交-直-交变压变频器中逆变器的仿真.docx

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1、课程设计(论文)任务书电气与电子工程学院 学院 10电力牵引与传动控制专业 (二) 班一、课程设计(论文)题目：交一直-交变压变频器中逆变器的仿真二、课程设计(论文)工作自三、课程设计(论文)地点:电气学院机房四、课程设计(论文)内容要求：L本课程设计的目的(1)熟练掌握MATLAB语言的基本知识和技能;(2) 熟悉 matlab 下的 Simulink 和 Simpowersystems 工具箱；(3)熟悉构建交一直-交变压变频器中逆变器的仿真；(4)培养分析、解决问题的能力；提高学生的科技论文写作能力。2.课程设计的任务及要求D基本要求：(1)禾用 SimUIink 和 SimPOWerS

2、yStemS 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=IOO-300V; f=50Hz;交流电压220V; h=0. OOOls,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。2)创新要求：封装使仿真模型更加美观、合理 3)课程设计论文编写要求(1)要按照课程设计模板的规格书写课程设计论文一(2)论文包括目录、正文、心得体会、参考文献等一(

3、3)课程设计论文用B5纸统一打印，装订按学校的统一要求完成 4)答辩与评分标准：(1)完成原理分析：20分;(2)完成设计过程：40分;(3)完成调试：20分；(4)回答问题：20分；5）参考文献：（1）刘卫国.MATLAB程序设计与应用（第二版）.北京：高等教育出版社，2008.（2）刘志刚.电力电子学.北京：清华大学出版社、北京交通大学出版社，2004.一（3）李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社，2006.（4）王兆安，刘进军 电力电子技术 机械工业出版社，20096）课程设计进度安排内容天数地点构思及收集资料2图书馆编程设计与调试5实验室撰写论文3图书馆、实验室学生签名：

4、年 月曰课程设计（论文）评审意见（1）完成原理分析（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）;（2）设计分析（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）;（3）完成调试（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）;（4）翻译能力（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）;（5）回答问题（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）;（6）格式规范性及考勤是否降等级:是（）、否（）（7）总评分数优（）、良（）、中（：）、一般（）、差，（）;评阅人：职称： 副教授摘要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

5、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。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，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。SimUlink与MATLAB;紧密集成，可以直 接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本 的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。本文就是通过 Simulink这个工具来完成整流与逆变的仿真，绘制出相应的波形，在误差的允 许下，并

6、对其内部的电流、电压进行一系列的分析。关键词：仿真；逆变；整流；波形目录摘要3第一章引言61.1 引言61.2 整流、逆变电路的概述71.3 仿真技术81.4 Matlab 及 Simulink 概述91.5 IGBT 简介10第二章电路的基本原理112.1 交-直-交变压变频器的基本结构112.2 三相桥式全控整流电路112.2.1 三相桥式全控整流电路拓扑图112.2.2 三相桥式全控整流电路的工作情况112.3 三相电压型逆变电路122.3.1 三相电压型逆变电路拓扑图122.3.2 三相电压型逆变电路的基本工作情况13第三章电路的仿真143.1 整流电路的仿真143.1.1 整流电路的

7、总体设计143.1.2 整流电路参数的设置143.1.3 三相整流脉冲模块图153.2 三相电压型逆变电路的仿真16321逆变电路的总体设计163.2.1 逆变电路参数的设置163.2.2 三相电压逆变电路脉冲模块图173.3 整流逆变的仿真173.4 子系统的封装19第四章系统的仿真运行204.1 三相桥式整流电路的仿真204.1.1 0度纯电阻负载的仿真204.1.2 30度纯电阻负载的仿真204.1.3 90度纯电阻负载的仿真214.1.4 0度阻感性负载的仿真224.1.5 30度阻感性负载的仿真234.1.6 90度阻感性负载的仿真234.2 三相电压型逆变电路的仿真244.2.1

