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AC-DC-AC PWM コンバーター

この例では、AC-DC-AC PMW コンバーターをモデル化する方法を示します。

G. Sybille (Hydro-Quebec)

説明

60 Hz の電圧源は AC-DC-AC コンバーターを経由して 50 Hz、50 kW の負荷に電力を供給します。Y 結線/Δ 結線の変圧器の二次側で得る 600 V、60 Hz 電圧は、最初に 6 パルス ダイオード ブリッジで整流されます。フィルター処理された DC 電圧は、50 Hz を生成する IGBT 2 レベル インバーターに印加されます。IGBT インバーターでは、2 kHz の搬送周波数でパルス幅変調 (PWM) を使用します。シミュレーションは、サンプル時間 2µs で離散化されます。

負荷電圧は、PI 電圧制御器により abc_to_dq および dq_to_abc 変換を使用して 1 pu (380 V rms) で制御されます。電圧制御器の最初の出力は、PMW Generator で 6 つの IGBT パルスの生成に使用する 3 つの変調信号を含むベクトルです。2 番目の出力は変調指数を返します。

Discrete 3-Phase PWM Pulse Generator は、Extras/Discrete Control Blocks ライブラリにあります。電圧制御器は、Extras/Measurements ライブラリと Extras/Discrete Control ライブラリのブロックから作成されています。

Multimeter ブロックは、ダイオードと IGBT 電流を観察するために使用します。さらに信号処理を進めるため、Scope1 ブロックに表示された信号 (シミュレーションのサンプリング レートが 2us のサンプリング) が、'psbbridges_str' (時間付き構造体) という名前の変数に保存されます。

シミュレーション

シミュレーションを開始します。約 50 ms の過渡期を過ぎると、システムは定常状態になります。Scope1 で DC バス、インバーター出力、および負荷の電圧波形を観察してください。インバーターで生成された 2 kHz の倍数とその近くの値の高調波は LC フィルターによってフィルター処理されます。

予想したとおり、負荷電圧のピーク値は 537 V (380 Vrms) です。定常状態では、変調指数の平均値は m = 0.80 であり、DC 電圧の平均値は 778 V です。そのため、チョップインバーター電圧に埋もれている 50 Hz 電圧の基本成分は、Vab = 778 V * 0.612 * 0.80 = 381 V rms となります。

シミュレーションが完了したら、Powergui を開き、"FFT Analysis" を選択して、'psbbridges_str' 構造体に保存された信号の 0 ~ 7000 Hz の周波数スペクトルを表示します。FFT は、t=0.1-2/50 で始まる 2 サイクル ウィンドウで実行されます (記録の最後の 2 サイクル)。'Vab Load' という名前の入力を選択します。[Display] をクリックし、最後の 2 サイクルの周波数スペクトルを観察します。高調波が 2 kHz の倍数とその近くの値の搬送周波数に発生していることに注目してください。最大高調波は基本周波数の 1.4% で、THD は 2% です。

ダイオード 1 からダイオード 3 への通信を示す Scope2 のトレース 1 のダイオード電流を観察します。また、IGBT/ダイオード ブリッジのスイッチ 1 とスイッチ 2 (A 相に接続された上と下のスイッチ) のトレース 2 の電流を観察します。これら 2 つの電流は、相補的な関係にあります。正の電流は IGBT を流れる電流で、負の電流は互いに逆向きに接続されたダイオードに流れる電流を示しています。