2011年 第 3期 移 动 电 源 与 车 辆 7 基 于 PSCAD 的变 频 器 模 型 与 仿 真 赵成龙 ，刘 明 ，曹 曼 ，赵锦成 (1．军械工程学 院 ，石家庄 050003； 2．空 军 雷 达 学 院 ，武 汉 430019) 作者 简 介 ：赵 成 龙 摘 要 ：介绍 T --"相电流型 PWM逆变 器模型 的建 立 ，通过仿 真结果分 析其运行 特性及 影 (1988一)，河 南 淇 响因素 ，指 出了模 型建立过程 中要注意 的一些问题。 关键词 ：PSCAD；变频器 ；模型 ；仿 真 dol：10．3969／j．issn．1003-4250．2011．03．003 县人 ，大学本 科 ，研 究方 向为 电力 电子 技术 。 中图分类号 ：TM464 文献标识码 ：A 文章编 号 ：1003-4250(2011)03-0007-05 变频调速技术作为电机启动和调速的主要技术 之一 ，集 自动控制 、微 电子、电力 电子等高科技于一 体 ，以其 良好的调速节能性能 ，广泛用于各行各业 ， 交 一直 一交 变频 器 又 可 根据 中间 环 节分 为 ：电 压 源型 变频器 和 电流源 型变 频器 。 电压源 型 变频 器 中间环 节 由大 电容器 构 成 ，其 输 出 电压 波 形 为 脉 冲 尤 其是 在 冰箱 、空 调 的节 能 上体 现 了其强 大 的优势 。 调制波 ，其 电流波 形接 近正 弦波 ；电流源 型变 频器 中 变 频器 作 为一 种 变频 电源 ，具有 很大 的灵 活性 ，其输 间环节 由大 电感 构成 ，其 输 出 电压波 形接 近正 弦 波 ， 出 电压 和频率 之 间 的关 系 可 以按 人 为设定 的规 律进 输 出电流波形 为 脉 冲调 制 波 。 行 调 节 。研 究 变 频 器 的原 理 、特 性 ，并 加 以应 用 ，不 变 频 器 变频 方 法 有很 多 种 ，本 研究 建 立 的变 频 仅可以提高冰箱、空调这些用电产品的工作性能 ，对 电网的影响也可以随之降低 ，减小对 电网的污染。 器模 型采用 电流 型 PWM 交 一直 一交 变 频 技 术 ，其 主要特 点是 ： 仿 真 软件 PSCAD作 为 研 究 变 频 器工 作 原 理 和 (1)直 流侧 串联 有 大 电 感 ，相 当 于 电流 源 。直 特 性 的一 个平 台 ，不 仅 可 以 方便 快 捷 地 得 到 仿 真 的 流侧 电流基 本无 脉动 ，直 流 回路 呈 现高 阻抗 ； 结 果 ，验证 设计 的可行 性 ，找 出需 要 修改 和改进 的地 (2)电路 中开 关器 件 的作 用 仅 是 改 变直 流 电流 方 ，而 且 ，可 以减 少成本 ，降低 费用 和开支 ，减 少资源 的浪 费 ¨。 的流通 路径 ，因此交 流侧输 出的 电流为矩 形 波 ，并 且 与负 载 阻抗 角无 关 。而交 流侧输 出 的电压波 形 和相 1 变频器 的种类与变频方法 位则 因负 载阻抗 情况 的不 同而 不 同 ； (3)当交流侧 为阻感 负载时需 要提 供无 功功 目前 变频 装 置 主要有 以下 两种 ： 率 ，直流侧 电感起缓冲无功 能量 的作用。由于反馈 (1)交 一交 变 频 装 置 ，又 称 直 接 变 频 器 。它 利 无功 能量 时直 流 电流并不 反 向 ，因此 ，不 必像 电压型 用 两套 极 性相 反 的 晶闸管 整流 电路 向三 相异 步 电动 逆变 器那样 要 给开关 器件 反并 联二 极 管 。直 流 侧 的 机每相绕组供 电，交替地以低于电源频率切换正、反 滤波 元件 为大 电感 ，可 以使直 流 电流无 脉动 ，可 看做 两组整 流电路 的工作状 态，使 电机绕组得到相应频 恒 流源 。 率 的交 变 电压 ； (2)交 一直 一交 变 频 器 ，又 称 间接 变 频 器 。它 2 变 频 器 的 仿 真 模 型 先 用 晶 闸管整 流 装 置 将 交 流转 换 为 直 流 ，再 采 用 逆 本 变频 器采 用 交 一直 一交 的模 式 ，逆 变 电路采 变 器将 直 流 变换 成 频 率 可调 、电 压值 可 调 的交 流 电 用 电流 型脉宽 调制 的控 制方 法加 以实 现 ，图 l为 变 供给异步 电动机。现在由于电力电子技术的发展和 频器 主 电路模 型 ，整 流部 分 采 用 不 可 控 的 三 相 全桥 微 机控 制 技术 的引入 ，这种 变 频器 的变 频范 围 、调 速 整 流 电路 。 精度及可靠性等性能大大提高 。 在控制方 面，采用 120。导 电型工作方式 ，即任 收稿 日期 ：2011-07-03 