8、0度纯电阻负载的仿真254.2.2 30度纯电阻负载的仿真264.2.3 90度纯电阻负载的仿真274.2.4 0度阻感性负载的仿真284.2.5 30度阻感性负载的仿真294.2.6 90度阻感性负载的仿真304.3 整流逆变电路的仿真314.4 小结34第五章心得体会35参考文献：36第一章引言1.1 引言计算机仿真摆脱了物理模型的传统概念，不同的数学模型可在同一台计算 机上运行。仿真研究要求借助计算机实现便于进行实验的“活”的数学模型，即 提供便于程序设计的方法，使仿真人员能集中精力对仿真结果进行分析和处理， 由于可以对物理性质截然不同的各种系统进行准确、灵活、可靠的研究，这就使 现代科

9、学实验技术提高到一个新的水平。现代仿真技术的发展是与计算机应用和 发展紧密相联系的，在计算机尚未问世之前，由于只有物理仿真，因此系统仿真 是附属在与所研究系统有关的学科中的。而只有在计算机出现以后，由于数学仿 真的发展，提出了大量共同性的技术问题，系统仿真才逐渐发展为一门以计算机 仿真为代表的独立的学科。从40年代末的模拟计算机仿真开始，逐渐发展到采用混合计算机、数字计 算机和全数字并行处理机的仿真，其应用领域越来越广泛。至今，数字计算机已 成为系统仿真的主要工具。多数情况下系统仿真即指计算机仿真，尤其特指数字 计算机仿真。计算机仿真包括三个要素，即系统、模型和计算机。联系这三个要 素的有三个

10、基本活动：系统模型建立、仿真模型建立和仿真实验。在国外，并网型逆变器已经可以作为比较的成熟的产品推向市场，像德国 著名电气企业西门子就推出了很多具有市场化的产品，而且除欧洲的科技强国 外，像美国，日本等国家已经实现了并网逆变器的产品化。现在逆变器的最大功 率跟踪以及逆变环集成的单级量变换上，以及成为了研究的热点问题。类似于小 功率的逆变器开发已经越来越受到人们的重视，而在这些小功率逆变器中，其控 制电路主要采用数字控制，系统的安全性，可靠性以及扩展性，同时将各个完善 的保护电路考虑其中。在国内，并网逆变器的研究主要集中在基于最大功率追踪及逆变部分相分 离的两级能量变换结构，同时能够推向市场的逆

11、变器并不多见，换言之，在我国， 光伏并网系统并未真正意义上实现商业化，所以目前所建立的并网系统均为示范 工程。最后，我国使用的并网逆变器主要还是通过进口和合作研究，这个趋势有待我们去改善。1.2 整流、逆变电路的概述整流电路把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整 流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、 电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20 世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路 与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况 而定。变压器的作用是实现交流

12、输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网 与整流电路之间的电隔离。整流电路的分类：1、按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。2、按电路结构可分为桥式电路和零式电路。3、按交流输入相数分为单相电路和多相电路。4、按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为单拍电路和双拍电路。逆变电路是与整流电路对应，把直流电变成交流电称为逆变。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链接时，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，交流电机调速用变频器、不间

13、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,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可调的交流电源,将直 流电能变换为交流电能的变换电路,可用于构成各种交流电源，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）。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一发 电机组和离子器件逆变电路。但由于它们的技术经济

14、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,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。 前者输出的电能返回公共交流电网，后者输出的电能直接输向用电设备;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;按主电路的器件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

15、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;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;按输出相数 可分为单相逆变电路和多相逆变电路。1.3 仿真技术仿真技术是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信 息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系 统进行动态试验。例如，汽车或飞机的驾驶训练模拟器，就是应用仿真技术的成 果。信息处理技术和网络技术的发展，实际上已经完全改变为仿真的概念。将先 进的仿真技术与网络技术相结合，由真实装备和计算机仿真系统综合仿真系统组 成仿真环境，用计算机网络把新武器系统和分散在不同地点的研制