PLECS逆变器



PLECS 应用示例（78）：三相电压源逆变器（Three-Phase Voltage Source Inverter）

三相电压源逆变器(VSI)模型展示了一个从直流电压源产生交流电流和电压的逆变器电路。此模型设计用于实现10千瓦的额定功率，并提出了三种不同的脉宽调制(PWM)方案来控制VSI输出。

直流电压源提供700伏的电压，代表系统中的电池、太阳能阵列或整流器。逆变器连接到230Vrms、50Hz的低压电网，电网表示为刚性交流电压源。并网电抗为基础阻抗的10%，并包含小电阻来模拟电感器损耗。电感器电流被初始化为单位功率因数下10kW的期望额定功率，以避免启动期间的瞬态。

可配置子系统“控制器Controller”包含三种常见的PWM方法：正弦PWM、空间矢量(SV)PWM和滞后PWM。选择不同的调制器类型将呈现不同的控制参数。通常，VSI输出端电压或参考电流将使用闭环控制方法动态计算，但在模型中使用固定值。正弦和SV PWM配置中，参考信号是VSI输出端子处的期望平均电压，VSI输出电流与电网电压相位差决定了输出电压幅度和角度。正弦PWM实现使用对称PWM组件，其采样参数配置对调制指数输入进行采样的不同方式。滞后PWM是一种电流控制的PWM方案，调节逆变器的输出电流至恒定迟滞带内的参考电流。

模型配置了运行多个实验，比较每个调制器的性能。通过检查输出波形、总谐波失真(THD)、谐波频谱分析和磁滞带，可以比较每种调制策略产生的谐波。

通过比较，发现SV PWM在输出端产生的谐波失真较小，与相同开关频率的正弦PWM相比。正弦PWM和SV PWM方案的主谐波以开关频率的整数倍为中心，而磁滞PWM产生的谐波是非周期性的，并在谐波频谱中具有频率含量。

模型讨论了无调节三相VSI的运行，并实现了三种调制技术，比较了每种调制策略产生的谐波。此模型授权英富美(深圳)科技有限公司提供翻译与发表，所有权属于瑞士商Plexim GmbH所有。如有任何用途，请先获得所有权人允许。

PLECS应用示例（88）:Z源逆变器（Z-Source Inverter）

PLECS应用示例: Z源逆变器主要展示了以下内容：

Z源逆变器电路：

电路中包含一个独特的阻抗网络，该网络允许逆变器在降压和升压模式下运行。阻抗网络由以X形状连接的分裂电感器和电容器组成，将主转换器电路耦合到电源。

功能与应用：

Z源逆变器可用于实现DCAC、ACDC、ACAC和DCDC功率转换，以取代传统的V源或I源转换器。示例中，来自燃料电池源的直流电压被转换为三相交流输出。

降压升压特性：

Z源逆变器可以产生大于或小于DC电压的AC输出电压，这是通过其独特的直通零状态实现的。当直流电压足够高以产生所需的交流电压时，直通零状态为非激活状态；否则，使用直通状态升压。

控制组件：

使用了锁相环组件来检测三相输入信号的相位角，并将AC输出电流和电压转换为旋转参考系。电流控制器在交流侧的dq帧中工作，通过K因子方法进行解析调谐，输出一组三相正弦信号。

直通占空比计算：

当降压升压因子大于1时，直通占空比计算器计算开环直通占空比。根据输入直流电压和所需的交流电压，动态调整直通占空比，使Z源逆变器在升压或降压模式下运行。

仿真观察：

使用所提供的模型进行仿真，观察PWM信号、输出交流电流和Z网络电容器电压。通过改变d轴和q轴交流电流参考，观察输出dq电流如何遵循参考信号。观察在输入直流电压变化时，Z源逆变器的降压升压因子和直通占空比的变化。

状态机调制器：

状态机块评估由电流控制器生成的三相正弦调制指数信号的最大值和最小值。插入适当的直通占空比值以获得新的比较信号，从而控制逆变器的输出。

PLECS 应用范例(19): 级联多电平逆变器（Cascaded Multilevel Inverter）

PLECS 应用范例(19): 级联多电平逆变器（Cascaded Multilevel Inverter）

概述

本演示展示了三相级联多单元逆变器，其中每个单元子模块包含一个全桥。三个独立相支路单元被实现为模块化串联全桥串，每个由隔离直流电源供电。输出电压电平阶跃，以产生2n+1电平（−Vdc和+Vdc），其中n是单元数。较高数量的串联单元使逆变器硬件及其控制设计复杂化，但可以显著减少谐波失真，因此需要在输出端进行滤波。这提供了组件、成本和性能之间有趣的权衡。