8 Movable Power Station ＆ Vehicle No．3 2011 一 时刻 处 于不 同相 的上桥 臂组 和下 桥臂组 中各 有一 60。。电路工 作 时 ，任 何 时刻 都 只 有 两 个 开 关 导 通 ， 个臂的功率器件导通 ，换流时在上桥臂组或下桥臂 组的组内依次进行 ，所 以也称为横向换流。按 VT1 一 个在共 阴极 组 ，另一个 在共 阳极 组 。每个 周期 中 ， 每个 元 件依 次 导 通 120。。在 分 析 电 路 的工 作 过 程 到 VT6的顺序每隔 60。依次导通 。功率器件导通的 时 ，忽 略换 流过 程 ，假 定 V，n～VT6为 理 想 开关 。本 顺 序为 Ⅵ 、VTl VTl、VT2_÷VT2、V _÷VT3、VT4 研究采用最基本的控制 电路组成部分 ，其控制 电路 _+Vr4、Ⅵ '5 V 、V VT6、VT1，每 个 状 态 持 续 如图 2所 示 。 图 1 变 频 器 的 主 电 路 目 图 2 变 频 器 的 控 制 电路 在控制 电路 中，通过改变 Freq的值 ，可 以改变 加在逆变部分后的交流电路部分 ，通过对 变压器 变 输 出信号频率 ，进而使得逆变后 的电压频率 随之改 变 ，实现 3—100 Hz的频率范围的变化 。 比的调节 ，实现对变频器输出电压的控制 ；斩波 电路 则可以加在中间环节的直流电路部分 ，通过对斩 波 逆 变后 电压 的 控 制有 多 种 方法 ，可 以利用 变 压 电路的控制 ，可 以升高或降低整流后的直流电压 ，进 器 、斩 波 电路 等方 法加 以实 现 。变 压 器 控 制 可 以将 而控 制逆 变后 的 电压 幅 值 ，实 现 对 变 频 器 的 输 出 电 变压 器 加在整 流 部 分前 面 的交 流 电路部 分 ，也 可 以 压的控 制 。 

2011年 第 3期 移 动 电 源 与 车 辆 9 3 模 型 的仿真 结果与分析 仿真 结果 如下 。 图 3为整 流后 的直 流 电压 ，若 采 用 斩 波 电路 的 上述模型中，三角载波 的频率为 2 000 Hz，正弦 方式 来控 制逆 变后 的 电压 ，就 可 以通 过 改 变 此 时 的 调 制 波 的频率 可 以从 3—100 Hz连 续 变化 ，实 现 对 直 流 电压 大小 来 实 现 。 图 4为 整 流后 的直 流 电 流 ， 逆变后 电压频率 的控制 。在此参数设置 的基础上， 其 大小 与接入 的 负载性 质 、功率 等有关 。 I 薯|： 叠 | 0 _ ，——’‘ ’-_-_ | t | | 。 2． 。|．罄 4． - 5,0 0 - 。 i0 图 4 整 流 后 的 电流 图 5为 l IGBT的控 制信号及 其发生方式 ，其 中，TR[为三角载波 ，A为正弦调制波 ， 1为控制信 

lO Movable Power Station ＆ Vehicle No．3 201l 号 ，控 制 IGBT的开 通 与关 断。2—5 控制 信 号 与 1 一 个 在共 阴极组 ，另 一个在 共 阳极组 ，并 且 每个 周期 相 似 ，正 弦调 制波 的相 位 依次 滞 后 60。，从 而使 得 每 中 ，每个元 件依 次导 通 120。。 个状态均持续 6O。，任何时刻都只有两个开关导通， f — — —— —— — — — —— ’—r 一 毫 m 01010 。 4 { 0．060 0 0~070 图 5 逆 变 电路 的控 制信 号 如 图 6所 示 ，该 波形 表示 变频 后 为 100 Hz的 电 图 7表示 变频后 为 23 Hz的 电压波 形 。该 波形 也 充 一 。 0 0蟊 翳 ain ：G raphs 一 。 _ l 30 0 ll|| I l ． 。 ● | l | -100- _冀 |-200 ． √ W、．／n＼．／『＼ 八八 ／＼．八．八八．八 |§ ij ： j || 嗡 ’ ll 0．200t| 25 移250 0．275 0 300 0．325 |。 0．350 37．5 。-- I{ { }。 。 0 。々～ a ’ 一 一 | l oo ． |t薯。 _I|j| l l | 一 曩 曩 - 200： l I 。 | I ：-30o~ l l毽 i| l |^ 图 6 变频 后 100 Hz的 电压 波形 豫 8 ：G raphs 。 ’ 毽嚣毽 图 7 变 频后 23 Hz的 电压 波形 

