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                               移相调压控制技术在无源逆变电路中的应用研究



                                                      黄文洁  荣军  黄文  雷卓林  杨春钱


                摘要：研究了单相全桥无源逆变电路在移相调压控制方式下的工作原理 , 并且在 MATLAB/Simulink 中对其工作原理进行了仿真
                验证，仿真结果表明通过改变移相延迟角 θ 可以调节负载两端的输出电压有效值，极大的拓展了单相全桥无源逆变电路的
                应用范围，很有研究价值。



                1 引言                                                 Simulink 的建模与仿真
                   单相全桥无源逆变电路应用非常广发，比如在直流电源变                         3.1 仿真模型
                成交流电供负载使用，如交流电机调速、变频器、不间断电源                              单相全桥无源逆变电路移相调压控制方式在 MATLAB/
                和感应加热电源等。但是单相全桥无源逆变电路两个桥臂同时                          Simulink 中的仿真模型，它  主要由直流电源 DC、电容、IGBT
                导通，两对交替各导通 1800，其输出电压的有效值始终不变，                       V1 ～ V4、二极管  VD1 ～ VD4、阻感性负载、触发脉冲发生器
                要想改变其输出电压的有效值，只能改变输入电压的大小，因                          P1 ～ P4、示波器构成，其中多路测量仪观察负载 R 和 L 两端的
                此在实际电路应用中，会限制其使用范围。针对这个问题，本                          电压电流波形。
                文把移相调压控制技术引入无源逆变电路应用中，可以通过晶                          3.2 仿真结果及其分析
                闸管的导通延迟角度，从而改变输出电压的有效值，而不用通                              当负载为阻感性负载时，单相全桥无源逆变电路移相调压
                过改变输入电压的大小实现输出电压有效值的改变，从而会大                          控制方式的仿真波形图。其中图 4(a) 和 (b) 所示的波形分别
                大拓宽单相全桥无源逆变电路应用范围。本文首先详细介绍了                          为时开关管 V1 ～ V4 栅极触发脉冲仿真波形和负载 R 和 L 两端
                单相全桥无源逆变电路的移相调压工作原理，然后在 MATLAB/                      的  电压和电流仿真波形；(a) 和 (b) 所示的波形分别为时开关
                Simulink 环境下的建模与仿真，最后对仿真结果进行了比较分                     管 V1 ～ V4 栅极触发脉冲仿真波形和负载 R  和 L 两端的电压和
                析，与原理分析完全一致，验证了其建模的正确性，为其在实                          电流仿真波形；仿真波形和负载 R 和 L  两端的电压和电流仿真
                际电路中的应用打下了基础。                                        波形。  为了方便比较，(a) 中四个开  关管 V1 ～ V4 栅极触发
                2 移相调压控制方式在无源逆变电路中的工作原理介绍                            脉冲仿真波形放在四个示波器  中进行比较，而 (b) 中的负载 R
                   单相全桥无源逆变电路 ( 带阻感性负载 ) 由直流电源 DC、                   和L两端的电压和电流仿真波形放在同一个示波器中进行比较。
                绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)V1 ～ V4、二极管 VD1 ～ VD4、负载             从 (a) 所示的仿真波形可以看出 V3  的基极信号比 V1 落后度，
                R、L 以及触发电路组成，其中直流电源 DC 两端并联一个大容                      也就是为，(b) 所示电压仿真波形为矩形波，而且正负各导通，
                量的电容 C，形成电压源，目的使电压  没脉动，同时能缓冲电                       而电流为不规则波形，原因在于负载为阻感性负载，电流相位
                感的无功能量。下面详细阐述移相调压控制技术在单相全桥无                          滞后于电压相位。同理可分析，端的电压为正负的输出波形，
                源逆变电路的工作原理。单相全桥无源逆变电路中，每个 IGBT                       从以上分析可以得出以下结论：当改变角度时，负载 R 和 L 两
                的栅极信号仍为 180°正偏，180°反偏，并且 V1 和 V2 的栅极                 端输出电压波形也随角度的改变而改变，此时其负载两端的电
                信号互补，V3 和 V4 的栅极信号互补，但 V3 的栅极信号不是比                   压有效值也随着改变，而不用通过改变输入电压的大小。(a)
                V1 落后 180°，而是只落后 θ，其中的取值范围。也就是说，                     开关管 V1 ～ V4 栅极触发脉冲 (b) 负载 R 和 L 两端的电压和电
                V3 和 V4 的栅  极信号不是分别与 V2 和 V1 的栅极信号同相位，               流波形时的输出仿真波形。
                而是前移了。这样，输出电压 u0 就不再是正负各为 180°的脉                     4 结束语
                冲，而是正负各为 θ 的脉冲，各 IGBT 的栅极信号及输出电压                         本文首先分析移相调压方式在全桥无源逆变电路中的工作
                u0 和输出电流 i0 的波形。设在 t1 时刻前 V1 和 V4 导通，输出              原理，然后在 MATLAB/Simulink 环境下利用电力系统模块库中
                电压 u0 为 Ud,t1 时刻 V3 和 V4 栅极信号反向，V4 截止，而因             的电力电子器件组建建立其仿真模型，最后对仿真结果进行了
                负载电感中的电流 i0 不能突变，V3 不能立刻导通，VD3 导通续                   详细分析。仿真结果表明，通过改变角度，可以改变负载两端
                流。因为 V1 和 VD3 同时导通，所以输出电压为零。到 T2 时刻                  的输出电压的有效值，为移相调压控制方式的广泛应用奠定了
                V1 和 V2 栅极信号反向，V1 截止，而 V2 不能立刻导通，VD2 导               基础。
                通续流，和 VD3  构成电流通道，输出电压为 -Ud。到负载电流
                过零并开始反向时，VD2 和 VD3 截止，V2 和 V3 开始导通，u0
                仍为 -Ud。t3 时刻 V3 和 V4 栅极信号再次反向时，V3 截止，而               参考文献
                V4 不能立刻导通，VD4 导通续流，u0 再次为零。以后的过程和                    [1] 赵良炳 . 现代电力电子技术基础 [M]. 北京：清华大学出版
                前面类似。这样，输出电压 u0 的正负脉冲宽度就各为 θ，就                       社 ,1995.5
                可以调节输出电压，从而改变负载两端输出电压的有效值。                           [2] 王兆安 , 刘进军 . 电力电子技术 [M]. 北京 . 机械工业出版
                3  单相全桥无源逆变电路移相调压控制方式在  MATLAB/                      社 ,2000.


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