三相交交变频电路设计与仿真.

1、安徽科技学院电气与电子工程学院课程教学实习（设计）总结实习内容：三相AC-AC变频器的仿真设计实习地点：力行楼5楼电力电子实验室实习时间：2015学年第1学期第15专业：电气工程及其自动化班级：1332015年12月11日组员姓名学号承担的主要工作成绩*单相和三相变频主电路的建模设计及封装，撰写论文*逻辑无环流控制器(DLC)的建模设计及封装*同步电源及六脉冲触发电路建模设计*查阅资料和相关参数的设置及调整电力电子技术课程设计任务书一、设计目的1、培养学生综合运用知识解决问题的能力与实际动手能力；2、加深理解电力电子技术课程的基本理论；3、初步掌握电力电子电路的设计方法。二、设计题目和内容（一

2、）设计题目三相AC-AC变频器的仿真设计（二）设计内容要求：1、利用MATLAB仿真设计三相交-交变频器仿真模型；2、对单相交-交变频电路子系统进行建模与封装；3、将三个单相交-交变频组合设计成三相交-交变频器；4、给出输出频率f=10Hz、25HZ时的仿真波形。三、设计报告撰写要求1设计任务书2设计方案3主电路图4驱动电路和保护电路图5电路参数计算及元器件选择清单6主电路和驱动电路工作原理分析7主要节点电压和电流波形8参考文献四、考核方式1、课程设计任务书中的内容；2、写出课程设计报告；3、指导教师检查设计电路的完成情况；4、验收时由指导教师指定1名学生叙述设计内容、自己所做的工作，实事求事

3、地回答指导教师提出的问题。根据以上四项内容和学生在课程设计过程中的工作态度按五级记分制（优、良、中、及格、不及格）给出成绩。指导教师：*摘要：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。最后利用MATLAB仿真设计了三相交-交变频器仿真模型，其中包括对单相交-交变频电路子系统进行建模与封装、将三个单相交-交变频组合设计成三相交-交变频器、给出输出频率f=10Hz、25HZ时的仿真波形。关键词：交交变频；余弦交点法；MATLAB仿真模型引言:交交变频器是通过电力电子电路的开关控制，而不通过中间直流环节，只需通

4、过一次变换把工频交流电直接变换成不同频率的交流电的交流电路，利用两组整流电路的输出电压分别构成正弦波的正负半波可以实现由一种频率的交流电到另一种频率的交流电的变换，这样的电路称为晶闸管移相控制交交直接变频电路，也称周波变流器。周波变流器一般采用晶闸管作为功率开关器件，适合于大功率电机调速的应用场合。一、单相交交变频电路1、单相交交变频电路的工作原理交-交变频器依据相位控制角a的不同规律，其输出可获得正弦波、方波和梯形波，这里的交-交变频器是根据相位控制角a按余弦规律变化得到正弦波。由晶闸管组成的三相输入单相输出的交交变频电路，电路由P组（正组）和N组（反组）晶闸管相控整流电路反并联组成。如图所

5、示：昱1!厂厂厂Tljdhu.门TJ亠才才正组PTTT一G一一这里以阻感性负载为例来分析单相交交变频电路的工作状态，分析时忽略输出电压和电流中的高次谐波，并设电路处于稳定状态。为了避免两组整流电路间产生环流，我们在任何时候只让一组整流电路工作，即给某一组整流电路施加触发脉冲时，封锁另一组整流电路的触发脉冲。当正组P整流工作时，负载Z的电流方向向下；当反组N整流工作时，负载Z的电流方向向上。让两组整流电路一一定频率交替工作，则负载Z上就得到了该频率的交流电，改变切换频率，就可以改变交流电的频率。（1）输出正弦波形的获得方法图2正弦型交一交变频器掃出电压濾形为了使负载上得到的输出电压U的波形接近正

6、弦波，可以按正弦规律对触发角a进行0控制，在正组桥P整流工作时，设法使控制角ap由大到小再变大去控制正组晶闸管，如从t0T,必然引起输出的平均电压由低到高再到低的变化，即获得正组整流电压；22正组桥P逆变工作时，使控制角a由小变大再变小，如从TT，就可获得平均值P22可变的正组逆变电压；反组桥N整流工作时，使控制角a由大变小再变大，如从Nt0t，就获得平均值可变的反组整流电压；反组桥N逆变工作时，使控制角a由22n6)小变大再变小，如从|，就获得平均值可变的反组逆变电压。只要电网频率相对输出频率高出很多倍，就能得到由低到高，再由高到低接近正弦波规律变化的交流输出。如果改变aa的变化范围，使它们

7、在0范围内调节，输出平均电压正弦波幅值P，N2也会改变，从而达到调压目的。而能实现这样输出电压平均值为正弦的变化规律，通常采用的是余弦交点法。其移相控制角a的变化规律应使整流输出电压的瞬时值最接近于理想正弦电压的瞬时值，即整流输出电压瞬时值与所期望正弦电压的瞬时值相等。设交交变频电路期望输出的交流电压波形为已知的正弦波，其表达式为：v=Vsinwt(1)oomo整流输出电压瞬时值由整流组P和整流组N切换提供，各整流组输出电压瞬时值为：v=Vcosa；v=-VcosaPDmPNDmNV：整流组所能输出的最高直流电压。Dm当P组开放时,=v，即PVsinwt=VcosaomDmP当N组开放时，=v