2011年 第 3期 移 动 电 源 与 车 辆 如 图 8所 示 为 调 整 三 角 载 波 频 率 为 500 Hz后 明显 使得 变频后 的 电压 谐 波含 量增 加 ，电压 质 量 下 的 电压 波 形 ，从 波 形形 状可 以看 出 ，载波 频率 的降低 降 。 。_囊 0一 曩j j ：! 0 目 _0 r — — ， —_．=_ ， — — — T —— — — — — — — —— 1 — — — —— — — — — — 1 — — — — —— — — — — 1 — — —— — — — — — —— 广 — — — —— — — — —r — — — — —— — — — — T —— — — — —· — — 1 — ● ．毒G O．,32：5 O l3Do ．350 垂．37S 。 ； S 8．25i) 0．275 。 0 t强 l } 图 8 三角载波为 500 Hz变频后的 电压波形 ‘ 一 ； i 。。 经过 上 述 的对 比发 现 ，对 变 频 器仿 真 模 型 性 能 看 ，对仿 真模 型 的影响 因素很 多 ，模 型 在建 立 时应 根 的主要影 响因素 有 以下 几点 ： 据 实际需 求进 行参 数设 置和 元件选 取 。 比如对 电压 (1)三角 载波 的 频 率 设 置 影 响最 为 明显 ，频 率 越低 ，变频 后 的波形 质量 越差 ，频 率高 时波形 相 对较 好 ； 波 形要求 很高 时 ，就 要 以波 形 质 量 为 重 点 进 行 参 数 设置和元件选取 ，有时甚至可 以牺牲 电压的幅值来 换取 ；如果对 电压质量的要求不高，那么就要考虑 电 (2)滤波 电容的选 取 ，选取值越大 ，波形越接近 于正弦波形 ，但相应 电压幅值就越低 ，值小则波形谐 能的利用率以及元件成本等 。 本研究 中的变频器模型建立 的思路简单 ，操作 波含量高 ，电压幅值高 ； 方便 ，易于控制 ，具有很好的应用价值 。 (3)变频后频率越高 ，相应 的电压幅值就越低 ， 参考 文献 ： 频 率低 则 相反 。 4 结 论 本 研 究 建 立 了一 个 变 频 器 的仿 真 模 型 ，从 该 模 型 的 主 电路结 构 、控 制 电路 的建 立 以及 仿 真结 果 来 [1] 滕洪燕 ．大型交 直流 系统 的 PSCAD建模 与仿 真 [D]． 北 京 ：华北 电 力 大 学 ，2010． [2] 袁 兆凯 ．三 相 电流 型 逆变 器 的 PWM 控 制 方 法 研 究 [D]．北 京 ：中国石油大学 (华东 )，2008． A Inverter M odel and Sim ulation Based on PSCAD ZHAO Cheng．1ong ，LIU Ming ，CAO Man ，ZHAO Jin．cheng (1．Ordnance Engineering College，ShO'iazhuang 050003，China； 2．Air Force Radar Academy，Wuhan 430019，China) Abstract：Introduced the establishment of three—phase current controlled PW M inverter model，through the simulation result，analyzed its working features and influenced factor．At last，pointed out the questions that should take our attention in the process of the establishment． Key words：PSCAD；inverter；model；simulation