單相電壓型全橋逆變電路及其simulink仿真含開題報告全橋逆變后電壓

1、單相電壓型全橋逆變電路及其simulink仿真 含開題報告全橋逆變后電壓 電力電子技術(shù)課程設(shè)計 單相電壓型全橋逆變電路及其 simulink仿真開題報告 課題名稱：單相電壓型全橋逆變 電路及其simulink仿真 完成時間：20XX指導(dǎo)老師： （一）簡要背景說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 脈動；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)載時需要提供無功功率，為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功 提供通道，逆

2、變橋各臂并聯(lián)反饋二極管等特點而具有廣泛的應(yīng)用 范圍。電壓型逆變電路主要用于兩方面：籠式交流電動機變頻 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)運行、無需頻繁起制動和加、減速的場合。不停電 電源。該電源在逆變輸入端并接蓄電池，類似于電壓源。 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)及實驗基礎(chǔ) 上，設(shè)計單相電壓型全橋逆變電路及其控制與保護電路，并通過 使用simulink對課程中理論對電路進行仿真實現(xiàn)，進一步了解單 相電壓型全橋逆變電路的工作原理、波形及計算。 培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識綜合分析問題解決問題的能力。 在電力電子技術(shù)的應(yīng)用中，逆變電路是通用變頻

3、器核心部之 一，起著非常重要的作用。逆變電路是與整流電路相對應(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，需要通過無源逆變電路；無源逆變 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，如無源逆變器與整流器組合為交-直-交變頻器（來自交 流電源的恒定幅度和頻率的電能先經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟?，然后?jīng)無 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

4、足負(fù)載的需要，就需要用交-直-交變頻電 路進行電能交換。如感應(yīng)加熱需要較高頻率的電源；交流電動機 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、保護電路的設(shè)計 （畫出原理圖，標(biāo)明器的選擇）。 完成單相電壓型全橋逆變電路的數(shù)學(xué)模型的設(shè)計。 5建立simulink仿真系統(tǒng)進行建模，并對模型參數(shù)進行設(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 X具箱建立相關(guān) 控制模型，設(shè)置模型參數(shù)后，

5、通過仿真得到電路的電壓、電流結(jié) 果，并對該結(jié)果進行分析。 說明書目錄摘要 5第一章設(shè)計總體思路 5 課題概述一 5 二設(shè)計總體思路 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 8一觸發(fā)電路 8二保 護電路 10第四章 Simulink仿真 10一電路模型的建立一 10 二各元的介紹 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 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 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)的過程。

6、整流與逆變一直都是電力電子技術(shù)的熱點之一，橋式整流是 利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M行整流的最常用的電路，常用來將交 流電轉(zhuǎn)化為直流電。從整流狀態(tài)變到有源逆變狀態(tài)，對于特定的 實驗電路需要恰到好處的時機和條，基本原理和方法已成熟十幾 年了，隨著我國交直流變換器市場迅猛發(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。 第一章設(shè)計總體思路 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)電壓基本無脈動；輸出電壓為矩形波，輸出電流因

7、負(fù) 載阻抗不同而不同；阻感負(fù)載時需要提供無功功率，為了給交流 側(cè)向直流側(cè)反饋的無功提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管等 特點而具有廣泛的應(yīng)用范圍。電壓型逆變電路主要用于兩方面： 籠式交流電動機變頻調(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)運行、無需頻繁起制動和加、 減速的場合。不停電電源。該電源在逆變輸入端并接蓄電池， 類似于電壓源。 二設(shè)計基本思路1主電路的設(shè)計（1）主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計（2）主 電路保護設(shè)計（3）主電路計算及元器參數(shù)選型2 Simulink仿真 系統(tǒng)設(shè)計（1）電路模型的建立（2）各元的介紹（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

8、本原理 逆變電 路的基本工作原理：S1、S4是橋式電路的4個臂，由電力電子器及 輔助電路組成 圖2-1 圖2-2逆變電路及其波形舉例： SI、S4閉合，S2、S3斷開時，負(fù)載電壓uo為正 SI、S4斷開，S2、S3閉合時，負(fù)載電壓uo為負(fù) 圖2-3 圖2-4 改變兩組開關(guān)切換頻率，可改變輸出交流電頻率電 阻負(fù)載時，負(fù)載電流io和uo的波形相同，相位也相同阻感負(fù)載 時，io相位滯后于uo,波形也不同 圖2-5 圖2-6 tl前：SI、S4通，uo和io均為正 tl時刻斷開SI、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

9、電源反饋，io逐漸減小，t2時刻降為零，之后i。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，2和3另一對，成對橋臂同時導(dǎo)通，兩對 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 圖2-9 2輸出電壓定量分析uo成傅里葉級數(shù) (2-1) 基波幅值 (2-2) 基波有效值 (2-3) uo為正負(fù)各180。時，要改變輸出電壓有效值只能改變Ud來 實現(xiàn) 第三章單元電路設(shè)計 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： 將控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟骋活l率

