基于Matlab的交交變頻電路仿真研究 2

1、 電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書 三相交交變頻系、部：電氣工程及其自動(dòng)化 輔導(dǎo)老師：劉 彬 班級(jí)：1120333 學(xué)號(hào)：44、36、28 姓名：薛 飛 李長(zhǎng)留 武子搏 目錄開題報(bào)告摘要.31、引言.32、交交變頻電路的工作原理.3 2.1、三相輸入單相輸出的交交變頻電路的結(jié)構(gòu)和工作原理.4 2.2、三相輸入單相輸出的交交變頻電路正弦輸出電壓的形成過程.43、三相輸入單相輸出的交交變頻電路輸出正弦波電壓的調(diào)制方法.74、交交變頻電路的仿真研究.9 4.1、DLC參數(shù)設(shè)置.10 4.2、算法設(shè)置.11 4.3、脈沖設(shè)置.115、仿真運(yùn)行結(jié)果.12 5.1、頻率為60度時(shí).12 5.2、頻率為30度時(shí).

2、126、結(jié)論.13參考文獻(xiàn).13摘要： 本文首先以三相輸入單相輸出的交交變頻電路為例介紹了交交變頻電路的工作原理，接著以余弦交點(diǎn)法為例詳細(xì)分析了交交變頻電路的觸發(fā)控制方法，最后用Matlab7.0仿真軟件對(duì)交交變頻電路進(jìn)行了建模和仿真研究。關(guān)鍵詞：交交變頻；余弦交點(diǎn)法；Matlab仿真Abstract: The principium of the AC-AC frequency converter with three phases input and one phase output is introduced in the first placeThe control method of

3、the AC-AC frequency converter is particularly analysed through discussing cosine-cross method in the second place. The AC-AC frequency converters simulation model is builded by the Matlab7.0 at lastKey words:AC-AC frequency converter; cosine-cross method; Matlab simulation1 引言20世紀(jì)30年代交交變頻電路就已經(jīng)出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)采

4、用的是水銀整流器，曾經(jīng)有裝置用在電力機(jī)車上，由于原件性能的限制，沒能得到推廣。到20世紀(jì)70年代，隨著晶閘管的問世交交變頻電路曾經(jīng)廣泛應(yīng)用于電機(jī)的變頻調(diào)速。20世紀(jì)80年代隨著全控器件的廣泛應(yīng)用，交交變頻電路逐漸被交直交變頻電路取代。近年來隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及社會(huì)發(fā)展的需要推動(dòng)了交交變頻技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代電力電子器件的發(fā)展和應(yīng)用、現(xiàn)代控制理論和控制器件的發(fā)展和應(yīng)用、微機(jī)控制技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展和應(yīng)用為交流變頻技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用創(chuàng)造了新的物質(zhì)和技術(shù)條件，交交變頻電路又逐漸成為研究的熱點(diǎn)。2 交-交變頻電路的工作原理交交變頻電路的工作原理與相控整流器的工作原理基本相同，現(xiàn)在以三相輸入單相輸出的

5、交交變頻電路為例詳細(xì)分析其工作原理。圖1 單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形2.1 三相輸入單相輸出的交交變頻電路的結(jié)構(gòu)和工作原理 三相輸入單相輸出的交交變頻電路由P組和N組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成，和四象限變流電路相同，其結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示。結(jié)合圖1(a)，下面分析三相輸入單相輸出的交交變頻電路的工作原理：P組工作時(shí)，負(fù)載電流io為正；N組工作時(shí)，io為負(fù)；兩組變流器按一定的頻率交替工作，負(fù)載就得到該頻率的交流電；改變切換頻率，就可改變輸出頻率wo；改變變流電路的控制角 ，就可以改變交流輸出電壓幅值；為使uo波形接近正弦，可按正弦規(guī)律對(duì) 角進(jìn)行調(diào)制，在半個(gè)周期內(nèi)讓P組 角按正弦規(guī)律從9

6、0減到0或某個(gè)值，再增加到90，每個(gè)控制間隔內(nèi)的平均輸出電壓就按正弦規(guī)律從零增至最高，再減到零。uo由若干段電源電壓拼接而成，在uo一個(gè)周期內(nèi)，包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波如圖1(b)。2.2 三相輸入單相輸出的交交變頻電路正弦輸出電壓的形 成過程由于電路的對(duì)稱性，下面以正組整流器為例來詳細(xì)介紹正弦輸出電壓的形成過程。依照相位控制原則依次對(duì)晶閘管1，2，3，4，5，6循環(huán)觸發(fā)，控制觸發(fā)電路使控制角 連續(xù)變化，輸出電壓的平均值就可能按照正弦規(guī)律變化。以阻感負(fù)載為例：把交交變頻電路理想化，忽略變流電路換相時(shí)uo的脈動(dòng)分量，就可把電路等效成正弦波交流電源和二極管的串聯(lián)，如圖2的上圖所

7、示。圖2 理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)負(fù)載阻抗角為，則輸出電流滯后輸出電壓角。兩組變流電路采取無環(huán)流工作方式，一組變流電路工作時(shí)，封鎖另一組變流電路的觸發(fā)脈沖。工作狀態(tài)，如圖2的下圖所示： t1t3：io正半周，正組工作，反組被封鎖；t1t2：uo和io均為正，正組整流，輸出功率為正t2t3：uo反向，io仍為正，正組逆變，輸出功率為負(fù)t3t5：io負(fù)半周，反組工作，正組被封鎖；t3t4：uo和io均為負(fù)，反組整流，輸出功率為正；t4t5：uo反向，io仍為負(fù)，正組逆變，輸出功率為負(fù)哪一組工作由io方向決定，與uo極性無關(guān)；工作在整流還是逆變，則根據(jù)uo方向與io方向是否相同確定。單