PLECS库包含功率模块块，这些模块对于模块化实现非常有用，便于扩展以在多电平变流器应用中创建多个电压电平，并且具有开关和平均实现。平均配置特别适合高开关频率的实时仿真，例如硬件在环测试。它还可以提高离线模拟的速度，因为内部开关的数量大大减少。

模型

2.1 电源电路（Power circuit）

该电路是一个多电平电压源逆变器（VSI），具有三个支路，每相一个，每个支路包含一个带有IGBT和反并联二极管的H桥布置。每座全桥可生产−Vdc，0 V，+Vdc，取决于开关方案。通过串联多个全桥，每个相位的总输出电压是所有全桥单元输出的总和，可以生成多电平PWM输出电压波形。由于H桥本质上是一个包括0 V状态的三电平逆变器，因此串联添加的每个单元提供具有两个附加电压电平的逆变器输出波形。

在这种情况下，使用IGBT全桥功率模块组件。该块有两种配置：一种是开关配置，其中理想开关代表半导体；另一种是平均配置，使用受控电压和电流源。功率模块还具有串联逆变器单元数量的参数设置。电源模块和控制器的实现使得可以在顶层配置电池的数量，而无需使用额外的布线或组件扩展模型。

每个全桥由理想直流电压源供电，该值等于总直流母线电压除以每相级联单元的数量。这些模块充电到相同的电压，但实际上，如果用电容器代替电压源而不使用额外供应，当模块平衡时，系统具有很强的可扩展性。三相星形连接RL负载有助于降低电流输出纹波。

栅极的输出频率为50 Hz，由调制器的参考波形指定。电流幅值由负载决定，电压波形的谐波含量受每个逆变器支路串联单元数量的影响。

2.2 控制

级联多电平逆变器最常见的调制方案使用相移载波脉宽调制（PSCPWM）。PSCPWM是一种多载波调制策略，其中每个串联连接的单元有一个三角形载波，每个相移180°/n（其中180°指的是开关周期，而不是输出端的相移）。将所有载波与两个正弦参考波形进行比较，两个正弦参考波形分别对应于全桥的每个支路，并且相移180°彼此之间。低压侧开关选通信号与高压侧开关的信号互补，因此直流母线不会短路。可配置的停滞时间也可以延迟每个支路中开关对之间的开关转换。

仿真

使用提供的模型运行模拟以查看信号。观察输出电压为±600 V范围内的阶跃电压，阶跃数为2n（n=电池数量），加上0 V时的额外电平。打开PLECS范围内的光标，并将增量时间宽度设置为电网频率的基本周期（50 Hz=0.02秒）。然后查看输出电压波形的总谐波失真（THD）。通过使用模型初始化命令窗口中的ncells变量增加串联单元的数量，您将注意到电压波形的THD降低。串联的电池数量必须为6个或更多，以将THD含量减少到例如10%左右。

示波器的第二个图使用滤波器块获得调制输出交流电压波形的移动平均值。通过选择开关周期的平均周期（0.1 ms），我们可以滤除高频调制并看到600 VAC波形。无论串联模块的数量如何，该平均值都是恒定的。

现在，将模型初始化命令窗口中的停滞时间值更改为切换周期的1%（0.01/fsw），并运行新的模拟。每个支路中开关转换之间的这种消隐时间的影响是，与没有任何死区时间的操作相比，输出处的失真增加，平均电压降低。使用示波器观察电压信号的总谐波失真度和均方根值的差异，有无该过渡延迟。

最后，将串联单元的数量增加到8个，并运行新的模拟。模拟现在需要更长的时间才能完成，因为当开关以更高的频率调制以产生更多的输出电压电平时，会发生更多的开关事件。通过在模型初始化命令窗口中将conf更改为2，将电源模块配置更改为平均实现，然后再次运行模拟。这将使模拟速度提高两倍以上，同时获得与开关配置完全相同的波形。如果进一步增加串联单元的数量，则使用平均配置的速度增加的效果会更加明显。平均实现正确地解释了死区时间，因此仍然可以研究这种影响。注意，使用平均配置可能需要额外考虑，例如电池之间的电流隔离，以及控制信号是逻辑值还是占空比值。

