單相電壓型全橋逆變電路及其simulink仿真含開(kāi)題報(bào)告

1、TAIYUAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)單相電壓型全橋逆變電路及其simuli nk仿真開(kāi)題報(bào)告課題名稱(chēng)：?jiǎn)蜗嚯妷盒腿珮蚰孀冸娐芳捌鋝imulink仿真完成時(shí)間：指導(dǎo)老師：劉彬（一）簡(jiǎn)要背景說(shuō)明隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，逆變電路具有廣泛的應(yīng)用范圍。交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、 不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。由于電壓型逆變 電路具有直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無(wú)脈動(dòng)；輸出電壓為矩形波， 輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同；阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率，為了給交流側(cè)向直流 側(cè)反饋的無(wú)功提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管等特點(diǎn)而

2、具有廣泛的應(yīng)用范圍。電壓型逆變電路主要用于兩方面：籠式交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。由于逆變電路只具有單方向傳遞電能的功能，故比較適用于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、無(wú)需頻繁起制動(dòng)和加、 減速的場(chǎng)合。不停電電源。該電源在逆變輸入端并接蓄電池，類(lèi)似于電壓源。圖1單相電壓型全橋逆變電路（二）研究的目的及其意義在教學(xué)及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)單相電壓型全橋逆變電路及其控制與保護(hù)電路，并通過(guò) 使用 simulink 對(duì)課程中理論對(duì)電路進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步了解單相電壓型全橋逆變電路 的工作原理、波形及計(jì)算。培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)綜合分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。 在電力電子技術(shù)的應(yīng)用中，逆變電路是通用變頻器核心部件之一，起著非常重要的 作用。逆

3、變電路是與整流電路相對(duì)應(yīng)，把直流電變成交流電的電路。逆變電路的基本作 用是在控制電路的控制下將中間直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可 調(diào)的交流電源。無(wú)源逆變電路的應(yīng)用非常廣泛。在已有的各種電源中，蓄電池、太陽(yáng)能 電池等都是直流電源，當(dāng)需要這些電源向交流負(fù)載供電時(shí)，需要通過(guò)無(wú)源逆變電路；無(wú) 源逆變 電路與其它電力電子變換電路組合形成具有特殊功能的電力電子設(shè)備，如無(wú)源 逆變器與整流器組合為交 -直-交變頻器 （來(lái)自交流電源的恒定幅度和頻率的電能先經(jīng)整 流變?yōu)橹绷麟姡缓蠼?jīng)無(wú)源逆變器輸出可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載 ）。當(dāng)電網(wǎng)提供的 50 Hz 工頻電源不能滿(mǎn)足負(fù)載的需要，就需要用交 -直-

4、交變頻電路進(jìn)行電能交換。如感應(yīng)加熱 需要較高頻率的電源；交流電動(dòng)機(jī)為了獲得良好的調(diào)速特性需要頻率可變的電源。（三）研究的主要內(nèi)容1 單相電壓型全橋逆變電路的原理。2 單相電壓型全橋逆變電路的結(jié)構(gòu)。3 單相電壓型全橋逆變電路及其控制電路、保護(hù)電路的設(shè)計(jì) （畫(huà)出原理圖，標(biāo)明器件的 選擇 ）。4 完成單相電壓型全橋逆變電路的數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)。5 建立 simulink 仿真系統(tǒng)進(jìn)行建模，并對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。6 仿真結(jié)果與分析。（四）研究的主要方法和手段首先建立單相電壓型全橋逆變電路的電路拓?fù)鋱D，在MATLAB中使用simulink工具箱建立相關(guān)控制模型，設(shè)置模型參數(shù)后，通過(guò)仿真得到電路的電壓、電流結(jié)

5、果，并對(duì)該 結(jié)果進(jìn)行分析。說(shuō)明書(shū)目錄摘 要5第一章設(shè)計(jì)總體思路 5一 課題概述 5二 設(shè)計(jì)總體思路 5第二章基本原理和框圖 6一 基本原理 6二 單相電壓型全橋逆變電路分析 7第三章單元電路設(shè)計(jì) 8一 觸發(fā)電路 8二 保護(hù)電路 10第四章Simulink 仿真 10一 電路模型的建立 10二 各元件的介紹 10三 模型參數(shù)的設(shè)置 10四 仿真結(jié)果 15第五章總結(jié)與體會(huì) 17致 謝18附錄一三相整流電路的 simulink 仿真 19附錄二參考文獻(xiàn) 25摘要逆變電路 所謂逆變，就是與整流相反，把直流電轉(zhuǎn)換成某一固定頻率或可變頻率的交流電(DC/AC)的過(guò)程。 整流與逆變一直都是電力電子技術(shù)的熱點(diǎn)

