三相逆变器Matlab仿真研究电力电子装置课程设计.docx

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三相逆变器Matlab仿真研究电力电子装置课程设计

三相逆变器Matlab仿真研究电力电子装置课程设计

三相逆变器Matlab仿真研究

1摘要

现代工业、建通运输、军事装备、尖端科学的进步以及人类生活质量和生存环境的改善都依赖于高平品质的电能。

电力电子技术为电力工业的发展和电力应用的改善提供了先进技术，它的核心是电能形式的变换和控制，并通过电力电子装置实现其应用。

电力电子装置的只要类型有AC/DC变换器、DC/DC变换器、DC/AC变换器、AC/AC变换器、静态开关。

电力电子装置在供电电源、电机调速、电力系统等方面都得到了广泛的应用，本文介绍交流电源装置中的逆变电源。

逆变器也称逆变电源，是将直流电能转变成交流电能的变流装置。

本文主要通过对逆变电源的Matlab仿真，研究逆变电路的输入输出及其特性，以及一些参数的选择设置方法，从而为以后的学习和研究奠定基础，同时也学习使用Matlab软件的Simulink集成环境进行仿真的相关操作。

关键词：

电力电子、matlab、simulink。

2方案论证

2.1设计任务及要求

条件：

输入直流电压：

110V。

要求完成的主要任务:

1、输出220V三相交流电。

2、建立三相逆变器Matlab仿真模型。

3、进行仿真实验，得到三相交流电波形。

2.2思路分析

1、可以先对110V直流电进行升压，然后三相逆变

2、先对110进行逆变成三相交流电，然后利用电压器或者AC/AC变换电路使三相交流电达到要求指标

由于直接将110V直流电进行三相逆变得到的交流电压较低，再进行升压会造成过多的谐波，故弃用此方案，选用方案1。

升压电路采用boost直流斩波升压电路通过改变占空比对直流电压进行调节升压，逆变电路采用三相全桥电路作为主电路，若此时三相交流电仍得不到220V电压幅值，在线路中采用三相变压器进行升压或者降压。

另外，电路中还要加入滤波等环节。

3升压电路图及其仿真

3.1升压斩波电路

升压斩波电路的原理图如图3-1所示，这里全控器件选用IGBT。

当IGBT处于通态时，电源E向电感L充电，充电电压基本恒定为，同时电容C上的电压向负载R供电。

因为C值很大，基本保持输出电压为恒定值，记为。

设V处于同态时间为，此阶段电感L上积蓄的能量为E。

当V处于断态时E和L共同向电容C充电并向负载R提供能量。

设V处于断态的时间为，则在此期间电感L释放的能量为（-E）。

当电路处于稳态时，一个周期T中电感L中积蓄的能量与释放的能量相等，即

E=（-E）

化简得

=

故可通过改变占空比来调节输出电压值。

图3-1升压斩波电路原理图

3.2仿真演示

升压斩波电路仿真如图3-2所示

图3-2升压斩波电路仿真图

其仿真参数如下所示：

输入直流电压为110V，电感为1H，电容为0.5F，载50Ω，占空比设置为75%，开关器件IGBT和二极管Diode使用默认参数。

改变电感和电容的值，输出电压稳定值也在变化。

电容的作用主要是使输出电压保持住，电容值过小输出波形会持续震荡，应取较大，但过大的电容值会使输出电压稳定的时间太长。

根据以上规律反复改变各元件参数，直到得到满意的结果。

得到输出波形如图3-3所示。

图3-3升压电路

4三相逆变电路及其仿真

4.1三相逆变电路

三相电压型桥式逆变电路如图4-1。

该电路采用双极性控制方式，U、V和W三相的PWM控制通常公用一个三角载波

，三相的调制信号

、

和

一次相差120度。

U、V和W各相功率开关器件的控制规律相同，现以U相为例来说明。

当

>

时，给上桥臂

以导通信号，给下桥臂

以关断信号，则U相相对于直流电源假想中点

的输出电压

。

当

<

时，给

以导通信号，给

以关断信号，则

。

和

的驱动信号始终是互补的。

当给

（

）加导通信号时，可能是

（

）导通，也可能是二极管

（

）续流导通，这要由阻感负载中电流的方向来决定。

V相和W相的控制方式都和U相相同

图4-1三相电压型桥式逆变电路图

滤波电路在此没有画出，仅分析逆变部分，滤波部分将在仿真时给出。

4.2仿真演示

三相逆变部分仿真模型如图4-2所示。

图4-2三相逆变电路仿真模型

图4-2中模型由三相电路、滤波电路、变压器、负载以及测量模块构成。

三相逆变电路使用三相逆变桥集成块UniversalBridge3arms，其设置参数如图4-3所示

图4-3三相逆变桥集成块参数

由电容和电感组成，电容和电感都分别为0.1F，1e-4H。

SPWM生成模块直接使用simulink中自带的模块PWMGenerator，其参数如图4-4所示

图4-4pwmgenerator参数设置

变压器变比暂时不设置，等输出波形幅值不达标时再行设置。

负载设置为100Ω。

测量模块主要测量各相电流波形以及单相电压幅值，通过观察这两项即可判定输出是否为220V50hz三相交流电。

5整体仿真

将图4-2（三相逆变电路仿真）中输入部分接到图4-2（升压斩波电路仿真）中负载两端，即为整体仿真模型，现在开始仿真。

输出电流波形如图5-1所示。

图5-1输出电流波形

逆变电路上负载输出电压波形如图5-2所示。

图5-2输出电压波形

经调试多次得出的波形图可以看到逆变器输出幅值接近220V，频率为50Hz的正弦波，波形畸变不明显，以看到逆变器输出三相正弦波形互差120度，三相输出波形都比较接近理想正弦波形，仿真结果达到设计要求。

6小结

当我刚拿到设计任务的时候，刚开始一看我还觉得题目比较简单，就是一个DC-AC转换电路，然后我立马想起出课本上学的逆变电路图，简单的六只开关管接成桥式电路然后接负载。

后来当我真正开始付之行动时才发现实际做起来要比理论分析难很多。

首先要确定好设计方案，分析各方案的可行性与合理性再开始做。

然后做个总体规划，接着分别做好各个部分，以便于之后在总体上看设计是否合理。

虽然题目是仿真，但是参数都是一个一个参考大量资料再通过计算与仿真再确定的，其中也学到了不是只是。

当然这次课设设计由于本人所学知识有限，还存在着不足之处，就是没有设计反馈环节来控制电路，加强电路的稳定性。

然后，体会最深刻的就是对于matlab的使用了，相信下次使用matlab必定会更加得心应手。

参考文献

[1]杨荫福、段善旭、朝泽云.电力电子装置及系统.北京：

清华大学出版社，2006

[2]王维平.现代电力电子技术及应用.南京：

东南大学出版社，1999

[3]王兆安，黄俊.电力电子技术.北京：

机械工业出版社，2008

[4]叶斌.电力电子应用技术及装置.北京：

铁道出版社，1999