基于SIMULINK的交直交变压变频器中逆变器的基于SIMULINK的交直交变压变频器中逆变器的电力

数控与CAD课程设计华东交通大学1课程设计（论文）任务书电气学院电气工程及其自动化专业*****班一，课程设计（论文）题目交-直-交变压变频器中逆变器的仿真二，课程设计（论文）工作自2011年6月20日至2011年6月26日止三，课程设计（论文）要求：（1）利用matlab下的simulink和simpowersystems工具箱构建逆变器的仿真模型。（2）要求对主电路和脉冲电路进行封装。（3）仿真参数为：E=100-300V;f=50Hz;交流电压220V;h=0.0001s，其他参数自定。（4）给出a角分别为0、30、90度时，负载为纯电阻和阻感性负载两种情况下的逆变电路的各种波形、包括触发脉冲波形、相电压和线电压波形、电流波形和晶闸管所承受电压波形，要求采用subplot作图。（5）比较仿真结果有何变化，给出自己的结论。学生签名：***2011年6月26日课程设计（论文）评审意见数控与CAD课程设计华东交通大学2评阅人：职称：年月日数控与CAD课程设计华东交通大学3基于SIMULINK的交-直-交变压变频器中逆变器的仿真*****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。本文以三相桥式全控逆变电路的仿真实例，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。关键词：逆变器；仿真；波形；电力电子数控与CAD课程设计华东交通大学4目录第1章引言..................................................51.1引言.....................................................51.2逆变电路概述........................................51.3系统仿真技术概述........................................61.4仿真软件的发展状况与应用................................71.5MATLAB及SIMULINK概述..................................81.6小结....................................................9第2章电路基本原理..........................................102.1交-直-交变压变频器的基本结构...........................102.2三相桥式全控逆变电路原理...............................102.2.1带负载时的工作情况....................................11第3章仿真系统总体设计......................................143.1系统对象................................................143.2系统封装模块...........................................14第4章仿真电路设计..........................................错误!未定义书签。4.1仿真电路的总体设计....................................错误!未定义书签。4.2电路的各模块设计及封装...............................154.2.1电源...............................................154.2.2触发脉冲...........................................164.2.3全控器件IGBT......................................17第5章电路仿真运行..........................................195.10电阻负载电路时仿真运行...............................195.20阻感负载电路时仿真运行.............................245.330阻感性负载电路时仿真运行...........................265.490阻感性负载电路时仿真运行............................275.5小结...................................................28第6章结论.................................................29数控与CAD课程设计华东交通大学5参考文献：..................................................30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，对于一个三相电压型逆变电路建立仿真模型，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。1.2逆变电路概述逆变电路是与整流电路（Rectifier）相对应，将低电压变为高电压，把直流电变成交流电的电路称为逆变电路。逆变电路是通用变频器核心部件之一，起着非常重要的作用。它的基本作用是在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意数控与CAD课程设计华东交通大学6可调的交流电源。当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变。逆变电路的应用非常广泛。在已有的各种电源中，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变电路。另外，交流电动机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置使用非常广泛，其电路的核心部分都是逆变电路。在工业中得到广泛应用。生产中最常见的交流电源是由发电厂供电的公共电网（中国采用线电压方均根值为380V，频率为50Hz供电制）。由公共电网向交流负载供电是最普通的供电方式。但随着生产的发展，相当多的用电设备对电源质量和参数有特殊要求，以至难于由公共电网直接供电。为了满足这些要求，历史上曾经有过电动机－发电机组和离子器件逆变电路。但由于它们的技术经济指标均不如用电力电子器件（如晶闸管等）组成的逆变电路，因而已经或正在被后者所取代。为了满足不同用电设备对交流电源性能参数的不同要求，已发展了多种逆变电路，并大致可按以下方式分类。①按输出电能的去向分，可分为有源逆变电路和无源逆变电路。前者输出的电能不返回公共交流电网，后者输出的电能直接输向用电设备。②按直流电源性质可分为由电压型直流电源供电的电压型逆变电路和由电流型直流电源供电的电流型逆变电路。③按主电路的器件分，可分为：由具有自关断能力的全控型器件组成的全控型逆变电路；由无关断能力的半控型器件（如普通晶闸管）组成的半控型逆变电路。半控型逆变电路必须利用换流电压以关断退出导通的器件。若换流电压取自逆变负载端，称为负载换流式逆变电路。这种电路仅适用于容性负载;对于非容性负载,换流电压必须由附设的专门换流电路产生，称自换流式逆变电路。④按电流波形分，可分为正弦逆变电路和非正弦逆变电路。前者开关数控与CAD课程设计华东交通大学7器件中的电流为正弦波，其开关损耗较小，宜工作于较高频率。后者开关器件电流为非正弦波，因其开关损耗较大，故工作频率较正弦逆变电路低。⑤按输出相数可分为单相逆变电路和多相逆变电路。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。数控与CAD课程设计华东交通大学81.4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。数控与CAD课程设计华东交通大学9（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，