交-交变频器仿真模型4逻辑换相控制器的创建逻辑换相控制器的实现是交交变频器仿真中的关键、难点。逻辑换相控制器的反应速度直接决定了变频波的波形、质量。如果延时过长,将造成输出的低频波死区过长,波形畸变大,谐波增加,无法满足要求,一般死区时间要求小于2ms。逻辑换相控制器采用Simulink中的子系统来实现。逻辑换相控制器的输入分别是基准波信号Ur和负载侧的电流Ir,根据基准信号的极性和电流的有无,确定它的两个输出端BR和BF,也就是确定整流器的工作状态。它们之间的逻辑关系为:BF=BR(UrIr),BR=BF<(UrIr)Ir>.根据逻辑关系,利用子系统创建逻辑换相控制器模型如所示。
逻辑换向控制器模型由于输入端是50Hz的交流信号,所以主回路中的晶闸管管压降也是交流信号,存在自然过零点,在检测到电流为零时并不一定真正为零,所以必须有一个延时来保证电流真正为零,同样为了保证封锁触发脉冲的变流器能够恢复阻断状态,也需要将要工作的变流器延时一段再开放。这些延时仿真模块如所示。
在延时电路的设计中,要特别注意数据类型匹配的问题。由于延时模块的输入端为逻辑信号,它是延时模块布尔数据类型,而乘法运算模块和传输延时模块都要求输入信号是双字节类型的,所以在它们的输入端又添加了一个数据类型转换模块,这样延时模块仿真才能实现。
仿真结果仿真过程中可以调整的参数有输出频率、输出电压比、负低频波仿真波形载的参数、晶闸管的参数等。所示是电磁搅拌器常规工作状态下的低频波仿真波形,它是频率为6Hz,电压比为1的情况下的电压电流输出波形,仿真算法采用的是ode23s.从波形可以看出建立的仿真模型是正确的。、和分别是利用傅立叶分析器对1、3和5次电流谐波的幅值和相位的分析。
6变频器的特征谐波分析在实际的工程应用中,一般对交-交变频器的特征谐波较为关心。变频器的特征谐波与脉冲基波电流的幅值和相位3次谐波的幅值和相位5次谐波的幅值和相位数或输出相数无关,仅与输出电压比和负载相移因数有关。在单相输出时,fch=|fi2nfo|,其中,n为正整数,fi为电网频率,fo为输出频率。出现2nfo旁频的原因是:变频器有正负两组整流桥组成,一组提供正向输出电流,另一组提供反向输出电流。输入电流波形只与输出电流大小有关,而与输出电流方向无关。由于输入电流幅值和相位的调制信号的角频率为4fo,所以在输入电流频谱中出现2nfo旁频。
以上的理论分析是在假设的条件下进行的,实际中的系统并不满足这些假设条件,应用计算机仿真可以研究这些条件对实际装置的影响。改变中低频标准波产生器中的参数,得出不同频率和电压比的输入电流信号波形,然后通过傅立叶分析器进行FFT分析,得出的数据经整理如所示。从表中数据可以看出两者是基本吻合的,其中差别较大的是部分谐波幅值增大,主要原因是输出电流不是纯正弦波,含有纹波;仿真结果还表明电源和变压器阻抗使频率高的谐波分量受到抑止。
结束对主回路为桥式的交-交变频控制器进行了仿真,得出了低频波的电压、电流波形,并对它们的特征谐波进行了FFT分析,分析结果和理论值基本吻合,从而不仅证明了在线实时计算新方案的正确性,而且还从中获得了一些重要的数据和结论,为谐波治理和评价变频器的性能提供了参数和依据。并且基于此方案进行的变频器的设计已经应用到电磁搅拌器当中,在工业现场取得了良好的搅拌效果。
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