Saber仿真在級(jí)聯(lián)逆變電源研發(fā)中的應(yīng)用

王雪鈺+楊洋+陳莉+楊飏

摘 要：該文基于Saber仿真軟件，通過原理分析、計(jì)算機(jī)仿真以及樣機(jī)實(shí)驗(yàn)調(diào)試，研發(fā)了一款高效率、高功率密度、低諧波含量的級(jí)聯(lián)逆變電源。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)方案的選擇、參數(shù)的設(shè)計(jì)、環(huán)路設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析等環(huán)節(jié)都起到至關(guān)重要的作用，研發(fā)周期與成本大為減少，研制的樣機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性高。表明計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)不僅有利于理論研究和教學(xué)，在工程實(shí)踐場合也具有重要意義。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真技術(shù) 級(jí)聯(lián) 全橋逆變器 Saber軟件

中圖分類號(hào)：TM912 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）09（b）-0001-03

Abstract： The paper based on Saber simulation technology， by means of principle analysis， computer simulation and prototype experiment， a high-efficiency， high-power density， Low harmonic component cascaded inverter. Computer simulation technology play an important role in schemes selection， parameters design， loop design， stability analysis and other links， reduces the development period and the cost considerably. The prototype has high system stability and Reliability. A conclusion has been drawn that computer simulation technology was not only beneficial to theoretical study and teaching， but also has important significance in engineering practices.

Key Words： Computer simulation technology； Cascaded； Full-bridge inverter； Saber simulation software

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)的研發(fā)中占有日益重要的地位。利用仿真軟件，研發(fā)周期和成本大大縮減，仿真具有相當(dāng)?shù)木_性，在實(shí)際調(diào)試階段仿真結(jié)果具有可觀的可參考性。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在國內(nèi)的部分大型企業(yè)、高校、研究所已經(jīng)引起了重視，然而中小企業(yè)的研發(fā)往往忽略仿真步驟，依靠經(jīng)驗(yàn)來嘗試并確定器件參數(shù)。目前主流仿真軟件主要有以下幾種，PSPIC較適合小功率場合，然而它在磁性元件的仿真上不盡如人意，運(yùn)算速度較慢；MATLAB兼容度很高，運(yùn)行速度較快，控制系統(tǒng)運(yùn)用較多，但MATLAB中的器件多為理想模型，精確性較差，仿真結(jié)果與實(shí)際有較大不同；Saber器件庫中包含大量主流實(shí)際器件型號(hào)，并且根據(jù)用戶要求可建立特殊的器件仿真模型，進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的混合信號(hào)仿真，運(yùn)算速度快，精確度高，仿真結(jié)果與實(shí)際情況接近。該文選擇Saber軟件對(duì)級(jí)聯(lián)式全橋逆變電源的LC濾波器設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真分析。

1 相移載波SPWM級(jí)聯(lián)式全橋逆變器的工作原理

兩級(jí)級(jí)聯(lián)式全橋逆變電源的功率電路由兩個(gè)單相全橋逆變器串聯(lián)組成，如圖1所示，它具有兩個(gè)相互獨(dú)立的直流輸入電壓E1、E2，橋臂輸出電壓UAB經(jīng)過LC低通濾波器后輸出電壓為正弦交流電。級(jí)聯(lián)式全橋逆變器的控制電路中，包含電壓電流雙閉環(huán)控制，各個(gè)H橋都采用單極性倍頻SPWM控制，H橋之間采用相移載波SPWM控制方式，開關(guān)管控制規(guī)律如表1所示。

2 SABER仿真

在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真之前，首先要利用Saber Sketch建立正確的仿真模型，在Parts Gallery中根據(jù)分類尋找需要的器件，正確連接各器件，最后在Porperty Ediotr對(duì)話框中定義各個(gè)器件的參數(shù)。搭建仿真模型完成后，要對(duì)仿真模型進(jìn)行直流分析（DC Analysis），找出電路的DC工作點(diǎn)，之后可進(jìn)行瞬態(tài)分析（Transient Analysis）、小信號(hào)頻響分析（Small-Signal Frequency Analysis）等。仿真結(jié)果波形用Saber Scope查看，且可對(duì)波形進(jìn)行計(jì)算和測量。

2.1 仿真系統(tǒng)的構(gòu)成

仿真模型遵循實(shí)際電路的結(jié)構(gòu)，由功率電路及控制電路組成，仿真模型的功率電路如圖2所示。

2.2 仿真結(jié)果及分析

仿真參數(shù)：輸入電壓E1=E2=90 VDC，開關(guān)頻率f=20 kHz，基波頻率f0=400 Hz，輸出濾波電容為6.8μF，電感為60μH，圖3為仿真波形。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

原理樣機(jī)的參數(shù)與仿真一致，兩級(jí)級(jí)聯(lián)式逆變器工作在額定電壓、額定功率下的實(shí)驗(yàn)波形。圖4為原理樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)波形。（1）總橋臂輸出電壓UAB；（2）電感電流；（3）驅(qū)動(dòng)波形；（4）濾波后的輸出電壓。

表2給出了樣機(jī)在滿載工況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?；谟?jì)算機(jī)仿真技術(shù)輔助設(shè)計(jì)開發(fā)的該級(jí)聯(lián)式逆變電源具有較好的外特性，具有高效率，且重量僅800 g，具有高功率密度，THD=0.7%。

4 結(jié)語

在該文所提及的兩級(jí)級(jí)聯(lián)式樣機(jī)研發(fā)過程中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)起到至關(guān)重要的作用，在前期選擇方案時(shí)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)大大提高了效率和正確率；在中期設(shè)計(jì)各器件參數(shù)時(shí)，計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果具有重要的參考價(jià)值。基于理論分析計(jì)算與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，在實(shí)際調(diào)試過程中做了有限的修改就得到了理想的效果。通過計(jì)算機(jī)仿真與實(shí)驗(yàn)調(diào)試的合理結(jié)合，研發(fā)了一款具有高效率、高功率密度的級(jí)聯(lián)式逆變電源，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)不僅適用于理論研究和教學(xué)，在工程實(shí)踐中也具有非凡的意義。

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