基于Matlab/Simulink 的三相SPWM 逆变器的建模与仿真
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【摘要】随着电力电子技术，计算机技术，自动控制技术的迅速发展，PWM 技术得到了迅速发展，SPWM 正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列有点，是一种比较好的波形改善法。它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。SPWM 技术成为目前应用最为广泛的逆变用PWM 技术。因此，研究SPWM 逆变器的基本工作原理和作用特性意义十分重大。
本文主要通过对三相SPWM 逆变器的Matlab/Simulink 建模与仿真，研究逆变电路的输入输出及其特性，以及一些参数的选择设置方法。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。
关键词：SPWM 三相逆变器 Mmatlab/Simulink 建模与仿真 1．三相电压型桥式逆变电路
该电路采用双极性控制方式，U 、V 和W 三相的PWM 控制通常公用一个三角载波c u ，三相的调制信号rU u 、rV u 和rW u 一次相差120°。U 、V 和W 各相功率开关器件的控制规律相同，现以U 相为例来说明。当rU u >c u 时，给上桥臂1V 以导通信号，给下桥臂4V 以关断信号，则U 相相对于直流电源假想中点'N 的输出电压2/'d UN U u =。当rU u 2/-'d UN U u =。1V 和4V 的驱动信号始终是互补的。当给1V （4V ）加导通信号时， 可能是1V （4V ）导通，也可能是二极管1D V （4D V ）续流导通，这要由阻感负载中电流的方向来决定。V 相和W 相的控制方式都和U 相相同。 图1 三相桥式逆变电路原理图 2.SPWM逆变器的工作原理 PWM的全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），它是通过改变方波的占空比来改变等效的输出电压。广泛的应用于电动机调速和阀门控制，比如我们现在的电动车电机调速就是使用这种方式。 所谓的SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样的输出波形经过适当的滤波就可以得到正弦波输出。它广泛的应用于直流交流逆变器等，比如高级一些的UPS就是一个例子。三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出，在变频器领域被广泛的采用。 由于期望的逆变器输出是一个正弦电压波形，可以把一个正弦半波分作N 等分。然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。这样，由N 个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形为正弦的半周等效。同样，正弦波的负半周也可用相同的方法来等效。 这一系列脉冲波形就是所期望的逆变器输出SPWM波形。由于各脉冲的幅值相等，所以逆变器可由恒定的直流电源供电，也就是说，这种交一直一交变频器中的整流器采用不可控的二极管整流器就可以了。逆变器输出脉冲的幅值就是整流器的输出电压。当逆变器各开关器件都是在理想状态下工作时，驱动相应开关器件的信号也应为与形状相似的一系列脉冲波形，这是很容易推断出来的。 3.三相电压源SPWM 逆变器的建模与仿真 3.1三相电压源SPWM 逆变器的建模 Continuous pow ergui v +- Voltage Measurement2 v +- Voltage Measurement1 v +- Voltage Measurement g A B C + -Universal Bridge Scope5 Scope4 Scope3 Scope2 Scope1 Scope signal rm s RMS Pulses PWM Generator 3 Multimeter2 3 Multimeter1 3Multimeter DC Voltage Source 2 1 图2 SPWM 逆变器的仿真模型 3.2仿真模型中主要模块的提取路径 多功能桥式整流电路Universal Bridge Simulink/SimPoweSystem/Power Electronics/Universal Bridge 脉宽调制PWM 脉冲发生器 Simulink/SimPoweSystem/Extra Library/Control Blocks/PWM Generator 有效测量模块RMS Simulink/SimPoweSystem/Measurements/Continuous Measuremants/RMS 3.3主要参数设置 3.3.1 PWM Generator 的参数设置 图3 3.3.2 Universal Bridge的参数设置 图4 3.3.3万用表Multimeter Multimeter其参数设置如图5所示： 图5 Multimeter1其参数设置如下： 图6 Multimeter2的参数设置同Multimeter1设置。 