8、相交交變頻電路輸出電壓和電流波形分析：考慮無環(huán)流工作方式下io過零的死區(qū)時(shí)間，一周期可分為6段如圖3所示：第1段io0，反組逆變；第2段電流過零，為無環(huán)流死區(qū)；第3段io0，uo0，正組整流；第4段io0，uo0，正組逆變；第5段又是無環(huán)流死區(qū)；第6段io0，uo0，為反組整流；圖3 單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形uo和io的相位差小于90時(shí)，電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為正，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)；相位差大于90時(shí)，電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為負(fù)，電網(wǎng)吸收能量，電動(dòng)機(jī)為發(fā)電狀態(tài)。3 三相輸入單相輸出的交交變頻電路輸出正弦波電壓的調(diào)制方法用一系列“余弦同步電壓波”和模擬量基準(zhǔn)電壓波的交點(diǎn)去決定交交變頻

9、電路中相應(yīng)晶閘管的控制角的方法，稱為余弦交點(diǎn)法。余弦交點(diǎn)法是最基本的、廣泛使用的方法。設(shè)Ud0為 = 0時(shí)整流電路的理想空載電壓，則有（1）每次控制時(shí) 角不同，表示每次控制間隔內(nèi)uo的平均值 期望的正弦波輸出電壓為： （2）比較式(4-12)和(4-13)，應(yīng)使稱為輸出電壓比余弦交點(diǎn)法基本公式余弦交點(diǎn)法圖解，如圖4所示：圖4 余弦交點(diǎn)法原理電壓uab、uac、ubc、uba 、uca 和ucb依次用u1u6表示；相鄰兩個(gè)線電壓的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)于 =0；u1u6所對(duì)應(yīng)的同步信號(hào)分別用us1us6表示；us1us6比相應(yīng)的u1u6超前30，us1us6的最大值和相應(yīng)線電壓 =0的時(shí)刻對(duì)應(yīng)；以 =0為零時(shí)

10、刻，則us1us6為余弦信號(hào)；希望輸出電壓為uo，則各晶閘管觸發(fā)時(shí)刻由相應(yīng)us1us6的下降段和uo的交點(diǎn)來決定，如圖4所示； 較小，即輸出電壓較低時(shí)， 只在離90很近的范圍內(nèi)變化，電路的輸入功率因數(shù)非常低，如圖5所示。圖5 不同 時(shí) 和wot的關(guān)系4 交-交變頻電路的仿真研究 根據(jù)以上原理，采用Matlab7.1中的Simulink6.0環(huán)境，設(shè)計(jì)出交交變頻電路的仿真模型如圖6所示。 圖6交變頻電路的仿真模型 4.1 DLC參數(shù)設(shè)置仿真圖中，邏輯控制器設(shè)計(jì)，如下圖所示：DLC中Subsystem設(shè)計(jì)，如下如所示： 4.2 算法設(shè)置 4.3 脈沖設(shè)置5 仿真運(yùn)行結(jié)果 5.1 頻率為時(shí) 5.2

11、頻率為時(shí) 模型中兩組三相橋VF、VR作反并連接，兩個(gè)觸發(fā)電路的同步信號(hào)來自同步變壓器T，同步變壓器采用Y-Y0連接，模型中用多路測(cè)量模塊檢測(cè)變壓器的T的相電壓。模型中的兩組三相橋采用邏輯無環(huán)流控制方式，邏輯控制器DLC的輸出信號(hào)分別連接觸發(fā)器的Block端，控制兩個(gè)觸發(fā)器分時(shí)工作。本模型中Ur*的幅值最大取1，對(duì)于晶閘管交交變頻電路其輸出頻率一般控制在01/2工頻之間。如果取Ur*的值為1/2工頻，幅值為0.8時(shí)的仿真結(jié)r如圖7所示圖7 交交變頻器仿真波形 6 結(jié)論 本次交交變頻器的設(shè)計(jì)和之前學(xué)過的電力電子的內(nèi)容差不多。首先單就內(nèi)容上說：基本全是電力電子的知識(shí)，基本不涉及到這學(xué)期所學(xué)習(xí)的自動(dòng)控

12、制理論。但這個(gè)電路確在控制電機(jī)中有很大的作用。在變頻調(diào)速中有廣泛的應(yīng)用。所以本次課程設(shè)計(jì)還是有很大的意義的。自從選擇這個(gè)題目之后，我就翻閱了這學(xué)期電力電子的教材，又翻閱了其他教材。經(jīng)過努力，設(shè)計(jì)出了符合要求的課程設(shè)計(jì)。 經(jīng)過一周的課程設(shè)計(jì)，讓我學(xué)會(huì)了很多，從題目的選擇到原理的設(shè)計(jì)，從仿真調(diào)試到報(bào)告的編寫，每一步都付出了勤勞的汗水。但更重要的是：通過課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步鞏固了知識(shí)。初步把原理運(yùn)用的實(shí)踐中去。我堅(jiān)信：今天學(xué)到的知識(shí)在以后的工作中絕對(duì)有用武之地！參考文獻(xiàn)1 李華德交流調(diào)速控制系統(tǒng) M電子工業(yè)出版社，20032 戴廣平電動(dòng)機(jī)變頻器與電力拖動(dòng) M中國(guó)石化出版社，19993 王樹變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 M機(jī)械工業(yè)出版社，20054 佟純厚近代交流調(diào)速（第2版）M冶金工業(yè)出版社，20045 馬小亮大功率交-交變頻調(diào)速及矢量控制技術(shù) M機(jī)械工業(yè)出版社，20046 洪乃剛電力電子和電力拖動(dòng)控制系