6、之一，橋式整流是利用二極管的單向?qū)?通性進(jìn)行整流的最常用的電路，常用來(lái)將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。從整流狀態(tài)變到有源逆變狀態(tài)，對(duì) 于特定的實(shí)驗(yàn)電路需要恰到好處的時(shí)機(jī)和條件，基本原理和方法已成熟十幾年了，隨著我國(guó)交直流 變換器市場(chǎng)迅猛發(fā)展，與之相應(yīng)的核型技術(shù)應(yīng)用于發(fā)展比較將成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。第一章 設(shè)計(jì)總體思路一 課題概述隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，逆變電路具有廣泛的應(yīng)用范圍。交流電機(jī)調(diào)速用變頻 器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。由于電壓型 逆變電路具有直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無(wú)脈動(dòng)；輸出電壓為矩形 波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同；阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)

7、功功率，為了給交流側(cè)向 直流側(cè)反饋的無(wú)功提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管等特點(diǎn)而具有廣泛的應(yīng)用范 圍。電壓型逆變電路主要用于兩方面： 籠式交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。由于逆 變電路只具有單方向傳遞電能的功能，故比較適用于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、無(wú)需頻繁起制動(dòng) 和加、減速的場(chǎng)合。 不停電電源。該電源在逆變輸入端并接蓄電池，類(lèi)似于電 壓源。二 設(shè)計(jì)基本思路1 主電路的設(shè)計(jì)(1) 主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(2) 主電路保護(hù)設(shè)計(jì)(3) 主電路計(jì)算及元器件參數(shù)選型2 Simulink 仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1) 電路模型的建立(2) 各元件的介紹(3) 模型參數(shù)的設(shè)置(4)仿真結(jié)果第二章 基本原理和框圖一基本原理逆變電路的基本工作原理S

8、1S4是橋式電路的4個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成uoa)圖2-1逆變電路及其波形舉例:圖5-1b)圖2-2S1、S4閉合，S2、S3斷開(kāi)時(shí)，負(fù)載電壓uo為正S1、S4斷開(kāi)，S2 S3閉合時(shí)，負(fù)載電壓uo為負(fù)Six別閉合,S趴矗斷開(kāi)時(shí)電路和波形圖土負(fù)載/sj圖2-3沁S?閉合p Si> Sa斷開(kāi)時(shí)電路和波形圖圖2-4改變兩組開(kāi)關(guān)切換頻率，可改變輸出交流電頻率電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流io和uo的波形相同，相位也相同 阻感負(fù)載時(shí)，io相位滯后于uo,波形也不同a)圖2-6圖2-5圖5-1t1前：S1、S4通，uo和io均為正t1時(shí)刻斷開(kāi)S1、S4,合上S2、S3, uo變負(fù)，但io不能立刻反

9、向io逐io從電源負(fù)極流出，經(jīng)S2、負(fù)載和S3流回正極，負(fù)載電感能量向電源反饋,漸減小，t2時(shí)刻降為零，之后io才反向并增大單相電壓型全橋逆變電路分析1工作情況:圖2-71和4 一對(duì)，2和3另一對(duì)，成對(duì)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，兩對(duì)交替各導(dǎo)通180圖2-8uo波形同圖半橋電路的uo，幅值高出一倍Um=Udio波形和半橋中的io相同，幅值增加一倍i。*VD1 VD2 VD1 VD2圖2-92輸出電壓定量分析uo成傅里葉級(jí)數(shù)4Ud11Uosin t sin 3 t sin 5 t35基波幅值Uoim 4Ul 1.27Ud基波有效值（2-1）（2-2）o10.9Uduo為正負(fù)各180°時(shí)，要改變輸出電

10、壓有效值只能改變（2-3）Ud來(lái)實(shí)現(xiàn)第三章單元電路設(shè)計(jì)一 觸發(fā)電路該觸發(fā)電路為D觸發(fā)器觸發(fā)下圖為D觸發(fā)器和觸發(fā)電路：DQ>CLKQDTFF圖3-1 D觸發(fā)器原理：將控制信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟骋活l率的脈沖或?qū)⒖刂菩盘?hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟骋活l率的脈沖或脈沖群，用這些脈沖控制無(wú)源逆變電路中的功率開(kāi)關(guān)元件的通斷，以控制逆變器用這些脈沖控制無(wú)源逆變電路中的功率開(kāi)關(guān)元件的通斷。 它主要應(yīng)用于變頻調(diào)速裝置或不停電電源的 逆變器中。一般功能是：根據(jù)控制信號(hào)的要求產(chǎn)生相應(yīng)頻率的輸出脈沖；確定逆變器各 功率開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)間的相位關(guān)系；產(chǎn)生足夠的驅(qū)動(dòng)功率以驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)元件；完成功 率開(kāi)關(guān)元件和控制電路之間的電隔離。圖3-2 觸發(fā)電