3.3.4其它参数设置 有效值测量模块RMS设置其参数Fundamental frequency（Hz）为50 电压设置为220 阻感性负载R=2，L=0.01.三负载设置相同。 3.4仿真结果 下面是输出交流f=50Hz调制度m=0.8时的仿真曲线 Ub: Ub: 1 图7逆变器的输出电压波形 图8逆变器输出电流波形 图9 A相阻感性负载电流的有效值 4.总结 通过这次仿真的确收获了很多，感觉自己对于电力电子技术这门课程有了更加深刻的认识。因为把平时所学的知识应用于实践真的会遇到很多问题，当然也会发现有很多乐趣在其中。可以说整个设计中最麻烦的就是把一些在课本中学到的知识在Matlab中进行仿真得到正确的结果。这个过程是十分繁琐的，也是很锻炼人的。通过本次课程设计，我学会了使用Matlab软件仿真集成环境Simulink 进行仿真的基本操作方法，也对逆变器和SPWM有了进一步的理解。 在使用Matlab的Simulink进行仿真时，很多时候波形不一定能够快速正确的出现，这个时候就要好好研究其深层次的原理，同时要注意Matlab的仿真的一些细节，例如哪里可以接线哪里不行，电路接不接地，仿真时间的设定，采用自动定标器Autoscale观察波形等。这些软件的使用技巧在仿真的时候显得尤为重要！以后自己一定要多多注重培养自己的实践能力，对于一些常用的软件也要更加努力的学习，以求熟练掌握使用。 4.参考文献 [1] 王兆安等. 《电力电子技术》. 北京：机械工业出版社，2009.5 [2]薛定宇. 《基于Matlab/Simulink的系统仿真技术与应用》. 北京：清华大 学出版社，2006 [3] 陈国呈. 《PWM逆变技术及应用》. 北京：中国电力出版社, 2007 湖南文理学院 课程设计报告 三相PWM逆变器的设计 课程名称：专业综合课程设计 专业班级：自动化10102班 摘要 本次课程设计题目要求为三相PWM逆变器的设计。设计过程从原理分析、元器件的选取，到方案的确定以及Matlab仿真等，巩固了理论知识，基本达到设计要求。 本文将按照设计思路对过程进行剖析，并进行相应的原理讲解，包括逆变电路的理论基础以及Matlab仿真软件的简介、运用等，此外，还会清晰的介绍各个环节的设计，比如触发电路、控制电路、主电路等，其中部分电路的绘制采用Proteus软件，最后结合Matlab Simulink仿真，建立了三相全控桥式电压源型逆变电路的仿真模型，进而通过软件得到较为理想的实验结果。 关键词：三相PWM 逆变电路Matlab 仿真 Abstract The curriculum design subject requirements for the design of the three-phase PWM inverter. Design process from the principle of analysis, selection of components, to scheme and the Mat-lab simulation, etc., to consolidate the theoretical knowledge, basic meet the design requirements. This article will be carried out in accordance with the design of process analysis, and the corresponding principles, including the theoretical foundation of the inverter circuit and introduction, using Matlab simulation software, etc., in addition, will also clearly introduces the design of every link, such as trigger circuit, control circuit, main circuit, etc., some of the drawing of the circuit using Proteus software, finally combined with Matlab Simulink, established a three-phase fully-controlled bridge voltage source type inverter circuit simulation model, and then through the software to get the ideal results. Keywords: Matlab simulation, three-phase ,PWM, inverter circuit 三相无源逆变器的构建及其MATLAB仿真1逆变器 1.1逆变器的概念 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。 1.3逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。 2)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4)……………. 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。 