单相交直交变频系统逆变电路仿真

费铨豪 张伟玉

摘  要：文章提出一种以IRF840为核心的单相交直交变频系统逆变电路仿真模型，并对该电路频率性能进行了仿真。仿真结果表明：正弦波频率小于三角波频率时，输出电压频率与正弦波相关;在正弦波频率大于三角波频率时，输出电压频率不为正弦波，且与三角波相关。

关键词：交直交变频;逆变;仿真

中图分类号：TM13         文献标志码：A         文章编号：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

近年来，围绕着电力电子技术学科的相关领域的不断探索与研究，交直交变频器的运用也变得更加广泛。利用交直交變频技术可以使一定频率的交流电压变换为供生产生活中电机使用的频率可调的的交流电压，通过控制交流电机的转速来实现生产生活中的实际需求[1-2]。交直交变频器可以方便快捷地把交流电转变为供我们生产生活所需的频率、幅值、相位可调节的交流电源输出使用，使其成为最大的用电设备之一。交直交变频器十分普遍的运用在社会生活的各行各业：工业、农业、国防等相关科学技术领域[3-4]。

1 单相交直交变频电路结构

单相交直交变频系统由两部分组成，整流部分和逆变部分。整流部分由不可控的二极管整流桥组成;逆变部分由单相桥式逆变电路组成，由PWM波控制。单相交直交变频系统的结构图如图1。

2 逆变电路工作原理

主电路逆变部分工作原理[5]：滤波后较为平稳的直流电通过由控制电路产生的PWM波控制的以IRF840大功率场效应管为核心的逆变电路来实现电源的逆变，从而可以通过控制变换PWM波的频率来实现交流电频率的变化。

单相桥式逆变电路的工作原理：晶闸管VT1～VT4为4个桥臂，其中VT1、VT4为一对，VT2、VT3为另一对，R、L为感性负载，C为补偿电容，C、R、L还组成并联谐振电路，所以该电路又称为并联谐振式逆变电路。

在t1～t2期间，VT1、VT4门极的控制脉冲为高电平，VT1、VT4导通，有电流Io经VT1、VT4流过RLC电路，该电流分作两路，一路流经R、L元件，另一路对C充电，C上的电压逐渐上升，也即RL两端的电压Uo逐渐上升。由于t1～t2期间VT3、VT2处于关断状态，Io与Id相等，并且大小不变（Id是稳定电流，Io也是稳定电流）。

在t2～t4期间，VT2、VT3门极的控制脉冲为高电平，VT2、VT3导通，由于C上充有左正右负电压，C上的电压经VT1、VT4加上反向电压，VT1、VT4关断。Id电流开始经VT3、VT2对电容C反向充电，C上的电压慢慢被中和，两端电压Uo也慢慢下降，t3时刻C上电压为0。t3～t4期间，Id电流（也即Io）对C充电，充得左负右正电压并且逐渐上升。

3 仿真结果

使用PSIM软件对逆变电路进行仿真，设置单相桥式逆变电路参数：直流电压源15V，电感50mH，电阻10Ω，电容500uF，得到电压波形图如图3和图4。

在正弦波频率小于三角波频率时，输出电压的波形频率只与正弦波频率相关，不与三角波频率相关，输出电压波形频率等于正弦波频率，随着正弦波频率的增加而增加;在正弦波频率大于三角波频率时，输出电压的波形不为正弦波，频率不再与正弦波频率相关，而于三角波有关，随着三角波变化而变化。

4 结束语

交流电机变频调速已成为当代电动机调速的潮流，它以体积小、重量轻、转矩大、精度高、功能强、可靠性高、操作简便、便于通信等功能优于以往的任何调速方式，从而使交流变频调速取代直流调速成为必然趋势，而交直交变频技术作为交流变频调速的重要组成部分，也将得到越来越广泛的运用。

参考文献：

[1]洪乃刚.电力电子技术基础[M].北京：清华大学出版社，2008.

[2]王江，付文利.基于MATLAB/Simulink系统仿真权威指南[M].北京：机械工业出版社，2013.

[3]叶成平，张兴华.基于DSP的异步电动机的恒压频比控制[J].中小型电机，2004，31（1）：28-32.

[4]戴朝波，林海雪.电压源型逆变器三角波载波电流控制新方法[J].中国电机工程学报，2002，22（2）：99-102.

[5]杨培.大功率IGCT交直交变频器关键技术的研究[D].北京：钢铁研究总院，2016.