電力電子裝置課程設(shè)計(jì)--三相逆變器matlab仿真

1、<p>　　三相逆變器Matlab仿真研究</p><p><b>　　1摘要</b></p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)、建通運(yùn)輸、軍事裝備、尖端科學(xué)的進(jìn)步以及人類(lèi)生活質(zhì)量和生存環(huán)境的改善都依賴(lài)于高平品質(zhì)的電能。電力電子技術(shù)為電力工業(yè)的發(fā)展和電力應(yīng)用的改善提供了先進(jìn)技術(shù)，它的核心是電能形式的變換和控制，并通過(guò)電力電子裝置實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用。</p><

2、;p>　　電力電子裝置的只要類(lèi)型有AC/DC變換器、DC/DC變換器、DC/AC變換器、AC/AC變換器、靜態(tài)開(kāi)關(guān)。電力電子裝置在供電電源、電機(jī)調(diào)速、電力系統(tǒng)等方面都得到了廣泛的應(yīng)用，本文介紹交流電源裝置中的逆變電源。</p><p>　　逆變器也稱(chēng)逆變電源，是將直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能的變流裝置。</p><p>　　本文主要通過(guò)對(duì)逆變電源的Matlab仿真，研究逆變電路的輸入輸出及

3、其特性，以及一些參數(shù)的選擇設(shè)置方法，從而為以后的學(xué)習(xí)和研究奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也學(xué)習(xí)使用Matlab軟件的Simulink集成環(huán)境進(jìn)行仿真的相關(guān)操作。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電力電子、matlab、simulink。</p><p><b>　　2方案論證</b></p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</p><p&g

4、t;　　條件：輸入直流電壓：110V。</p><p>　　要求完成的主要任務(wù): </p><p>　　1、輸出220V三相交流電。</p><p>　　2、建立三相逆變器Matlab仿真模型。</p><p>　　3、進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得到三相交流電波形。</p><p><b>　　2.2 思路分析</

5、b></p><p>　　1、可以先對(duì)110V直流電進(jìn)行升壓，然后三相逆變</p><p>　　2、先對(duì)110進(jìn)行逆變成三相交流電，然后利用電壓器或者AC/AC變換電路使三相交流電達(dá)到要求指標(biāo)</p><p>　　由于直接將110V直流電進(jìn)行三相逆變得到的交流電壓較低，再進(jìn)行升壓會(huì)造成過(guò)多的諧波，故棄用此方案，選用方案1。</p><p&g

6、t;　　升壓電路采用boost直流斬波升壓電路通過(guò)改變占空比對(duì)直流電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)升壓，逆變電路采用三相全橋電路作為主電路，若此時(shí)三相交流電仍得不到220V電壓幅值，在線(xiàn)路中采用三相變壓器進(jìn)行升壓或者降壓。另外，電路中還要加入濾波等環(huán)節(jié)。</p><p>　　3 升壓電路圖及其仿真</p><p>　　3.1 升壓斬波電路</p><p>　　升壓斬波電路的原理圖如圖3

7、-1所示，這里全控器件選用IGBT。當(dāng)IGBT處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，充電電壓基本恒定為，同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載R供電。因?yàn)镃值很大，基本保持輸出電壓為恒定值，記為。設(shè)V處于同態(tài)時(shí)間為，此階段電感L上積蓄的能量為E。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)E和L共同向電容C充電并向負(fù)載R提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為，則在此期間電感L釋放的能量為（-E）。當(dāng)電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中電感L中積蓄的能量與釋放的能量相等，即</p><

8、;p><b>　　E=（-E）</b></p><p><b>　　化簡(jiǎn)得</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　故可通過(guò)改變占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓值。</p><p>　　圖3-1 升壓斬波電路原理圖</p><p>

9、<b>　　3.2 仿真演示</b></p><p>　　升壓斬波電路仿真如圖3-2所示</p><p>　　圖3-2 升壓斬波電路仿真圖</p><p>　　其仿真參數(shù)如下所示：輸入直流電壓為110V，電感為1H，電容為0.5F，載50Ω，占空比設(shè)置為75%，開(kāi)關(guān)器件IGBT和二極管Diode使用默認(rèn)參數(shù)。改變電感和電容的值，輸出電壓穩(wěn)定值也

10、在變化。電容的作用主要是使輸出電壓保持住，電容值過(guò)小輸出波形會(huì)持續(xù)震蕩，應(yīng)取較大，但過(guò)大的電容值會(huì)使輸出電壓穩(wěn)定的時(shí)間太長(zhǎng)。根據(jù)以上規(guī)律反復(fù)改變各元件參數(shù)，直到得到滿(mǎn)意的結(jié)果。</p><p>　　得到輸出波形如圖3-3所示。</p><p><b>　　圖3-3 升壓電路</b></p><p>　　4 三相逆變電路及其仿真</p>