图 1 三相逆变电路 日常生活中使用的电源大都为单相交流电，而在工业生产中，由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电，例如三相电动机。随着科技的日新月异，很多设备业已小型化，许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这些设备外形发生了很大的变化，其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。在一些条件苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境下使用三相交流电设备，就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生。 4MATLAB仿真 Matlab软件作为教学、科研和工程设计的重要方针工具，已成为首屈一指的计算机仿真平台。该软件的应用可以解决电机电器自动化领域的诸多问题。利用其中的Simulink模块可以完成对三相无源电压型SPWM逆变器的仿真，并通过仿真获取逆变器的一些特性图等数据。 图 2 系统Simulink 仿真 所示为一套利用三相逆变器进行供电的系统的Matlab仿真。系统由一个380v的直流电源供电，经过三相整流桥整流为三相交流电,并进行SPWM正弦脉宽调制。输出经过一个三相变压器隔离后通入一个三相的RLC负载模块（Three phase parallel RLC）。加入了两个电压测量单元voltage measurement和voltage measurement1，并将结果输出到示波器模块Scope1. 基于电压空间矢量控制的三相逆变器的研究 1、SVPWM逆变电路的基本原理及控制算法 图1.1中所示的三相逆变器有6个开关，其中每个桥臂上的开关工作在互补状态，三相桥臂的上下开关模式得到八个电压矢量，包括6个非零矢量(001)、()、(011)、(100)、(101)、(110)和两个零矢量(000)、(111). 图1.-1 三相桥式电压型有源逆变器拓扑结构 在平面上绘出不同的开关状态对应的电压矢量，如图1.2所示。由于逆变器能够产生的电压矢量只有8个，对与任意给定的参考电压矢量，都可以运用这8个已知的参考电压矢量来控制逆变器开关来合成。 图1.2 空间电压矢量分区 图1.2中，当参考电压矢量在1扇区时，用1扇区对应的三个空间矢量U sv1 、U sv2 、U sv3来等效参考电压矢量。若1.2 合成矢量 ref U所处扇区N的判断 三相坐标变换到两相β α-坐标： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ) ( ) ( ) ( 2 3 - 2 3 2 1 - 2 1 - 1 3 2 ) ( ) ( t t t t t u u u u u co bo ao β α （1.1） 根据u α 、u β 的正负及大小关系就很容易判断参考电压矢量所处的扇区位 置。如表1.1所示。 表1.1 参考电压矢量扇区位置的判断条件 可以发现，扇区的位置是与u β、 u u βα-3及u u βα--3的正负有关。为 判断方便，我们设空间电压矢量所在的扇区N N=A+2B+3C （1.2） 其中，如果u β ＞0，那么A=1,否则A=0 如果u u βα-3 ＞0，那么B=1,否则B=0 如果u u βα--3 ＞0，那么C=1,否则C=0 1.3 每个扇区中基本矢量作用时间的计算 在确定参考电压矢量的扇区位置后，根据伏秒特性等效原理，采用该扇区三个顶点所对应的三个电压空间矢量来逼近参考电压矢量。以参考电压矢量位于3扇区为例，如图1.3所示，参考电压U ref 与U 4的夹角为γ。 MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真 实验报告 姓名：****** 专业：电气工程及其自动化 班级：******************* 学号：******************* 实验一无穷大功率电源供电系统三相短路仿真 1.1 无穷大功率电源供电系统仿真模型构建 运行MATLAB软件，点击Simulink模型构建，根据电路原理图，添加下列模块： （1）无穷大功率电源模块（Three-phase source） （2）三相并联RLC负荷模块（Three-Phase Parallel RLC Load） （3）三相串联RLC支路模块（Three-Phase Series RLC Branch） （4）三相双绕组变压器模块（Three-Phase Transformer (Two Windings)） （5）三相电压电流测量模块（Three-Phase V-I Measurement） （6）三相故障设置模块（Three-Phase Fault） （7）示波器模块（Scope） （8）电力系统图形用户界面（Powergui） 按电路原理图连接线路得到仿真图如下： 1.2 无穷大功率电源供电系统仿真参数设置 1.2.1 电源模块 设置三相电压110kV，相角0°，频率50Hz，接线方式为中性点接地的Y形接法，电源电阻0.00529Ω，电源电感0.000140H，参数设置如下图： 1.2.2 变压器模块 变压器模块参数采用标幺值设置，功率20MVA，频率50Hz，一次测采用Y型连接，一次测电压110kV，二次侧采用Y型连接，二次侧电压11kV，经过标幺值折算后的绕组电阻为0.0033，绕组漏感为0.052，励磁电阻为909.09，励磁电感为106.3，参数设置如下图： 