Saber仿真在级联逆变电源研发中的应用

王雪钰+杨洋+陈莉+杨飏

摘 要：该文基于Saber仿真软件，通过原理分析、计算机仿真以及样机实验调试，研发了一款高效率、高功率密度、低谐波含量的级联逆变电源。计算机仿真技术对方案的选择、参数的设计、环路设计及稳定性分析等环节都起到至关重要的作用，研发周期与成本大为减少，研制的样机系统稳定性和可靠性高。表明计算机仿真技术不仅有利于理论研究和教学，在工程实践场合也具有重要意义。

关键词：计算机仿真技术 级联 全桥逆变器 Saber软件

中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：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

隨着计算机技术的飞速发展，计算机仿真技术在电力电子技术的研发中占有日益重要的地位。利用仿真软件，研发周期和成本大大缩减，仿真具有相当的精确性，在实际调试阶段仿真结果具有可观的可参考性。计算机仿真技术在国内的部分大型企业、高校、研究所已经引起了重视，然而中小企业的研发往往忽略仿真步骤，依靠经验来尝试并确定器件参数。目前主流仿真软件主要有以下几种，PSPIC较适合小功率场合，然而它在磁性元件的仿真上不尽如人意，运算速度较慢；MATLAB兼容度很高，运行速度较快，控制系统运用较多，但MATLAB中的器件多为理想模型，精确性较差，仿真结果与实际有较大不同；Saber器件库中包含大量主流实际器件型号，并且根据用户要求可建立特殊的器件仿真模型，进行系统级的混合信号仿真，运算速度快，精确度高，仿真结果与实际情况接近。该文选择Saber软件对级联式全桥逆变电源的LC滤波器设计进行仿真分析。

1 相移载波SPWM级联式全桥逆变器的工作原理

两级级联式全桥逆变电源的功率电路由两个单相全桥逆变器串联组成，如图1所示，它具有两个相互独立的直流输入电压E1、E2，桥臂输出电压UAB经过LC低通滤波器后输出电压为正弦交流电。级联式全桥逆变器的控制电路中，包含电压电流双闭环控制，各个H桥都采用单极性倍频SPWM控制，H桥之间采用相移载波SPWM控制方式，开关管控制规律如表1所示。

2 SABER仿真

在对系统进行仿真之前，首先要利用Saber Sketch建立正确的仿真模型，在Parts Gallery中根据分类寻找需要的器件，正确连接各器件，最后在Porperty Ediotr对话框中定义各个器件的参数。搭建仿真模型完成后，要对仿真模型进行直流分析（DC Analysis），找出电路的DC工作点，之后可进行瞬态分析（Transient Analysis）、小信号频响分析（Small-Signal Frequency Analysis）等。仿真结果波形用Saber Scope查看，且可对波形进行计算和测量。

2.1 仿真系统的构成

仿真模型遵循实际电路的结构，由功率电路及控制电路组成，仿真模型的功率电路如图2所示。

2.2 仿真结果及分析

仿真参数：输入电压E1=E2=90 VDC，开关频率f=20 kHz，基波频率f0=400 Hz，输出滤波电容为6.8μF，电感为60μH，图3为仿真波形。

3 实验结果

原理样机的参数与仿真一致，两级级联式逆变器工作在额定电压、额定功率下的实验波形。图4为原理样机的实验波形。（1）总桥臂输出电压UAB；（2）电感电流；（3）驱动波形；（4）滤波后的输出电压。

表2给出了样机在满载工况下的实验数据。基于计算机仿真技术辅助设计开发的该级联式逆变电源具有较好的外特性，具有高效率，且重量仅800 g，具有高功率密度，THD=0.7%。

4 结语

在该文所提及的两级级联式样机研发过程中，计算机仿真技术起到至关重要的作用，在前期选择方案时，运用计算机仿真技术大大提高了效率和正确率；在中期设计各器件参数时，计算机仿真结果具有重要的参考价值。基于理论分析计算与计算机仿真技术，在实际调试过程中做了有限的修改就得到了理想的效果。通过计算机仿真与实验调试的合理结合，研发了一款具有高效率、高功率密度的级联式逆变电源，计算机仿真技术不仅适用于理论研究和教学，在工程实践中也具有非凡的意义。

参考文献

[1] 王雪钰，陈轶涵，邓翔，等.高功率密度1 kVA航空静止变流器[J].南京航空航天大学学报，2014，46（1）：137-143.

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[5] Package for SABER Designer Reference：Quick Reference， General Information，SABERSketch Reference，SABER Scope Reference[Z].