以下是仿真模型顶层示意图：

结论

在PLECS组件库的功率模块中使用隐式矢量化概念可以轻松实现多级拓扑，例如三相系统中的级联全桥。这样，只需要一个基本的全桥单元就可以对具有可变单元数的模块化结构进行建模。功率模块的另一个优点是集成的子循环平均实现，允许在不改变模型结构的情况下研究控制器设计的平均变流器操作。

盘点6种电路仿真软件，总有一款适合你

在电路设计的世界里，选择合适的仿真软件如同挑选合适的工具，能让你的工作事半功倍。今天，电路仿真专家杨帅锅将带领我们深入探讨六款备受推崇的电源仿真软件，帮你了解它们各自的优缺点，以便找到最适合你的那一款。

1. 六大仿真软件的对比与特性

PSPICE与SABER: 作为模拟领域的代表，它们的精度无人能及，但代价是运行速度极慢，不适合实时仿真。由于PSPICE嵌套于Cadence之中，专业芯片设计者更倾向于使用它。然而，它们无法直接进行环路分析，需要依赖平均模型，上手难度较高。

PSIM: 这款软件兼容连续和离散系统，运行快速，建模能力强，是许多国内工程师的首选。然而，它在开关与环路仿真上的能力有限。

SIMLIPS: 作为SPICE的简化版，它更稳定，收敛速度快，特别适合分析开关器件和系统级仿真。虽然与PSPICE类似，但SIMLIPS的性能更佳，减少了崩溃风险。

SIMULINK与PLECS: 两者操作相似，但PLECS凭借优化的算法和求解器，速度比SIMULINK快约3倍。它们专长于连续和离散系统，尤其是离散建模和代码实现，环路分析采用独特的暴力求解方法。SIMULINK的上手难度相对较低，而PLECS适合有一定基础的用户。

易用性对比: PSPICE和SABER的挑战性较大，SIMULINK和PLECS则稍显友好。PSIM以其简单易学，成为初学者的首选。对于新手，PSIM是快速入门的理想选择，而对深入研究者，SIMULINK或PLECS则提供了更丰富的功能。

2. PLECS搭建逆变器仿真模型实战

让我们通过实际操作，了解如何在PLECS中构建逆变器模型。点击回看，跟随步骤搭建闭环控制的离网逆变器模型，为硬件实现提供理论依据。以下是关键步骤：

搭建功率级模型: 从零开始，选择器件并连接，注意区分电气属性与信号控制的线缆。

PWM方波生成: 设计单极性倍频调制的PWM波形，将其与IGBT桥臂相连，观察波形。

仿真调试: 设置求解器参数，仿真时间和间隔，调整正弦波幅度和频率，观察开环状态下的输出。

闭环设计: 将开环占空比转为闭环输出，手动切换开环与闭环状态，观察负载电流、输出电压等参数。

通过以上介绍，希望你对电路仿真软件有了更深的理解，选择最适合的工具，你的电路设计之路将更加顺畅。当然，电路设计的旅程远不止于此，嵌入式物联网的世界里，持续学习和实践是提升技能的关键。祝你在仿真软件的世界中探索无尽的可能！