1.2.3 输电线路模块 根据给定参数计算输电线路参数为：电阻8.5Ω，电感0.064L，参数设置如下图： 1.2.4 三相电压电流测量模块 此模块将在变压器低压侧测量得到的电压、电流信号转变成Simulink信号，相当于电压、电流互感器的作用，勾选“使用标签（Use a label）”以便于示波器观察波形，设置电压标签“Vabc”，电流标签“Iabc”，参数设置如下图： 3KVA三相逆变器设计 1概述 随着各行各业自动化水平及控制技术的发展和其对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备（如通信电源、电弧焊电源、电动机变频调速器等）都不是直接使用交流电网作为电源，而是通过形式对其进行变换而得到各自所需的电能形式，它们所使用的电能大都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。 当今世界逆变器应用非常广泛。逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但由于其含有较大成分低次谐波等缺点，近十余年来，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器件BJT，IGBT，GTO 等的发展和PWM 的控制技术的日趋完善，使SPWM 逆变器得以迅速发展并广泛使用。PWM 控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲宽度和周期以达到变压目的或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术，SPWM 控制技术又有许多种，并且还在不断发展中，但从控制思想上可分为四类，即等脉宽PWM 法，正弦波PWM 法（SPWM 法），磁链追踪型PWM 法和电流跟踪型PWM 法，其中利用SPWM 控制技术做成的SPWM 逆变器具有以下主要特点：（1）逆变器同时实现调频调压，系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响。 （2）可获得比常规六拍阶梯波更接近正弦波的输出电压波形，低次谐波减少，在电气传动中，可使传动系统转矩脉冲的大大减少，扩大调速范围，提高系统性能。 （3）组成变频器时，主电路只有一组可控的功率环节，简化了结构，由于采用不可控整流器，使电网功率因数接近于1，且与输出电压大小无关。 本次课程设计要完成的是设计容量为3KVA的三相逆变器。初始条件为：输入直流电压220V。要求输出220V三相交流电，完成总电路的设计，并计算电路中各元件的参数。 2020年三相逆变器M a t l a b仿真精编版 三相无源电压型SPWM逆变器的构建及其MATLAB仿真 09 电气工程及其自动化邱迪 摘要：本文简要介绍了三相无源电压型SPWM输出的逆变器的构建和工作方式及其MATLAB仿真。 关键词：三相逆变器正弦脉宽调制(SPWM)技术 MATLAB仿真 Abstract: This paper introduces briefly the construction of 3-phase inverter which output SPWM wave and the MATLAB-based simulation. Key word: Three-phase inverter Sinusoidal Pulse Width Modulation Power electronic technology 1逆变器 1.1逆变器的概念 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。 [1] 1.2逆变器涉及的技术 逆变器的构建应用了电力电子学科中的很多关键技术。电路中电流的可控流通断开的过程中应用了多种可控硅类型的电力电子器件；开关的控制过程应用了基于微处理 器的现代控制技术；对于正弦波形的仿制过程应用了正弦波脉宽调制（SPWM）技术等等。 1.3逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。 2)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4)按逆变主开关器件的类型，可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管 逆变等等。 5)按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。 6)按输出电压或电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆 变。 7)按控制方式，可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。[2] 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。 PWM逆变器MATLAB仿真 1设计方案的选择与论证 从题目的要求可知，输入电压为110V直流电，而输出是有效值为220V的交流电，所以这里涉及到一个升压的问题，基于此有两种设计思路第一种是进行DC-DC升压变换再进行逆变，另一种是先进行逆变再进行升压。