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计算机仿真课程设计华东交通大学1目录摘要.....................................................2第1章引言..................................................41.1引言.....................................................41.2整流与逆变的工作状态...................................51.3系统仿真技术概述........................................51.4计算机仿真软件的概况....................................61.5MATLAB及SIMULINK概述..................................71.6小结...................................................9第2章交交变压变频器基本原理................................92.1基本原理................................................92.2交-交变压变频器电路拓朴图...............................92.3交-交变压变频器的控制方式...............................10第3章仿真系统总体设计......................................133.1系统对象................................................133.2系统封装模块...........................................13第4章仿真电路设计..........................................错误!未定义书签。4.1电路的总体设计........................................错误!未定义书签。4.2电路的具体设计........................................154.2.1电源...............................................154.2.2触发脉冲...........................................164.2.3IGBT桥式电路......................................17第5章电路仿真运行..........................................19第6章结论.................................................31参考文献：..................................................31计算机仿真课程设计华东交通大学2三相交交变压变频器的仿真摘要：Matlab语言具备高效、可视化及推理能力强等特点，是目前工程界流行最广的科学计算语言，而就电力电子而言，很多课程的相关实验都与Matlab密不可分。本文以三相交交变压变频器的仿真实例，叙述了利用Matlab/Simulink对逆变电路进行建模仿真的方法，并给出了仿真结果波形。在忽略了一部分对误差影响较小而使算法复杂度大大增加的因素，对其内部电流、电压、电感及相位的相互关系进行了一系列定量分析，并通过对仿真结果分析就可以将系统结构进行改进或将有关参数进行修改使系统达到要求的结果和性能，这样就可以极大地加快系统的分析与设计过程。20世纪80年代交交变频电路就已经出现当时采用的是水银整流器，曾经有装置用在电力机车上，由于原件性能的限制，没能得到推广。到20世纪70年代，随着晶闸管的问世交交变频电路曾经广泛应用于电机的变频调速。世纪80年代20随着全控器件的广泛应用，交交变频电路逐渐被交直交变频电路取代。近年来随着现代工业生产及社会发展的需要推动了交交变计算机仿真课程设计华东交通大学3频技术的飞速发展，现代电力电子器件的发展和应用、现代控制理论和控制器件的发展和应用、微机控制技术及大规模集成电路的发展和应用为交流变频技术的发展和应用创造了新的物质和技术条件，交交变频电路又逐渐成为研究的热点。本文首先以三相输入单相输出的交交变频电路为例介绍了交交变频电路的工作原理，接着以余弦交点法为例详细分析了交交变频电路的触发控制方法，最后用Matlab仿真软件对交交变频电路进行了建模和仿真研究。关键词：仿真；波形；电力电子；交交变压变频计算机仿真课程设计华东交通大学4第一章引言1.1引言随着大功率全控型电力电子器件（GTO、IGBT、MOSFET、IGCT）的开发成功和应用技术的不断成熟，电能变换技术出现了突破性进展。由于像逆变电源之类大功率电力电子装置结构复杂，直接对装置进行试验，耗资耗力，故借助计算机仿真技术对装置的运行机理与特性、控制方法的有效性进行验证，以预测并解决潜在的问题，同时缩短研制时间和减少研制费用。MATLAB软件具有模拟、数字混合仿真功能，具备大量的模拟功能模型和系统分析能力，对于一个三相交交变压变频器建立仿真模型，能够对其输出特性进行仿真分析。电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。