11、;<p><b>　　4.1三相逆變電路</b></p><p>　　三相電壓型橋式逆變電路如圖4-1。該電路采用雙極性控制方式，U、V和W三相的PWM控制通常公用一個(gè)三角載波，三相的調(diào)制信號(hào)、和一次相差120度。U、V和W各相功率開(kāi)關(guān)器件的控制規(guī)律相同，現(xiàn)以U相為例來(lái)說(shuō)明。當(dāng)>時(shí)，給上橋臂以導(dǎo)通信號(hào)，給下橋臂以關(guān)斷信號(hào)，則U相相對(duì)于直流電源假想中點(diǎn)的輸出電壓。當(dāng)<

12、時(shí)，給以導(dǎo)通信號(hào)，給以關(guān)斷信號(hào)，則。和的驅(qū)動(dòng)信號(hào)始終是互補(bǔ)的。當(dāng)給（）加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能是（）導(dǎo)通，也可能是二極管（）續(xù)流導(dǎo)通，這要由阻感負(fù)載中電流的方向來(lái)決定。V相和W相的控制方式都和U相相同</p><p>　　圖4-1 三相電壓型橋式逆變電路圖</p><p>　　濾波電路在此沒(méi)有畫(huà)出，僅分析逆變部分，濾波部分將在仿真時(shí)給出。</p><p><b>

13、;　　4.2 仿真演示</b></p><p>　　三相逆變部分仿真模型如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 三相逆變電路仿真模型</p><p>　　圖4-2中模型由三相電路、濾波電路、變壓器、負(fù)載以及測(cè)量模塊構(gòu)成。</p><p>　　三相逆變電路使用三相逆變橋集成塊Universal Bridge 3 arms，其

14、設(shè)置參數(shù)如圖4-3所示</p><p>　　圖4-3 三相逆變橋集成塊參數(shù)</p><p>　　由電容和電感組成，電容和電感都分別為0.1F，1e-4H。</p><p>　　SPWM生成模塊直接使用simulink中自帶的模塊PWM Generator，其參數(shù)如圖4-4所示</p><p>　　圖4-4 pwm generator 參數(shù)設(shè)置

15、</p><p>　　變壓器變比暫時(shí)不設(shè)置，等輸出波形幅值不達(dá)標(biāo)時(shí)再行設(shè)置。</p><p>　　負(fù)載設(shè)置為100Ω。</p><p>　　測(cè)量模塊主要測(cè)量各相電流波形以及單相電壓幅值，通過(guò)觀(guān)察這兩項(xiàng)即可判定輸出是否為220V50hz三相交流電。</p><p><b>　　5 整體仿真</b></p>&

16、lt;p>　　將圖4-2（三相逆變電路仿真）中輸入部分接到圖4-2（升壓斬波電路仿真）中負(fù)載兩端，即為整體仿真模型，現(xiàn)在開(kāi)始仿真。</p><p>　　輸出電流波形如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 輸出電流波形</p><p>　　逆變電路上負(fù)載輸出電壓波形如圖5-2所示。</p><p>　　圖5-2 輸出電壓波形<

17、;/p><p>　　經(jīng)調(diào)試多次得出的波形圖可以看到逆變器輸出幅值接近220V，頻率為50Hz的正弦波，波形畸變不明顯，以看到逆變器輸出三相正弦波形互差120度，三相輸出波形都比較接近理想正弦波形，仿真結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　6 小結(jié)</b></p><p>　　當(dāng)我剛拿到設(shè)計(jì)任務(wù)的時(shí)候，剛開(kāi)始一看我還覺(jué)得題目比較簡(jiǎn)單，就是一

18、個(gè)DC-AC轉(zhuǎn)換電路，然后我立馬想起出課本上學(xué)的逆變電路圖，簡(jiǎn)單的六只開(kāi)關(guān)管接成橋式電路然后接負(fù)載。后來(lái)當(dāng)我真正開(kāi)始付之行動(dòng)時(shí)才發(fā)現(xiàn)實(shí)際做起來(lái)要比理論分析難很多。</p><p>　　首先要確定好設(shè)計(jì)方案，分析各方案的可行性與合理性再開(kāi)始做。然后做個(gè)總體規(guī)劃，接著分別做好各個(gè)部分，以便于之后在總體上看設(shè)計(jì)是否合理。</p><p>　　雖然題目是仿真，但是參數(shù)都是一個(gè)一個(gè)參考大量資料再通過(guò)

19、計(jì)算與仿真再確定的，其中也學(xué)到了不是只是。</p><p>　　當(dāng)然這次課設(shè)設(shè)計(jì)由于本人所學(xué)知識(shí)有限，還存在著不足之處，就是沒(méi)有設(shè)計(jì)反饋環(huán)節(jié)來(lái)控制電路，加強(qiáng)電路的穩(wěn)定性。</p><p>　　然后，體會(huì)最深刻的就是對(duì)于matlab的使用了，相信下次使用matlab必定會(huì)更加得心應(yīng)手。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p&g

20、t;<p>　　[1] 楊蔭福、段善旭、朝澤云.電力電子裝置及系統(tǒng).北京：清華大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[2] 王維平.現(xiàn)代電力電子技術(shù)及應(yīng)用.南京：東南大學(xué)出版社，1999 </p><p>　　[3] 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008</p><p>　　[4] 葉斌.電力電子應(yīng)用技術(shù)及裝置.北京：鐵道出版