plecs如何测量谐波

在PLECS中测量谐波的核心方法是使用Fourier Block（傅里叶模块）对仿真信号进行频谱分析，直接获取各次谐波的幅值和相位信息。

1. 核心测量步骤

1.1 搭建电路与连接

首先构建需要分析的电路模型（如逆变器、整流器等），并将待测信号线连接到Fourier Block的输入端口。

1.2 关键参数设置

在Fourier Block的参数设置窗口中，必须正确配置以下参数：

•基波频率 (Fundamental Frequency)：设置为电路工作的基波频率，例如工频50Hz或60Hz。

•谐波阶次 (Harmonic Orders)：指定需要分析的谐波次数，例如输入“1:10”表示分析从1次到10次的谐波。

•采样时间 (Sample Time)：需遵循奈奎斯特采样定理，通常设置为仿真步长，以确保能准确捕获最高次谐波而不产生混叠。

1.3 运行仿真与查看结果

运行仿真后，结果查看器会显示Fourier Block的输出。数据通常以表格和频谱图两种形式呈现，清晰列出各次谐波的具体幅值（如电压、电流值）和相位角。

2. 替代与分析工具

除了标准的Fourier Block，还可以通过以下方式辅助分析：

- 使用频谱分析仪 (Spectrum Analyzer)组件进行快速的频域可视化观察。

- 将信号输出至MATLAB工作空间

3. 实践注意事项

为确保测量准确，需注意：

- 仿真时间应足够长，以保证信号达到稳态，从而使傅里叶分析结果准确。

- 对于周期性信号，建议使用周期稳态求解器，它可以跳过暂态过程，直接快速得到稳态波形，大幅提升谐波分析效率。

PLECS教程111：PLECS使用C-Script Block高效生成PWM

通过使用C-Script Block，PLECS允许用户高效生成PWM信号，这在逆变器和电源转换器的应用中尤为重要。本教程分为两部分：实现理想的PWM信号和包含死区时间的PWM信号。首先，了解PWM的基本原理和逆变器的模型。

在实现理想的PWM信号时，设计了一个状态机程序，能够生成对称的PWM信号，该信号在每个开关转换之间具有消隐延迟。状态机程序使用离散时间步长设置，固定时间步长用于启动循环，而可变时间步长用于计算低和高状态的转换时间。关键公式被用来变换调制指数m为m1和m2，以适应范围内的输出。

为了实施状态机逻辑，需要在C-Script Block中创建特定变量，如NEXT_STATE、STATE、DMIN和NEVER等。在每个状态下，PWM输出和NextSampleHit宏进行设置。启动状态下，如果m1或m2小于DMIN，则将PWM输出设置为1或−1。在Output函数中，开关语句实现状态机逻辑，同时更新NEXT_STATE。在Update函数中，状态应更新到NEXT_STATE。测试阶段包括施加振幅为1的50 Hz正弦波输入，将开关频率设置为1000 Hz，并与参考模型比较。

在第二部分，练习中加入了死区时间，通过在低和高状态之间添加Blank1和Blank2状态来实现。状态转换的命中时间被调整，以考虑死区时间比和最小占空比。通过修改状态机程序，确保了与参考模型“cscript_modulator_2.plecs”的一致性。

总结来说，通过使用状态机程序，PLECS能够高效生成具有死区时间的PWM信号，这对于逆变器和电源转换器的设计至关重要。这种实现方法相比基于计数器和比较器的方法更为有效。状态机程序不仅适用于PWM信号的生成，还适用于模式生成和其他控制系统排序的应用。

PLECS仿真软件培训教程及案例讲解

PLECS仿真软件培训教程及案例讲解概述如下：

一、培训教程

基础介绍：首先，你需要了解PLECS仿真软件是由瑞士Plexim GmbH公司开发的，专门应用于电力电子和传动系统的设计与分析。核心功能：学习PLECS的系统级电路与控制结合的多功能仿真功能，这是开发者与研究者进行高效便捷电气系统研究与设计的重要工具。多维度建模：掌握PLECS提供的热、磁、机械等多维度建模能力，包括利用查表法快速仿真损耗的热建模、通过磁导电容类比的磁建模，以及执行一维转动和平移力学分析的机械建模。仿真工具：熟悉稳态分析和小信号分析作为仿真过程中的重要工具，特别是小信号分析涵盖的开环传递函数、闭环传递函数及阻抗分析等。自定义功能：了解PLECS支持自定义控制码与仿真脚本功能，包括内置脚本与外部脚本的使用，这可以大大增强仿真的灵活性和功能性。软件版本：区分嵌套版与独立版的不同，嵌套版与Simulink集成，使用Simulink求解器；独立版则具备独立仿真平台与优化求解器，根据需求选择合适的版本。

二、案例讲解

案例背景：基于NPC1的136kW光伏逆变器是一个典型的PLECS仿真案例。搭建过程：学习如何搭建该逆变器的电路拓扑，包括各个元件的选择和连接。波形监控：掌握在仿真过程中如何监控关键波形信号，如电压、电流等，以确保仿真结果的准确性和可靠性。

三、进阶资源

高级教程：对于希望深入了解PLECS高级建模与仿真技术的用户，可以下载《PLECS电子电力系统高级建模与仿真》培训教程进行深入学习。官方资源：访问英飞凌官网，了解更多关于PLECS软件及其相关产品的信息和技术支持。

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