除此之外，要得到正弦交流电压还要考虑滤波等问题，所以这两种方案的设计框图分别如下图所示： 图1-1方案一：先升压再逆变 图1-2方案二：先逆变，再升压 方案选择： 方案一：采用DC-DC升压斩波电路其可靠性高、响应速度、噪声性能好，效率高，但不适用于升压倍率较高的场合，另外升压斩波电路在初期会产生超调趋势(这一点将在后文予以讨论)，在与后面的逆变电路相连时必须予以考虑，我们可以采用附加控制策略的办法来减小超调量同时达到较短的调节时间，但这将增加逆变器的复杂度和设计成本。 方案二：采用变压器对逆变电路输出的交流电进行升压，这种方法效率一般可达90%以上、可靠性较高、抗输出短路的能力较强，但响应速度较慢，体积大，波形畸变较重。 从以上的分析可以看出两种方案有各自的优缺点，但由于方案二设计较为简便，因此本论文选择方案二作为最终的设计方案，但对于方案一的相关容也会在后文予以讨论。 2逆变主电路设计 2.1逆变电路原理及相关概念 逆变与整流是相对应的，把直流电变为交流电的过程称为逆变。根据交流侧是否与交流电网相连可将逆变电路分为有源逆变和无源逆变，在不加说明时，逆变一般指无源逆变，本论文针对的就是无源逆变的情况；根据直流侧是恒流源还是恒压源又将逆变电路分为电压型逆变电路和电流型逆变电路，电压型逆变电路输出电压的波形为方波而电流型逆变电路输出电流波形为方波，由于题目要求对输出电压进行调节，所以本论文只讨论电压型逆变电路；根据输出电压电流的相数又将逆变电路分为单相逆变电路和三相逆变电路，由于题目要求输出单相交流电，所以本论文将只讨论单相逆变电路。 2.2逆变电路的方案论证及选择 从上面的讨论可以看出本论文主要讨论单相电压型无源逆变电路，电压型逆变电路的特点除了前文所提及的之外，还有一个特点即开关器件普遍选择全控型器件如IGBT，电力MOSFET等，有三种方案可供选择，下面分别予以讨论： 方案一：半桥逆变电路，如下图所示，其特点是有两个桥臂，每个桥臂有一个可控器件和一个反并联二极管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，两个电容的连接点为直流电源的中点。反并联二极管为反馈电感中储存的无功能量提供通路，直流侧电容正起着缓冲无功能量的作用。其优点为简单，使用器件少，缺点为输出交流电压的幅值仅为直流电源电压的一半，且直流侧需要两个电容器串联，工作时还要控制两个电容器电压的均衡，因此它只适用于几千瓦以下的小功率逆变电路。 VD2 图2-1 半桥逆变电路 方案二：全桥逆变电路，如下图所示：其特点是有四个桥臂，相当于两个半桥电路的组合，其中桥臂1和4作为一对，桥臂2和3作为一对，成对的两个桥臂同时导通，两对 课程设计 题目3KVA三相逆变电源设计学院自动化学院 专业自动化 班级 姓名 指导教师朱国荣 2014 年 1 月 2 日 课程设计任务书 学生姓名：专业班级：自动化1102 指导教师：朱国荣工作单位：自动化学院 题目: 3KVA三相逆变电源设计 初始条件： 输入直流电压110V。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 设计容量为3KVA的三相逆变器，要求达到： 1、输出380V，频率50Hz三相交流电。 2、完成总电路设计。 3、完成电路中各元件的参数计算。 时间安排： 课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。 第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。 第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。 第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 目录 摘要 (1) 1 设计要求、意义及思路 (2) 1.1 设计意义 (2) 1.2 设计要求 (2) 1.3 设计思路 (3) 2 方案设计及原理 (3) 2.1逆变电路 (3) 2.2 SPWM采样方法选择 (4) 2.3 LC滤波 (5) 2.4 升压变压器 (6) 3 主电路设计及参数设计 (7) 3.1 IGBT三相桥式逆变电路 (7) 3.2 脉宽控制电路的设计 (9) 3.2.1 SG3524芯片 (9) 3.2.2 调制波及载波的产生 (10) 3.3 触发电路的设计 (11) 3.3.1 IR2110芯片构成的触发 (11) 3.3.2 M57962L芯片构成的触发电路 (12) 3.4其他部分的参数设计 (13) 结束语 (15) 参考文献 (16) 附录一： (17) 附录二：主电路图 (18) 三相无源电压型SPWM逆变器的构建及其MATLAB仿真 09 电气工程及其自动化邱迪 摘要：本文简要介绍了三相无源电压型SPWM输出的逆变器的构建和工作方式及其MATLAB 仿真。 关键词：三相逆变器正弦脉宽调制(SPWM)技术MATLAB仿真 Abstract: This paper introduces briefly the construction of 3-phase inverter which output SPWM wave and the MATLAB-based simulation. Key word:Three-phase inverter Sinusoidal Pulse Width Modulation Power electronic technology 1逆变器 1.1逆变器的概念 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。