8、，即NVsinwt=VcosaomDmN则可得到：a=arccosP(VIV丿Dm=arccos(Ksin(a)P2)3)4)5)=arccosN1VomsinwtIV丿Dm=arccos(-Ksinwt)=兀-aP称为输出变压比。V其中K=omVDo上述式子就是利用余弦交点法求变流电路控制角a的基本公式(2)电路的工作状态分析:反组整流|TVI11Ik.1组逆变III1.Ji:&o组H讣:IF彳1总组址变匸I反组逆变：在此时间段期间，v0,i0，i0，正组P工作，反组N被封锁，形成正的负载电流i，ooP正组相控角工作在a正组整流状态，P组电路输出功率。P正组逆变：在此时间段期间，v0，正组P

9、工作，反组N被封锁，形成正的负载电流i,ooP正组相控角工作在a正组逆变状态，负载回馈电能给P组回路。P反组整流：在此时间段期间，v0，i0时，U=1；当UknlOutladEleyQ连锁保护电路为了保护正反两组整流器不会发生同时开放，逻辑控制器中由与非门组成了连锁保护电路，采用与非门是因为输出U和U的电平与触发单元Block端的电平要求一致。在UFRF和U同时为“1”时，两组整流器都关断，避免发生整流器短路故障。R将以上各部分按功能要求连接，就可得到DLC仿真模型如图：封装后的子系统如图:逻辑无环流控制器（DLC）控制原理和输入输出逻辑关系见下表:逻辑控制器输入（模拟信号）数字信号逻辑控制器

10、输出（逻辑切换信号）输入电压信号U输入电流信号I电压转换极性检测信号UT零电流检测信号UI正组整流器P（U）F反组整流器N（U）R反组到正组U0I=01101整组P工作，反组N阻断整组整流U0I01001U和整组逆变U00001U反正组到反组U0I=00110U反组N工作，正组P阻断反组整流U0I0I01010U反因给定信号是正弦信号，而移相控制角为0T兀，所以要将给定信号通过反余弦函数变换为0T兀的角度，单位是弧度，再用型的放大器将以弧度为单位的角度变为以度为兀单位的角度，两路移相控制角相位关系还要满足a+a二180，从而满足控制要求。PN为了将仿真结果与给定信号对比，给定电流计算为2.34

11、Ucosa/2/r(9)其中U广Um二100V，R=交流电源,工频、幅值U=100V）。mc3移相角控制电路：根据前面对余弦交点法的介绍，可在simulink中设计出移相角控制电路，按规律改变正反组变流电路的相控角。仿真电路如图：Add（3）单相交交变频电路仿真主电路如图:CcrutantlAddCLG封装后的子系统如图:（4）主电路外接负载和给定波形信号及检测仿真电路图如图:相关参数设置及波形图：负载参数设置：负载电阻R二10,L=0.001H。吕BlockRarameiers:S-eriesR.LCBrqnc：liSeriesJLLCEriiiich(mask)(link)IirLplej

12、nentsaseriesb王tichofF1LCeleinerrts.Usethe?Erlichtyp已par:jil已土已1?toaddori:已jnave已丄已m已ntsfeojtlIPlabr：it-LCh.Patrajne+srsOK_|CancelHelpApplyc2正弦调制波参数：A.变频器输出频率f二10Hz时，正弦波调整参数设置:B.变频器输出频率f=25Hz时，正弦波调整参数设置:*SourceBlockParameters:SineWav-eUsetHeErnplizi-basedsxnen-i_uriericalprcblcirisduetorijiLtLiiLgfor

13、largetrm已s(erflowmabsolutetime)occurPargetersSii_Le七ypm:Timebas&d、Timm(七)sUsesimi-ilationtiirLe“JjJTLplit口氐:2LIBias:Frequency(racLXsec):50*piPhase(rad):uS：iTLpletime:0Intczpre七clurparainei：ersa.51DI卫fOKCai-Lcel:Help变频器输出频率f二10Hz时,幅值为20,角频率为25(ra%)，初相位为0，仿真结果如图：变频器输出频率f二25Hz时,幅值为20,角频率为55(rad/s)

14、，初相位为0,仿真结果如图：二、三相交交变频器的建模与仿真1、三相交交变频器的建模：大容量三相交交变频器通常采用Y形连接方式，即将3个单相输出交交变频器的一个输出端连在一起，另一个输出端Y输出。三相交交变频器仿真模型结构图如图：111134T?104I1L负载为RL负载，负载采用Y连接，3根引出线与变频器的3根输出线对应相连，移相控制心号为3个相位互差120度的正弦信号。三相交交变频器仿真电路如图:2、变频器输出频率f二10Hz时:参数设置：角频率为25(%纟)，初相位参数设置分别为0(rad),-竺卫0.1(rad),k3丿(2xl0)门-一-一x0.1。仿真结果如图：k3丿齢pe1=1TimsttflBet0 x0.04(rad),3、变频器输出频率f=25Hz时:参数设置：角频率为50兀(厂。；)，初相位参数设置分别为0(rad),-岁X0.叽)。仿真结果如图:以上两图，光滑的波形为正弦调制波波形，非光滑的波形为三相交交变频器输出波形,仿真表明，三相交交变频器的输出波形接近于正弦调制波波形，改变正弦调制波频率时，三相交交变频器的输出波形频率也改变