10、的脈沖或?qū)⒖刂菩盘栟D(zhuǎn)變?yōu)槟骋?頻率的脈沖或脈沖群，用這些脈沖控制無源逆變電路中的功率開 關(guān)元的通斷，以控制逆變器用這些脈沖控制無源逆變電路中的功 率開關(guān)元的通斷。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關(guān)的驅(qū)動信號間的相位關(guān)系；產(chǎn)生足 夠的驅(qū)動功率以驅(qū)動功率開關(guān)元；完成功率開關(guān)元和控制電路之 間的電隔離。 圖3-2觸發(fā)電路 二 保護電路 在電力電子電路中，除了 電力電子器參數(shù)選擇合適，驅(qū)動電路設(shè)計良好外，采用合適的過 電壓保護、過電流保護、du/ dt、di/ dt保護也是十分必要的 本次課程設(shè)計所采用的過電壓

11、過電流保護電路如下圖所示。 該電路又稱為緩沖電 路。它的作用是抑制電力電子器內(nèi)因過電壓或者過電流從而 減小器的開關(guān)損耗。緩沖電路可分為關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電 路。關(guān)斷緩沖電路又稱為d dt抑制電路，用于吸收器關(guān)斷過電 壓和換相過電壓，抑制d dt,減小關(guān)斷損耗。開通緩沖電路又 稱為di / dt抑制電路，用于抑制器開通時的電流過沖和di / dt,減小器開通損耗?？蓪㈥P(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路結(jié)合 在一起構(gòu)成復(fù)合緩沖電路。 圖3-3保護電路 第四章Simulink仿真 一 電路模型建立 Simulink仿真電 路圖如下： 圖4-1二 各元的介紹本電路涉及8種元，分別是直流電源 (DC Vol

12、tage 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) R L C 支路(Series RLC Branch)、電流表(Current Measurement)、電壓表(Voltage Measurement).示波器(Scope)。 模型參數(shù)的設(shè)置1直流電源參數(shù)設(shè)置圖4-2 2 IGBT、 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1負(fù)載為電阻時RLC參數(shù)設(shè)置： 圖4-7負(fù)載為電阻時其電流及電壓波形 圖4-82 負(fù)載

13、為電感時電感參數(shù)設(shè)置圖4-9負(fù)載為電感時其電流及電壓波 形： 圖4-10 3 阻感負(fù)載時 阻感參數(shù)設(shè)置 圖4-11 阻感負(fù) 載時其電壓電流波形： 圖4-12 第五章總結(jié)與體會我們所學(xué)習(xí)的課程以及我們 所處的專業(yè)決定了我們的學(xué)習(xí)必須與實際相聯(lián)系。目前電壓型逆 變電路在工業(yè)自動化領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。因此，對于電氣工 程及自動化專業(yè)的學(xué)生來說，做這樣一個設(shè)計是非常有意義的， 也是非常必要的。 通過本次的課程設(shè)計，我們所學(xué)知識都得到了進一步的鞏 固,不但擴展了視野，而且學(xué)會了用MATLAB進行simulink仿 真。從電路設(shè)計到畫圖，從參數(shù)設(shè)置到運行結(jié)果，每一步看似簡 單卻又都付出了好多心血去研究和

14、調(diào)試。雖然設(shè)計和實現(xiàn)的過程 中遇到很多的問題，但這對于我們來說也是一種挑戰(zhàn)和鍛煉的機 會。也收獲了許多。通過這次學(xué)習(xí)，我們進一步加深了對電力電 子技術(shù)的基本理論及一些比較抽象的理論知識的理解，對整流電 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，對當(dāng)前電壓型逆變電路領(lǐng)域和未 來發(fā)展概貌也有了一定的了解。我們深深體會到書本上的知識是 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在實現(xiàn)仿真過程中也略顯生澀。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)和實踐，才能夠保持與 時俱進。 致謝 本次課程設(shè)計能夠順利完成，離不開眾老師、 第9頁共11頁 朋友、同學(xué)們的指導(dǎo)和支持。本設(shè)計的

15、實現(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，我們對課程知識的掌握 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)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目 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)向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。此外，也對本設(shè)計做出 提議和修改意見的老師、同學(xué)和朋友們表示感謝。 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-1二參數(shù)設(shè)置及仿真結(jié)果1電壓設(shè)置A相： 圖附錄-2 B相 圖附錄-3 C相圖附錄-4 2晶閘 管參數(shù)設(shè)置圖

16、附錄-5 3脈沖參數(shù)設(shè)置圖附錄-6 4電阻負(fù)載 時電阻參數(shù)設(shè)置圖附錄-7 波形圖附錄-8 5阻感負(fù) 載時RL參數(shù)設(shè)置 圖附錄-9波形 圖附錄-10附 錄二參考文獻1黃兆安、劉進軍主編.電力電子技術(shù).第五版. 北京：機械工業(yè)出版社，2020 2黃俊主編.電力電子變流技術(shù)M.北京：機械工業(yè)出版 社，20 xx 3彭鴻才主編.電機原理與拖動M.北京：機械工業(yè) 出版社，19984王兆安、黃俊主編.電力電子技術(shù)M.第 版.北京：機械工業(yè)出版社，1996 5王離九主編.電力拖 動自動控制系統(tǒng)M.武漢：華中理工大學(xué)出版社，19916吳 麒.自動控制原理M.北京：機械工業(yè)出版社，19907謝宗安 主編.自動控制系統(tǒng)M.重慶：重慶大學(xué)出版社，19968陳伯 時主編.電力拖動自動控制系統(tǒng)M.第2版.北京：機械工業(yè)出版 社，1992 9 呂如