单相电压型全桥逆变电路及其simulink仿真含开题报告全桥逆变后电压

1、单相电压型全桥逆变电路及其simulink仿真 含开题报告全桥逆变后电压 电力电子技术课程设计 单相电压型全桥逆变电路及其 simulink仿真开题报告 课题名称：单相电压型全桥逆变 电路及其simulink仿真 完成时间：20XX指导老师： （一）简要背景说明随着电力电子技术的发展，逆变电路具 有广泛的应用范围。交流电机调速用变频器、不间断电源、感应 加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。由于电压型 逆变电路具有直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无 脉动；输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；阻 感负载时需要提供无功功率，为了给交流侧向直流侧反馈的无功 提供通道，逆

2、变桥各臂并联反馈二极管等特点而具有广泛的应用 范围。电压型逆变电路主要用于两方面：笼式交流电动机变频 调速系统。由于逆变电路只具有单方向传递电能的功能，故比较 适用于稳态运行、无需频繁起制动和加、减速的场合。不停电 电源。该电源在逆变输入端并接蓄电池，类似于电压源。 图1单相电压型全桥逆变电路 （二）研究的目的及其意义在教学及实验基础 上，设计单相电压型全桥逆变电路及其控制与保护电路，并通过 使用simulink对课程中理论对电路进行仿真实现，进一步了解单 相电压型全桥逆变电路的工作原理、波形及计算。 培养学生运用所学知识综合分析问题解决问题的能力。 在电力电子技术的应用中，逆变电路是通用变频

3、器核心部之 一，起着非常重要的作用。逆变电路是与整流电路相对应，把直 流电变成交流电的电路。逆变电路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。无源逆变电路的应用非常广泛。在已有的各种电 源中，蓄电池、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，需要通过无源逆变电路；无源逆变 电路与其它电力电子变换电路组合形成具有特殊功能的电力 电子设备，如无源逆变器与整流器组合为交-直-交变频器（来自交 流电源的恒定幅度和频率的电能先经整流变为直流电，然后经无 源逆变器输出可调频率的交流电供给负载）。当电网提供的50 Hz工频电源不能满

4、足负载的需要，就需要用交-直-交变频电 路进行电能交换。如感应加热需要较高频率的电源；交流电动机 为了获得良好的调速特性需要频率可变的电源。 （三）研究的主要内容1单相电压型全桥逆变电路的原理。 2单相电压型全桥逆变电路的结构。 3单相电压型全桥逆变电路及其控制电路、保护电路的设计 （画出原理图，标明器的选择）。 完成单相电压型全桥逆变电路的数学模型的设计。 5建立simulink仿真系统进行建模，并对模型参数进行设 置。 6仿真结果与分析。 （四）研究的主要方法和手段首先建立单相电压型全桥逆变 电路的电路拓扑图，在MATLAB中使用simulink X具箱建立相关 控制模型，设置模型参数后，

5、通过仿真得到电路的电压、电流结 果，并对该结果进行分析。 说明书目录摘要 5第一章设计总体思路 5 课题概述一 5 二设计总体思路 5第二章 基本原理和框图 6一基本原理 6 二 单相电压型全桥逆变电路分析 7第三章单元电路设计 8一触发电路 8二保 护电路 10第四章 Simulink仿真 10一电路模型的建立一 10 二各元的介绍 10三模型参数的设置 10四仿真结果 15 第五章 总结与体会 17致谢 18 附录一三相整 流电路的simulink仿真19 附录二参考文献 25 摘要 逆变电路所谓逆变, 就是与整流相反，把直流电转换成某一固定频率或可变频率的交 流电(DC/AC)的过程。

6、整流与逆变一直都是电力电子技术的热点之一，桥式整流是 利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交 流电转化为直流电。从整流状态变到有源逆变状态，对于特定的 实验电路需要恰到好处的时机和条，基本原理和方法已成熟十几 年了，随着我国交直流变换器市场迅猛发展，与之相应的核型技 术应用于发展比较将成为业内关注的焦点。 第一章设计总体思路 一课题概述随着电力电子技术 的发展，逆变电路具有广泛的应用范围。交流电机调速用变频 器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是 逆变电路。由于电压型逆变电路具有直流侧为电压源或并联大电 容，直流侧电压基本无脉动；输出电压为矩形波，输出电流因

7、负 载阻抗不同而不同；阻感负载时需要提供无功功率，为了给交流 侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管等 特点而具有广泛的应用范围。电压型逆变电路主要用于两方面： 笼式交流电动机变频调速系统。由于逆变电路只具有单方向传 递电能的功能，故比较适用于稳态运行、无需频繁起制动和加、 减速的场合。不停电电源。该电源在逆变输入端并接蓄电池， 类似于电压源。 二设计基本思路1主电路的设计（1）主电路结构设计（2）主 电路保护设计（3）主电路计算及元器参数选型2 Simulink仿真 系统设计（1）电路模型的建立（2）各元的介绍（3）模型参数的设 置（4）仿真结果第二章 基本原理和框图 一 基

8、本原理 逆变电 路的基本工作原理：S1、S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器及 辅助电路组成 图2-1 图2-2逆变电路及其波形举例： SI、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正 SI、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负 图2-3 图2-4 改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率电 阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同阻感负载 时，io相位滞后于uo,波形也不同 图2-5 图2-6 tl前：SI、S4通，uo和io均为正 tl时刻断开SI、S4,合上S2、S3, uo变负，但io不能立刻 反向 io从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感 能量向

