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

1、 全橋逆變后電壓_單相電壓型全橋逆變電路及其 simulink 仿真含開(kāi)題報(bào)告電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 單相電壓型全橋逆變電路及其 simulink 仿真真 完成時(shí)間：2012開(kāi)題報(bào)告 課題名稱(chēng)：?jiǎn)蜗嚯妷盒腿珮蚰孀冸娐芳捌?simulink 仿指導(dǎo)老師：(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

2、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。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

3、，起著非常重要的作用。逆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 工頻電源不能滿足負(fù)載的需要，就需要用交-

4、直-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

5、壓、電流結(jié)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-6基 本 原 理 和 框 圖基 本 原 理二 單相電壓型全橋逆變電路分析一-6-7 第三章單元電路設(shè)計(jì)-8一 觸 發(fā) 電 路 -8-10 第 四 章-10-10二 保 護(hù) 電 路Simulink 仿 真一 電 路 模 型 的 建 立二各 元 件 的 介 紹模 型 參 數(shù) 的 設(shè) 置-10三-10四仿 真 結(jié) 果總 結(jié) 與 體 會(huì)謝-15-17第 五 章致-18 附 錄 一三 相 整 流 電 路 的參 考 文 獻(xiàn)simulink 仿 真 -19附

6、錄 二摘要-25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)之一，橋式整流是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(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

7、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)

8、(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: S1S4 是橋式電路的 4 個(gè)臂，由電力電子器件及輔助電路組成圖 2-2 逆變電路及其波形舉例：圖 2-1S1、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) 圖 2-3 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 圖 2-5 圖 2-6 t1 前：S1、S4 通，uo

9、和 io 均為正 t1 時(shí)刻斷開(kāi) S1、S4，合上 S2、S3，uo 變負(fù)，但 io 不能立刻反向 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，io 逐漸減小，t2 時(shí)刻降為零 ， 之后 io 才 反向 并增 大二單相 電壓型 全 橋逆 變電 路分析 1 工作 情況 :圖 2-7 1 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 2-8 uo 波形同圖半橋電路的 uo，幅值高出一倍 Um=Ud io 波形和半橋中的 io 相同，幅值增加一倍（2-1） 基波幅值有效值圖 2-9 2 輸出電壓定量分析 uo 成傅里葉級(jí)

10、數(shù)（2-2） 基波（2-3） uo 為正負(fù)各180時(shí)，要改變輸出電壓有效值只能改變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：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)

11、關(guān)元件和控制電路之間的電隔離。圖 3-2 觸發(fā)電路 二 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

12、?？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。圖 3-3 保護(hù)電路下：第四章 Simulink 仿真 一 電路模型建立 Simulink 仿真電路圖如圖 4-1 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 Generator）、串聯(lián)支路(Series RLC Branch)、電流表(Current Measurement)、電壓表(Voltage Measurement)、示波器（Scope）。三 模型參數(shù)的設(shè)置 1 直流電源參數(shù)設(shè)置 圖 4-2 2 I

13、GBT、IGBT1 脈沖參數(shù)設(shè)置 圖 4-33 IGBT2、IGBT3 脈沖參數(shù)設(shè)置及波形：圖 4-4 圖 4-5 4 IGBT 參數(shù)設(shè)置：圖 4-6 四 仿真結(jié)果 負(fù)載為電阻時(shí) RLC 參數(shù)設(shè)置：圖 4-7 負(fù)載為電阻時(shí)其電流及電壓波形 圖 4-8 負(fù)載為電感時(shí) 電感參數(shù)設(shè)置 圖 4-9圖 4-10 阻感負(fù)載時(shí) 阻感參數(shù)設(shè)置 圖 4-11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)負(fù)載為電感時(shí)其電流及電壓波形：阻感負(fù)載時(shí)其電壓電流波形：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

14、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)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

15、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)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

16、友們表示感謝。附錄 附錄一：三相整流電路的 simulink 仿真 一 電路模型建立 圖 附錄-1結(jié)果 1 電壓設(shè)置 A 相：二 參數(shù)設(shè)置及仿真圖 附錄-2 B 相 圖 附錄-3 C 相-5 3 脈沖參數(shù)設(shè)置 圖 附錄-6 4 電阻負(fù)載時(shí) 電阻參數(shù)設(shè)置圖 附錄-8 5 阻感負(fù)載時(shí) RL 參數(shù)設(shè)置圖 附錄-4 2 晶閘管參數(shù)設(shè)置 圖 附錄圖 附錄-7波形圖 附錄-9 波形圖 附錄-10附錄二 參考文獻(xiàn) 1 黃兆安、劉進(jìn)軍主編.電力電子技術(shù).第五版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 2 黃俊主編.電力電子變流技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 3 彭鴻才主編.電機(jī)原理與拖動(dòng)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998 4 王兆安、黃俊主編.電力電子技術(shù)M.第 4 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996 5 王離九主編.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)M.武漢：華中理工大學(xué)出版社，1991 6 吳麒.自動(dòng)控制原理M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990 7 謝宗安主編.自動(dòng)控制系統(tǒng)M.重慶：重慶大學(xué)出版社，1996 8 陳伯時(shí)主編.電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) M.第 2 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1