[1] 1.2逆变器涉及的技术 逆变器的构建应用了电力电子学科中的很多关键技术。电路中电流的可控流通断开的过程中应用了多种可控硅类型的电力电子器件；开关的控制过程应用了基于微处理器的现代控制技术；对于正弦波形的仿制过程应用了正弦波脉宽调制（SPWM）技术等等。 1.3逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。 2)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4)按逆变主开关器件的类型，可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管逆变等等。 5)按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。 6)按输出电压或电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。 7)按控制方式，可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。[2] 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。 图 1 三相逆变电路 日常生活中使用的电源大都为单相交流电，而在工业生产中，由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电，例如三相电动机。随着科技的日新月异，很多设备业已小型化，许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这些设备外形发生了很大的变化，其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。在一些条件苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境下使用三相交流电设备，就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生。 三相电压型逆变器 一．电力电子器件的发展： 1.概述： 1957年可控硅(晶闸管)的问世，为半导体器件应用于强电领域的自动控制迈出了重要的一步，电力电子开始登上现代电气传动技术舞台，这标志着电力电子技术的诞生。20世纪60年代初已开始使用电力电子这个名词，进入70年代晶闸管开始派生各种系列产品，普通晶闸管由于其不能自关断的特点，属于半控型器件，被称作第一代电力电子器件。随着理论研究和工艺水平的不断提高，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极性晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展，被称作第二代电力电子器件。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型第三代电力电子器件异军突起，而进入90年代电力电子器件开始朝着智能化、功率集成化发展，这代表了电力电子技术发展的一个重要方向 电子技术被认为是现代科技发展的主力军，电力电子就是电力电子学，又称功率电子学，是利用电子技术对电力机械或电力装置进行系统控制的一门技术性学科，主要研究电力的处理和变换，服务于电能的产生、输送、变换和控制。（电力电子的发展动向）电力电子技术包括功率半导体器件与IC 技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。电力电子器件(Power Electronic Device)又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控创电路中 的大功率(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。广义上电力电子器件可分为电真空器件(Electron Device)和半导体器件(Semiconductor Device)两类。 2.发展： A.整流管： 整流管是电力电子器件中结构最简单、应用最广泛的一种器件。目前主要有普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管三种类型。电力整流管在改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面发挥着非常重要的作用。目前，人们已通过新颖结构的设计和大规模集成电路制作工艺的运用，研制出集PIN整流管和肖特基整流管的优点于一体的具有MPS、SPEED和SSD等结构的新型高压快恢复整流管。它们的通态压降为IV 左右，反向恢复时间为PIN整流管的1/2，反向恢复峰值电流为PIN整流管的1/3。 B.晶闸管： 自1957年美国通用电气公司GE研制出第一个晶闸管开始，其结构的改进和工艺的改革，为新器件开发研制奠定了基础，其后派生出各种系列产品。