моста (верхние и нижние переключатели, подключены к фазе A). Эти два тока комплементарны. Положительный ток показывает ток, протекающий в IGBT, тогда как отрицательный ток показывает ток, протекающий на антипараллельном диоде.