单相逆变电源Matlab仿真研究.doc

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学号：

课程设计

题目

单相逆变电源Matlab仿真研究

学院

自动化学院

专业

自动化专业

班级

姓名

指导教师

2012

年

12

月

28

日

武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书

任务书

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

工作单位：

自动化学院

题目:

单相逆变电源Matlab仿真研究

初始条件：

输入直流电压：

100V。

要求完成的主要任务:

（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、输出220V单相交流电。

2、建立单相逆变器Matlab仿真模型。

3、进行仿真实验，得到单相交流电波形。

时间安排：

课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。

第一阶段：

复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。

第二阶段：

根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。

约占总时间的40%。

第三阶段：

完成设计和文档整理，约占总时间的40%。

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

目录

摘要 1

ABSTRACT 2

1设计意义及要求 3

1.1设计意义 3

1.2设计要求 3

2方案设计 4

2.1设计思路 4

2.2方案设计 4

3部分电路设计 5

3.1单相桥式PWM逆变电路 5

3.1.1SPWM逆变器的工作原理 5

3.1.2单相桥式PWM逆变电路 6

3.2升压变压电路 7

3.3滤波电路 8

4仿真建模 8

4．1Simulink仿真环境 8

4.2单相桥式逆变电路仿真建模 10

4.3逆变电源仿真建模 10

5仿真实现 11

5.1单相逆变电路仿真实现 11

5.2逆变电源仿真实现 12

6心得体会 14

参考文献 15

摘要

随着电力电子技术的不断发展，可控电路直流电动机控制，可变直流电源等方面得到了广泛的应用,而这些都是以逆变电路为核心。

现如今，逆变器的应用非常广泛，在已有的各种电源中，蓄电池，、干电池、天阳能电池都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变。

另外，交流电机调速变频，感应加热电源等使用广泛的电力电子设备，都是以逆变电路为核心。

PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻。

现在大量应用的逆变电路中，绝大多数都是PWM型逆变电路。

可以说PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才发展得比较成熟，从而确定了它在电力电子技术中的重要地位。

本文建立了基于Matlab的单相桥式SPWM逆变电路的动态模型给出了仿真的实例与仿真结果，验证了模型的正确性，并展现了Matlab仿真具有的快捷，灵活，方便，直观的优点，从而为电力电子电力的数学及设计提供了有效的工具。

关键字：

单相桥式逆变电路SPWMMatlab仿真

ABSTRACT

Withthecontinuousdevelopmentofpowerelectronictechnology,controlledcircuitdcmotorcontrol,variabledcpowersupply,etcawiderangeofapplications,andtheseareinvertercircuitasthecore.Nowadays,theinverteriswidelyappliedinallkindsofpowersupplyhasbeen,battery,battery,dayYangcanbatteryaredcpowersupply,whenneedthepowersupplytotheacloadpowersupply,theyneedtoinverter.Inaddition,acmotorspeedcontrolfrequencyconversion,inductionheatingpowersupply,theuseofawiderangeofpowerelectronicequipment,areinvertercircuitasthecore.PWMcontroltechnologyintheapplicationofinvertercircuitmostwidely,theinvertercircuitisthemostprofoundinfluence.Nowalotofapplicationofinvertercircuit,thevastmajorityarePWMtypeinvertercircuit.CansayPWMcontroltechnologyininvertercircuitisdependsontheapplication,todevelopmoremature,soastodeterminethepowerelectronictechnologyintheimportantposition.

ThispaperestablishedbasedonMatlabsingle-phasebridgeSPWMinvertercircuitdynamicmodelgivesthesimulationexamplesandsimulationresults,theaccuracyofthemodelisproved,andshowtheMatlabsimulationisfast,agile,convenient,intuitiveadvantages,thusforpowerelectronicpowerofmathematicsandisdesignedtoprovideaneffectivetool.