9、电源反馈，io逐渐减小，t2时刻降为零，之后i。才反向 并增大 二 单相电压型全桥逆变电路分析1工作情况： 图2-7 1和4 一对，2和3另一对，成对桥臂同时导通，两对 交替各导通180 图2-8 uo波形同图半桥电路的uo,幅值高出一倍Um=Ud io波形和半桥中的io相同，幅值增加一倍 图2-9 2输出电压定量分析uo成傅里叶级数 (2-1) 基波幅值 (2-2) 基波有效值 (2-3) uo为正负各180。时，要改变输出电压有效值只能改变Ud来 实现 第三章单元电路设计 一 触发电路 该触发电路 为D触发器触发下图为D触发器和触发电路： 图3-1 D触发器原理： 将控制信号转变为某一频率

10、的脉冲或将控制信号转变为某一 频率的脉冲或脉冲群，用这些脉冲控制无源逆变电路中的功率开 关元的通断，以控制逆变器用这些脉冲控制无源逆变电路中的功 率开关元的通断。它主要应用于变频调速装置或不停电电源的逆 变器中。一般功能是：根据控制信号的要求产生相应频率的输出 脉冲；确定逆变器各功率开关的驱动信号间的相位关系；产生足 够的驱动功率以驱动功率开关元；完成功率开关元和控制电路之 间的电隔离。 图3-2触发电路 二 保护电路 在电力电子电路中，除了 电力电子器参数选择合适，驱动电路设计良好外，采用合适的过 电压保护、过电流保护、du/ dt、di/ dt保护也是十分必要的 本次课程设计所采用的过电压

11、过电流保护电路如下图所示。 该电路又称为缓冲电 路。它的作用是抑制电力电子器内因过电压或者过电流从而 减小器的开关损耗。缓冲电路可分为关断缓冲电路和开通缓冲电 路。关断缓冲电路又称为d dt抑制电路，用于吸收器关断过电 压和换相过电压，抑制d dt,减小关断损耗。开通缓冲电路又 称为di / dt抑制电路，用于抑制器开通时的电流过冲和di / dt,减小器开通损耗。可将关断缓冲电路和开通缓冲电路结合 在一起构成复合缓冲电路。 图3-3保护电路 第四章Simulink仿真 一 电路模型建立 Simulink仿真电 路图如下： 图4-1二 各元的介绍本电路涉及8种元，分别是直流电源 (DC Vol

12、tage Source)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、二极管 (Diode)、脉冲发生器(Pulse Generator)、串联 R L C 支路(Series RLC Branch)、电流表(Current Measurement)、电压表(Voltage Measurement).示波器(Scope)。 模型参数的设置1直流电源参数设置图4-2 2 IGBT、 IGBT1脉冲参数设置 图4-33 IGBT2、IGBT3脉冲参数设置及波形： 图4-4图4-5 4 IGBT参数设置： 图4-6四 仿真结果1负载为电阻时RLC参数设置： 图4-7负载为电阻时其电流及电压波形 图4-82 负载

13、为电感时电感参数设置图4-9负载为电感时其电流及电压波 形： 图4-10 3 阻感负载时 阻感参数设置 图4-11 阻感负 载时其电压电流波形： 图4-12 第五章总结与体会我们所学习的课程以及我们 所处的专业决定了我们的学习必须与实际相联系。目前电压型逆 变电路在工业自动化领域中得到了广泛应用。因此，对于电气工 程及自动化专业的学生来说，做这样一个设计是非常有意义的， 也是非常必要的。 通过本次的课程设计，我们所学知识都得到了进一步的巩 固,不但扩展了视野，而且学会了用MATLAB进行simulink仿 真。从电路设计到画图，从参数设置到运行结果，每一步看似简 单却又都付出了好多心血去研究和

14、调试。虽然设计和实现的过程 中遇到很多的问题，但这对于我们来说也是一种挑战和锻炼的机 会。也收获了许多。通过这次学习，我们进一步加深了对电力电 子技术的基本理论及一些比较抽象的理论知识的理解，对整流电 路和逆变电路的工作原理、各电路的控制电路都有了更深入的理 解。在查阅大量相关资料的时，对当前电压型逆变电路领域和未 来发展概貌也有了一定的了解。我们深深体会到书本上的知识是 远远不够的，在实现仿真过程中也略显生涩。所以，要想更加深 入得了解控制领域还需要我们不断的学习和实践，才能够保持与 时俱进。 致谢 本次课程设计能够顺利完成，离不开众老师、 第9页共11页 朋友、同学们的指导和支持。本设计的

15、实现主要是在指导老 师的亲切关怀和细心指导下完成的。作为我们的任教老师，刘老 师在以往的学习中给了我们很大的帮助，我们对课程知识的掌握 他起到了很大作用，他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益 求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目 的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此 谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。此外，也对本设计做出 提议和修改意见的老师、同学和朋友们表示感谢。 附录附录一： 三相整流电路的simulink仿真 一 电路模型建立 图 附 录-1二参数设置及仿真结果1电压设置A相： 图附录-2 B相 图附录-3 C相图附录-4 2晶闸 管参数设置图

16、附录-5 3脉冲参数设置图附录-6 4电阻负载 时电阻参数设置图附录-7 波形图附录-8 5阻感负 载时RL参数设置 图附录-9波形 图附录-10附 录二参考文献1黄兆安、刘进军主编.电力电子技术.第五版. 北京：机械工业出版社，2020 2黄俊主编.电力电子变流技术M.北京：机械工业出版 社，20 xx 3彭鸿才主编.电机原理与拖动M.北京：机械工业 出版社，19984王兆安、黄俊主编.电力电子技术M.第 版.北京：机械工业出版社，1996 5王离九主编.电力拖 动自动控制系统M.武汉：华中理工大学出版社，19916吴 麒.自动控制原理M.北京：机械工业出版社，19907谢宗安 主编.自动控制系统M.重庆：重庆大学出版社，19968陈伯 时主编.电力拖动自动控制系统M.第2版.北京：机械工业出版 社，1992 9 吕如