1964年，GE公司成功开发双向晶闸管，将其应用于调光和马达控制；1965年，小功率光触发晶闸管问世，为其后出现的光耦合器打下了基础；60年代后期，出现了大功率逆变晶闸管，成为当时逆变电路的基本元件；逆导晶闸管和非对称晶闸管于1974年研制完成。 C.门极可关断晶闸管： GTO可达到晶闸管相同水平的电压、电流等级，工作频率也可扩展到 课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: PWM逆变器Matlab仿真 初始条件： 输入110V直流电压； 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、得到输出为220V、50Hz单相交流电； 2、采用PWM斩波控制技术； 3、建立Matlab仿真模型； 4、得到实验结果。 时间安排： 课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。 第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。 第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。 第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 目录 摘要 (1) 1设计方案的选择与论证 (2) 2逆变主电路设计 (2) 2.1逆变电路原理及相关概念 (2) 2.2逆变电路的方案论证及选择 (3) 2.3建立单相桥式逆变电路的S IMULINK的仿真模型 (4) 2.3.1模型假设 (5) 2.3.2利用MATLAB/Simulink进行电路仿真 (5) 3正弦脉宽调制(SPWM)原理及控制方法的SIMULINK仿真 (6) 3.1正弦脉冲宽度调制(SPWM)原理 (6) 3.2SPWM波的控制方法 (7) 3.2.1双极性SPWM控制原理及Simulink仿真 (7) 3.2.2单极性SPWM控制原理及Simulink仿真 (9) 4升压电路的分析论证及仿真 (11) 4.1B OOST电路工作原理 (11) 4.2B OOST电路的S IMULINK仿真 (12) 5滤波器设计 (13) 6 PWM逆变器总体模型 (15) 7心得体会 (18) 参考文献 (19) 院（系）：电气工程学院 摘要 根据三相桥式SPWM逆变电路的工作原理以及特点，采用Simulink中的相关模块建立仿真模型，仿真分析其典型电流、电压波形和工作过程，得到了三相桥式SPWM控制波、负载线电压、负载相电压、负载相电流、负载中性点电压、电源电流波形，解决了三相桥式SPWM逆变电路教学中的难点问题。利用该模型辅助三相桥式SPWM逆变电路教学，直观生动，交互性强，动态显示传真波形。论述了单项正弦波逆变器的工作原理，介绍了SG3524的功能及产生SPWM波的方法，对逆变器的控制及保护电路做了详细介绍，给出了输出电压波形的实验结果。 关键词：三相桥式SPWM逆变；Simulink；仿真；波形； 目录 第1章绪论 (1) 第2章课程设计的方案 (2) 2.1三相桥式SPWM逆变电路的设计内容及要求....... 错误！未定义书签。 2.2SPWM逆变器的工作原理 ....................... 错误！未定义书签。第3章 SPWM逆变器的工作原理. (4) 3.1工作原理 (4) 3.2 控制方式 (5) 3.2.1单极性正弦脉宽调制 (5) 3.2.2双极性正弦脉宽调制 (6) 3.3 正弦脉宽调制的调制算法 (7) 3.3.1 自然采样法 (7) 3.3.2规则采样法 (7) 3.3.3 双极性正弦波等面积法 (7) 第四章MATLAB仿真设计 (8) 4.1 主电路 (8) 4.2 控制电路设计 (9) 4.3仿真结果与分析 (10) 第五章课程设计总结 (15) 参考文献 (16) 第1章绪论 电力电子技术是跨越电力技术、电子技术和控制技术理论三个领域的一门新兴交叉学科，它主要研究应用了电路领域的各种电力半导体器件及其装置，以实现对电能的变换和控制。它可以看成是弱电控制强电的技术，是弱电和强电之间的接口。电力电子技术广泛应用于一般工业、交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等。该课程已成为电气工程与自动化、自动化、电力系统自动化等电类专业的重要专业基础课。 正弦逆变电源作为一种可将直流电能有效地转换为交流电能的电能变换装置被广泛地应用于国民经济生产生活中，其中有：针对计算机等重要负载进行断电保护的交流不间断电源UPS (Uninterruptle Power Supply)；针对交流异步电动机变频调速控制的变频调速器;针对智能楼宇消防与安防的应急电源EPS ( Emergence Power Supply)；针对船舶工业用电的岸电电源 SPS(Shore Power Supply)；还有针对风力发电、太阳能发电等而开发的特种逆变电源等等.随着控制理论的发展与电力电子器件的不断革新，特别是以绝缘栅极双极型晶体管IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor)为代表的自关断可控型功率半导体器件出现，大大简化了正弦逆变电源的换相问题，为各种 PWM 型逆变控制技术的实现提供了新的实现方法，从而进一步简化了正弦逆变系统的结构与控制。 