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應用Matlab仿單相PWM整流器的一種簡單方法

摘要： 基于單相PWM整流器的結構和工作原理,建立了一種基于Matlab的仿真模型,具有原理清晰,仿真時間短,占用資源少的優(yōu)點。

關鍵詞： 電源管理 Matlab 單相PWM整流器仿真

Abstract：

Key words :

　　1 引言

　　在高功率因數(shù)PWM整流器的設計中，通常需要對控制策略進行仿真,。常用的電力電子仿真工具中,，Pspice，Saber仿真時間長,，產(chǎn)生大量的中間數(shù)據(jù),，占用資源多，會引起不收斂問題,，適合于電路級仿真[1],。而Matlab以描述功率變換的狀態(tài)方程為基礎，有了狀態(tài)方程,，電路很容易用Matlab中的 Simulink里的函數(shù)模塊來表述,，而且各種控制算法容易實現(xiàn)，而不必應用實際的元器件模型,，減小了仿真運算的難度,。由于PWM型功率變換器是一類強非線性（電子開關器件在一個周期中既工作在飽和區(qū)又工作在截止區(qū)）或斷續(xù)（即按時間分段線性，在幾個時間段內(nèi)電路都是線性的,，但拓撲結構不同）或時變（電子開關器件導通時的電阻很小,，截止時的電阻很大）的電路[3]。因此,，變換器電路動態(tài)特性的解析分析方法較復雜，阻礙了這類變換器系統(tǒng)的動態(tài)分析與設計的順利進行,。而把狀態(tài)空間平均法應用于功率變換器的建模,，是一種簡單有效的研究方法。當變流器運行于連續(xù)導電模式,，并忽略其開關過程,，即認為開關動作是瞬時完成的，這樣,，一個工作于連續(xù)導電模式下的PWM變流器可以用兩個線性非時變電路來表示,。它們與一個周期中的兩種開關狀態(tài)相對應，設其狀態(tài)空間方程分別為

　　2 單相PWM整流器的數(shù)學模型

　　單相PWM整流器主電路如圖1所示,。忽略電感中的等效電阻,，在仿真中用理想開關S來代替實際器件,并把與開關器件并聯(lián)的快恢復二極管的作用融入到理想開關中，當其中之一導通時,，即認為該理想開關導通,。用以下方式來定義開關函數(shù)：

　　Sm=1（Sm′=0）上橋臂理想開關導通，下橋臂理想開關關斷

　　Sm=0（Sm′=1）上橋臂理想開關關斷,，下橋臂理想開關導通,。

PWM整流器主電路圖

圖1 PWM整流器主電路圖

　　考慮到單相電路的對稱性，把單相電路看作兩個雙半橋單元，相應地把單相電源分為兩個電源,，ua=－ub=un/2,，電感也分為La=Lb=Ls/2，這樣就可以得到基于開關函數(shù)的單相PWM整流器的狀態(tài)方程,，

對于a相

　　圖1中,，eL=0

　　利用式(4)，(5),，(6)就得到了單相PWM整流器關于開關函數(shù)的狀態(tài)方程,。這就為用Simulink搭建仿真模型提供了相應的基礎。

　　3 PWM整流器的控制方案

　　該單相PWM整流器的控制框圖如圖2所示,。參考電壓Udref與直流側輸出電壓Ud的差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)后,，與正弦同步信號相乘，產(chǎn)生參考電流iref,，與相應的輸入電流is(t)的差值形成電流誤差信號,，該誤差信號經(jīng)過比例調(diào)節(jié)后，加上相應的輸入電壓的前饋,，得到調(diào)制波信號,，用此調(diào)制波與三角載波相比較，就得到相應的開關脈沖,，經(jīng)輸出去控制理想開關,。

單相PWM整流器的控制框圖

圖2 單相PWM整流器的控制框圖

　　4 單相PWM整流器的Simulink模型

　　圖3為用Simulink中的模塊搭建的單相PWM整流器的仿真模型，其中各個功能塊用子系統(tǒng)封裝好,。主要有控制功能塊（用來計算開關函數(shù)S1,，S2，從而作為后級的輸入）,；交流輸入電流計算功能塊,；直流輸出電壓計算功能塊；除此外,，就是直流側電壓指令,，正弦同步信號功能塊，交流輸入電壓功能塊,，三角載波信號功能塊,，及直流側反電勢功能塊（在本系統(tǒng)中為0）?？紤]到對稱性,，凡是所需用到b相的信號，給a相信號乘以－1就可以了,。

單相PWM整流器仿真模型