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　杨春钱湖南理工学院信息与通信工程学院



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
湖南理工学院信息与通信工程学院

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。

单相桥式无源逆变电路 移相调压 反馈通道 仿真与建模

1　引言

单相全桥无源逆变电路应用非常广发，比如在直流电源变成交流电供负载使用，如交流电机调速、变频器、不间断电源和感应加热电源等。但是单相全桥无源逆变电路两个桥臂同时导通，两对交替各导通1800，其输出电压的有效值始终不变，要想改变其输出电压的有效值，只能改变输入电压的大小，因此在实际电路应用中，会限制其使用范围。针对这个问题，本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单相全桥无源逆变电路的移相调压工作原理，然后在MATLAB/ Simulink环境下的建模与仿真，最后对仿真结果进行了比较分析，与原理分析完全一致，验证了其建模的正确性，为其在实际电路中的应用打下了基础。

2　移相调压控制方式在无源逆变电路中的工作原理介绍

单相全桥无源逆变电路（带阻感性负载）由直流电源DC、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）V1～V4、二极管VD1～VD4、负载R、L以及触发电路组成，其中直流电源DC两端并联一个大容量的电容C，形成电压源，目的使电压 没脉动，同时能缓冲电感的无功能量。下面详细阐述移相调压控制技术在单相全桥无源逆变电路的工作原理。单相全桥无源逆变电路中，每个IGBT的栅极信号仍为180°正偏，180°反偏，并且V1和 V2的栅极信号互补，V3和V4的栅极信号互补，但V3 的栅极信号不是比V1落后180°，而是只落后θ，其中的取值范围。也就是说，V3和V4的栅 极信号不是分别与V2和V1的栅极信号同相位，而是前移了。这样，输出电压u0就不再是正负各为180°的脉冲，而是正负各为θ的脉冲，各IGBT的栅极信号及输出电压u0和输出电流i0的波形。设在t1时刻前V1和V4导通，输出电压u0为Ud，t1时刻V3和V4栅极信号反向，V4截止，而因负载电感中的电流i0不能突变，V3不能立刻导通，VD3导通续流。因为V1和VD3同时导通，所以输出电压为零。到T2时刻V1和V2栅极信号反向，V1截止，而V2不能立刻导通，VD2导通续流，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V4不能立刻导通，VD4导通续流，u0再次为零。以后的过程和前面类似。这样，输出电压u0的正负脉冲宽度就各为θ，就可以调节输出电压，从而改变负载两端输出电压的有效值。

3　单相全桥无源逆变电路移相调压控制方式在 MATLAB/ Simul ink的建模与仿真

3.1仿真模型

单相全桥无源逆变电路移相调压控制方式在MATLAB/ Simulink中的仿真模型，它 主要由直流电源DC、电容、IGBT V1～V4、二极管 VD1～VD4、阻感性负载、触发脉冲发生器P1～P4、示波器构成，其中多路测量仪观察负载R和L两端的电压电流波形。

3.2仿真结果及其分析

当负载为阻感性负载时，单相全桥无源逆变电路移相调压控制方式的仿真波形图。其中图4（a）和（b）所示的波形分别为时开关管V1～V4栅极触发脉冲仿真波形和负载R和L两端的电压和电流仿真波形；（a）和（b）所示的波形分别为时开关管V1～V4栅极触发脉冲仿真波形和负载R 和L两端的电压和电流仿真波形；仿真波形和负载R和L 两端的电压和电流仿真波形。为了方便比较，（a）中四个开 关管V1～V4栅极触发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。从（a）所示的仿真波形可以看出V3 的基极信号比V1落后度，也就是为，（b） 所示电压仿真波形为矩形波，而且正负各导通，而电流为不规则波形，原因在于负载为阻感性负载，电流相位滞后于电压相位。同理可分析，端的电压为正负的输出波形，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压有效值也随着改变，而不用通过改变输入电压的大小。（a） 开关管V1～V4栅极触发脉冲 （b） 负载R和L两端的电压和电流波形时的输出仿真波形。

4　结束语

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原理，然后在MATLAB/Simulink环境下利用电力系统模块库中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详细分析。仿真结果表明，通过改变角度，可以改变负载两端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基础。

［1］赵良炳.现代电力电子技术基础［M］.北京：清华大学出版社，1995.5

［2］王兆安，刘进军.电力电子技术［M］.北京.机械工业出版社，2000.