Keywords:

single-phasebridgeinvertercircuitSPWMMatlabsimulation

15

单相逆变电源Matlab仿真研究

1设计意义及要求

1.1设计意义

通过对《电力电子技术》、《数字电子技术基础》和《模拟电子技术基础》的学习，我们掌握了各种电路以及一些元器件芯片的结构、工作原理以及各元器件芯片的功能及使用方法，不过这些都只是理论上的知识，通过本次课程设计，我们可以将理论所学的知识与实践联系起来，不仅加深了我们对理论知识的理解，而且训练了我的创新思维，也提高了我综合解决问题的能力。

通过对单相逆变电源的学习和研究，我对单相逆变电源的理解更深入了一些，对其工作原理以及其在各方面的应用有了更进一步的了解，同时也对单相逆变电源的各项指标要求的设计方法有了一个大体的了解。

总之，通过本次课程设计，加深了对理论知识的理解及掌握，还学到了许多课本上学不到的知识，通过理论联系实际，收获颇多。

1.2设计要求

在初始条件：

输入直流电压：

100V。

要求完成的主要任务:

1、输出220V单相交流电。

2、建立单相逆变器Matlab仿真模型。

3、进行仿真实验，得到单相交流电波形。

2方案设计

2.1设计思路

本次课程设计的要求是对单相逆变电源进行Matlab仿真研究，输入为100V的单相直流电，输出为220V的单相交流电，在此可以采用PWM控制技术和变压器的变压原理来建立单相逆变电源的Matlab仿真模型，并进行仿真实验，从而得到单相交流电波形。

2.2方案设计

根据本次课设要求，可以先将输入的100V直流电压通过单相桥式PWM逆变电路逆变为交流电压，但是逆变后得到的交流电压相对较小，因此需要再经过变压器升压。

因此可将单相电压型桥式逆变电路和升压变压器组合起来，即将逆变后的电压作为升压变压器的一次侧进行升压，进而得到所要求的220V单相交流电。

在此组合电路中可以采用PWM控制技术中的调制法来控制单相桥式逆变电路中各个开关器件IGBT的通断。

在单相逆变这一部分，这里的逆变电路属电压型，采用等腰三角波作为载波信号，用SPWM进行控制。

由于该电路的输出含有谐波，除了使波形具有对称性减少谐波和简化控制外，还需要专门的RLC滤波电路对其进行滤波。

在升压这一部分，比较简单，只要采用升压变压器即可。

逆变采用PWM逆变电路，采用SPWM作为调制信号，输出PWM波形，经过滤波电路后再进行升压即可以得到220V的单相交流电。

系统总体框图如图2-1所示。

并通过Simulink进行仿真。

单相逆变电路

100VDC

PWM波

滤波电路

升压变压器

35.4VAC

SPWM调制信号

220VAC

图2-1系统总体框图

所以整体电路图如下图2-2所示：

图2-2单相桥式电源整体电路图

3部分电路设计

由图2-2可知，单相逆变电源电路由单相桥式PWM逆变电路、升压变压电路、滤波电路等三部分组成。

七个部分的设计及原理如下。

3.1单相桥式PWM逆变电路

3.1.1SPWM逆变器的工作原理

本次课程设计要求逆变器输出的是一个正弦交流电压波形，可以把一个正弦半波分作N等份，就可以把正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。

这些脉冲宽度相同，但幅值不等，且脉冲顶部是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。

如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点与相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等，所得到的脉冲序列就是SPWM波形。

同样，正弦波的负半周也可用相同的方法来等效。

它们都是基于面积等效原理。

在此课设中的一系列脉冲波形就是所期望的逆变器输出SPWM波形。

由于各脉冲的幅值相等，所以逆变器可由恒定的直流电源供电。

当逆变器各开关器件都是在理想状态下工作时，驱动相应的各个IGBT的信号也应为与形状相似的一系列脉冲波形。

如下图3-1所示。

图3-1PWM控制原理图

3.1.2单相桥式PWM逆变电路

单相桥式PWM逆变电路具体电路图如下图3-2所示，电压型全桥逆变电路可看成由两个半桥电路组合而成，共4个桥臂，桥臂1和4为一对，桥臂2和3为另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导通。

该电路采用PWM控制技术，设调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。

在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。

在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态，当ur>uc时使V4导通，V3关断，u0=Ud；当ur

在ur的负半周期，V1保持断态，V2保持通态，当uruc时使V3关断，V4导通,u0=0，这样就得到SPWM波形u0。

像这种在ur的半个周期内三角波载波只在正极性或负极性一种极性范围内变化，所得到的PWM波形也只在单个极性范围变化的控制方式称为单极性PWM控制方式。

通过调制电路来控制各IGBT的通断从而获得交流波形。

图3-2单相桥式PWM逆变电路

对