现已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养该专业人才中占有重要地位。电力电子智能化的进展，在一定程度上将信息处理与功率处理合一，使微电子技术与电力电子技术一体化，其发展有可能引起电子技术的重大改革。有人甚至提出，电子学的下一项革命将发生在以工业设备和电网为对象的电子技术应用领域，电力电子技术将把人们带到第二次电子革命的边缘。计算机仿真课程设计华东交通大学51.2整流与逆变工作状态交交变频电路的负载可以是阻感负载、阻负载、容负载或交流电动机负载。电阻这里以阻感负载为例来说明电路的整流工作状态与逆变状态，这种分析也适用于交流电动机负载。1.3系统仿真技术概述系统是由客观世界中实体与实体间的相互作用和相互依赖关系构成的具有某种特定功能的有机整体。系统的分类方法是多种多样的，习惯上依照其应用范围可以将系统分为工程系统和非工程系统。工程系统的含义是指由相互关联部件组成的一个整体，以实现特定的目的。非工程系统的定义范围很广，大至宇宙，小至原子，只要存在着相互关联、相互制约的关系，形成一个整体，实现某种目的的均可以认为是系统。如果想定量地研究系统地行为，可以将其本身的特性及内部的相互关系抽象出来，构造出系统的模型。系统的模型分为物理模型和数学模型。由于计算机技术的迅速发展和广泛应用，数学模型的应用越来越普遍。系统的数学模型是描述系统动态特性的数学表达式，用来表示系统运动过程中的各个量的关系，是分析、设计系统的依据。从它所描述系统的运动性质和数学工计算机仿真课程设计华东交通大学6具来分，又可以分为连续系统、离散时间系统、离散事件系统、混杂系统等。还可细分为线性、非线性、定常、时变、集中参数、分布参数、确定性、随机等子类。系统仿真是根据被研究的真实系统的数学模型研究系统性能的一门学科，现在尤指利用计算机去研究数学模型行为的方法。计算机仿真的基本内容包括系统、模型、算法、计算机程序设计与仿真结果显示、分析与验证等环节。1.4计算机仿真软件的概况早期的计算机仿真技术大致经历了几个阶段：20世纪40年代模拟计算机仿真；50年代初数字仿真；60年代早期仿真语言的出现等。80年代出现的面向对象仿真技术为系统仿真方法注入了活力。我国早在50年代就开始研究仿真技术了，当时主要用于国防领域，以模拟计算机的仿真为主。70年代初开始应用数字计算机进行仿真[4]。随着数字计算机的普及，近20年以来，国际、国内出现了许多专门用于计算机数字仿真的仿真语言与工具，如CSMP，ACSL，SIMNOM，MATLAB/Simulink，Matrix/SystemBuild，CSMP-C等。1.5Matlab及Simulink概述MATLAB是国际上仿真领域最权威、最实用的计算计算机仿真课程设计华东交通大学7机工具。它是MathWork公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件，被誉为“巨人肩上的工具”。MATLAB系统可分为五个部分:（1）MATLAB语言。这是一种高级矩阵语言，其有着控制流程状态，功能，数据结构，输入输出及面向对象编程的特性。它既有“小型编程”的功能，快速建立小型可弃程序，又有“大型编程”的功能，开发一个完整的大型复杂应用程序。（2）MATLAB的工作环境。这是一套工具和设备方便用户和编程者使用MATLAB。它包含有在你的工作空间进行管理变量及输入和采集数据的设备。同时也有开发，管理，调试，(profilingM-files，MATLAB’sapplications。)的系列工具。（3）图形操作。这是MATLAB的图形系统。它包含有系列高级命令，其内容包括二维及三维数据可视化，图形处理，动画制作，表现图形。同时它也提供低级命令便于用户完全定制图形界面并在你的MATLAB软件中建立完整的用户图形界面。（4）MATLAB数据功能库。它拥有庞大的数学运算法则的集合，包含有基本的加，正弦，余弦功能到复杂的求逆矩阵及求矩阵的特征值，Bessel功能和快速傅立叶变换。（5）MATLAB应用程序编程界面。这是一个允许你在MATLAB界面下编写C和Fortran程序的库。它方便从MATLAB中调用例程(即动态链接)，使MATLAB成计算机仿真课程设计华东交通大学8为一个计算器，用于读写MAT-files。Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。1.6小结利用MATLAB来仿真逆变电路的运行情况，减少了用实际硬件实验的繁琐，避免了用硬件实验的各种误差。计算机仿真课程设计华东交通大学9Matlab软件仿真电路可以帮助研究者更好更方便的了解逆变电路的特性，以便进一步改善其效率。第二章交交变压变频器基本原理2.1、基本原理交交变频电路是把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路。因为没有中间直流节，因此属于直接变频电路。交交变频电路广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，际使用的主要是三实相输出交交变频电路。单相输出交交变频电路是三相输出交交变频电路的基础。因此本节介绍的是单相输出交交变频电路的构成、工作原理及控制方法。2.2、交-交变压变频器电路拓朴图交-交变压变频器的基本结构如下图所示，它只有一个变换环节，把恒压恒频（CVCF）的交流电源直接变换成VVVF输出，因此又称直接式变压变频器。有时为了突出其变频功能，也称作周波变换器（Cyc