11、路保護(hù)電路在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用 合適的過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、dudt、didt保護(hù)也是十分必要的本次課程設(shè)計(jì)所采用的過(guò)電壓過(guò)電流保護(hù)電路如下圖所示。該電路又稱(chēng)為緩沖電路。它的作用是抑制電力電子器件內(nèi)因過(guò)電壓或者過(guò)電流從而減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。緩沖電路可分為關(guān)斷緩沖電路和開(kāi)通緩沖電路。關(guān)斷緩沖電路又稱(chēng)為dudt抑制電路，用于吸收器件關(guān)斷過(guò)電壓和換相過(guò)電壓， 抑制dudt，減小關(guān)斷損耗。開(kāi)通緩沖電路又稱(chēng)為di dt 抑制電路，用于抑制器件開(kāi)通時(shí)的電流過(guò)沖和 di dt，減小器件開(kāi)通損耗?？蓪㈥P(guān)斷緩沖 電路和開(kāi)通緩沖電路結(jié)合在一起構(gòu)成復(fù)合緩沖電路。

12、圖3-3保護(hù)電路第四章Simulink仿真一電路模型建立Simuli nk仿真電路圖如下:三 -AI Jfil-AVTniT1-hi =± RlC Sl =11圖4-1vj-rifris u*帀>5wel二各元件的介紹本電路涉及8種元件，分別是直流電源(DC Voltage Source、絕緣柵雙極晶體管(IGBT、二極管(Diode)、脈沖發(fā)生器(Pulse Generato、串聯(lián) rlc 支路(Series RLCBran ch)、電流表(Curre nt Measureme nt)、電壓表(Voltage Measureme nt)示波器(Scope °三模型參

13、數(shù)的設(shè)置1直流電源參數(shù)設(shè)置I Block Parameters; D匚 Vdltsge Souite圖4-32 IGBT IGBT1脈沖參數(shù)設(shè)置H Block Pararmeters: Puke Generater-目匚；$專(zhuān) Fuu弓Cut put pulikt:if t >= m店昶D*：t； _Fu： s& ii qr T（t） = Amplitude 1»enciPuIm type daitninti th< ccwput &110£1*1 iachnla'iia u»d.Iime-t且&電d is r«

14、;cemended fQi ute with a vari£t?e 旨tmp solvgrf vtiile Su3plet3Eed is rflccirzfrnd»d for ues vith a fizad sttp lo-lvti or within a disczeit prticn af a =>od«-l lining n ari ablfi stsclvti郎 I ukuIHelpipply圖4-33 IGBT2 IGBT3脈沖參數(shù)設(shè)置及波形:圖4-44 IGBT參數(shù)設(shè)置:圖4-5H Bl oct Paraimet&rs" IG

15、BT畑T a佃(lint；ui ICS" Je Le Ln hi Alltl nllh < riLta PC aikt-jel ciuXt. In oil »taLe the IEiTSula:ntfTnsl reiistance |?on、 and indsctan-*?1御 Tn off"Bth# TGBT wd*l h&s infinite ima創(chuàng)onf Th? anduetcc cmtiqI; be ¥<et toDiscretirst zcn st tse 2GE I le available ozly ttno-ith

16、the- LniTETEal Eride blck.Fais.EslEtaru: e 豐匕氏 I.Chzzs :匚DiIndjctanee ,cn 1H):|lf6zorriir<l vflltae* Vf (V):-vrrsrnt 1-Sft fall tia& Jf (e. t |Curremi t-ail tios Tt 5sJ x=liiii lul c-ilx-z e-iiL 工氐 <A.-.|o5EU2tGI TESLStares ?LE (QE2Z1E :|ie*SuLEZibi!：8 upi：I8：anCi： PP :I insh/ ?hGT zEaiijr

17、e3er.t pect圖4-6四仿真結(jié)果1負(fù)載為電阻時(shí)RLC參數(shù)設(shè)置：Hl Block Parameters： Series RLC Branch負(fù)載為電阻時(shí)其電流及電壓波形圖4-7圖4-82 負(fù)載為電感時(shí)電感參數(shù)設(shè)置導(dǎo) Block P'srameters: Series R_L匚 BranchS er ies PXC Exa.nch - zsaslkJ 二Zink= lDjple=fi-nt5 2- ser ie-s KLC brane It,OEC ICute elHlp I Apply負(fù)載為電感時(shí)其電流及電壓波形:圖4-9-圖 4-103 阻感負(fù)載時(shí)阻感參數(shù)設(shè)置阻感負(fù)載時(shí)其電壓電

18、流波形:a fj > /- z ' A . IH ? H *圖 4-12第五章總結(jié)與體會(huì)我們所學(xué)習(xí)的課程以及我們所處的專(zhuān)業(yè)決定了我們的學(xué)習(xí)必須與實(shí)際相聯(lián)系。目前電壓型逆變電路在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。因此，對(duì)于電氣工程及自動(dòng)化專(zhuān) 業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，做這樣一個(gè)設(shè)計(jì)是非常有意義的，也是非常必要的。通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，我們所學(xué)知識(shí)都得到了進(jìn)一步的鞏固，不但擴(kuò)展了視野，而且學(xué)會(huì)了用MATLAB進(jìn)行simulink仿真。從電路設(shè)計(jì)到畫(huà)圖，從參數(shù)設(shè)置到運(yùn)行結(jié)果，每一步看似簡(jiǎn)單卻又 都付出了好多心血去研究和調(diào)試。雖然設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中遇到很多的問(wèn)題，但這對(duì)于 我們來(lái)說(shuō)也是一種挑戰(zhàn)和鍛煉的機(jī)

19、會(huì)。也收獲了許多。通過(guò)這次學(xué)習(xí)，我們進(jìn)一步加深 了對(duì)電力電子技術(shù)的基本理論及一些比較抽象的理論知識(shí)的理解，對(duì)整流電路和逆變電路的工作原理、各電路的控制電路都有了更深入的理解。在查閱大量相關(guān)資料的時(shí)，對(duì) 當(dāng)前電壓型逆變電路領(lǐng)域和未來(lái)發(fā)展概貌也有了一定的了解。我們深深體會(huì)到書(shū)本上的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在實(shí)現(xiàn)仿真過(guò)程中也略顯生澀。所以，要想更加深入得了解控制領(lǐng) 域還需要我們不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，才能夠保持與時(shí)俱進(jìn)。致謝本次課程設(shè)計(jì)能夠順利完成，離不開(kāi)眾老師、朋友、同學(xué)們的指導(dǎo)和支持。本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)主要是在指導(dǎo)老師的親切關(guān)懷和細(xì)心指導(dǎo)下完成的。作為我們的任教老師，劉老師在以往的學(xué)習(xí)中給了我們很大的幫助，我們對(duì)

20、課程知識(shí)的掌握他起到了很大作用，他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的 工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成， 老師都 始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。 在此謹(jǐn)向老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的 敬意。此外，也對(duì)本設(shè)計(jì)做出提議和修改意見(jiàn)的老師、 同學(xué)和朋友們表示感謝。附錄附錄三相整流電路的simulink仿真電路模型建立5-L SB GErfiPtar-_'F-Cir 士制二肝屮于Ej&-.:tejE 陀更LPTSt9®ps2髯 tir-eebrigeL<=叵亠'竊Eart陽(yáng)Sid.riw' Fcmi： Twk 申

21、69;D M3ra <* 爾 i.Hii d EhUi2*圖附錄-1二參數(shù)設(shè)置及仿真結(jié)果1電壓設(shè)置A相: Block Parmelers; ua圖附錄-2圖附錄-3圖附錄-42晶閘管參數(shù)設(shè)置號(hào)| Block Parameters; Universal BridgeLui ver sal fir idee :jask. (link.Thie block implezient a bridgre- cf sele匚te-d pqwer elect r-q-nIce deTi ces. Series S.C snLitber g irculls are connec ted in pelte

22、11 el 百匚七呂 each swideTri ce. Pr-es e Help for sugriezted snubfaer values irhen ttz« zac-del is discz-etized- Fc-z- zss-zt:applita-ti&fLo. the internal ijiluetan£ Ltn e-f diodes and thrriEt3ro； should £ze set to 土鋰土dP&ruet*? a圖附錄-53脈沖參數(shù)設(shè)置” Block Paramelers： Synchronized -Pulse

23、Generator5FH?hTcriize &_du-Lat or 工耳mk： (linkUs« thie black to firs ths i th*ristrjrs of a S_pnlss c*nvtrter. Th* tut tut L5 a v4 5T：r cf n cu*s5 A； indict dually srne )irfirLL：*i &n tJie 6 com nt a-ion voltaees. PulseE a_r« efneried alom deerts af tei th電 incr&asirL£ zerocroseiat the tcasutat ion voltgeE.IPariatiiFT#nu»nc of BynchToniEa.tiO'TL vali:Puli# vidth (dt£x«»£):|過(guò)IDou