IGBT最大的优点是无论在导通状态还是短路状态都可以承受电流冲击。它的并联不成问题，由于本身的关断延迟很短，其串联也容易。尽管IGBT模块在大功率应用中非常广泛，但其有限的负载循环次数使其可靠性成了问题，其主要失效机理是阴极引线焊点开路和焊点较低的疲劳强度，另外,绝缘材料的缺陷也是一个问题。 在现有的正弦波输出变压变频电源产品中，为了得到SPWM波，一般都采用双极性调制技术。该调制方法的最大缺点是它的6个功率管都工作在较高频率，从而产生了较大的开关损耗，开关频率越高，损耗越大。本文针对正弦波输出变压变频电源 SPWM调制方式及数字化控制策略进行了研究，以SG3524为主控制芯片，以期得到一种较理想的调制方法，实现逆变电源变压、变频输出。 交流调速系统课程设计题目：三相桥式SPWM逆变器的仿真设计 班级：0 姓名： 学号： 指导老师： 目录 摘要 (2) 关键词 (2) 绪论 (2) 三相桥式SPWM逆变器的设计内容及要求 (3) SPWM逆变器的工作原理 (3) 1 工作原理 (5) 2 控制方式 (6) 3 正弦脉宽调制的算法 (9) MATlAB仿真设计 (12) 硬件实验 (19) 实验总结 (23) 附录 Matab简介 (24) 参考文献 (24) 三相桥式SPWM逆变电路设计 摘要： 随着电力电子技术的飞速发展，正弦波输出变压变频电源已被广泛应用在各个领域中，与此同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。因此，研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器控制策略，已成为电力电子领域的研究热点之一。 在现有的正弦波输出变压变频电源产品中，为了得到SPWM波，一般都采用双极性调制技术。该调制方法的最大缺点是它的6个功率管都工作在较高频率(载波频率)，从而产生了较大的开关损耗，开关频率越高，损耗越大。本实验针对正弦波输出变压变频电源SPWM调制方式及数字化控制策略进行了研究，以SG3525为主控芯片，以期得到一种较理想的调制方法，实现逆变电源变压、变频输出。 关键词：逆变器SPWM逆变器的工作原理正弦脉宽调制的调制算法单极性正弦脉宽调制双极性正弦脉宽调制自然采样法规则采样法双极性正弦波等面积法 一、绪论 正弦逆变电源作为一种可将直流电能有效地转换为交流电能的电能变换装置被广泛地应用于国民经济生产生活中,其中有:针对计算机等重要负载进行断电保护的交流不间断电源UPS (Uninterruptle Power Supply) ;针对交流异步电动机变频调速控制的变频调速器;针对智能楼宇消防与安防的应急电源EPS ( Emergence Power Supply) ;针对船舶工业用电的岸电电源SPS(Shore Power Supply) ;还有针对风力发电、太阳能发电等而开发的特种逆变电源等等.随着控制理论的发展与电力电子器件的不断革新,特别是以绝缘栅极双极型晶体管IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor)为代表的自关断可控型功率半导体器件出现,大大简化了正弦逆变电源的换相问题,为各种PWM 型逆变控制技术的实现提供了新的实现方法,从而进一步简化了正弦逆变系统的结构与控制. 电力电子器件的发展经历了晶闸管（SCR）、可关断晶闸管（GTO）、晶体管（BJT）、绝缘栅晶体管（IGBT）等阶段。目前正向着大容量、高频率、易驱动、低损耗、模块化、复合化方向发展，与其他电力电子器件相比，IGBT具有高可靠性、驱动简单、保护容易、不用缓冲电路和开关频率高等特点，为了达到这些高性能，采用了许多用于集成电路的工艺技术，如外延技术、离子注入、精细光刻等。 IGBT最大的优点是无论在导通状态还是短路状态都可以承受电流冲击。它 1 设计任务与要求 条件：输入直流电压：110V。 要求完成的主要任务: （1）开关元器件的选择 （2）各模块方案选择 （3）各模块方案设计 （4）总电路的设计 （5）各模块的器件选型 （6）参数计算 设计容量为3KVA的三相逆变器，要求达到： （1）输出380V，频率50Hz三相交流电 （2）完成总电路设计 （3）完成电路中各元件的参数计算 1.1 设计任务分析 由于输入直流电压只有110V，而输出交流电压要求有效值为380V，所以必须通过升压电路将直流电压升到到一定值才能作为逆变器的输入电压。逆变器的核心是半导体开关器件，不同拓扑的逆变电路有不同的优缺点和应用领域。半导体开关器件需要触发信号才能导通，要使逆变器输出正弦波形，则需要特殊的触发电路对开关器件进行调制。逆变器输出带有高次谐波，需要滤波电路对谐波进行。在进行仿真前，需对上述电路模块进行比较论证和选择。 1.2 设计思路 首先，考虑输入直流电压为110V而输出380V、频率50Hz三相交流电，要采用斩波电路升压到大于380以上，可以用直流斩波升压电路、直流斩波升降压电路等。其次要求由直流变为三相交流电，可采用电压型逆变电路、电流型逆变电路。逆变电路得到的是三相矩形波，再用PWM或者SPWM开关采用规则采样法将矩形波变为三相波，最后用滤波器滤波得到最终的所要的三相电，设计流程图如图1.1所示 图1.1设计流程图 2 设计意义及原理 2.1 设计意义 逆变电源技术的核心部分是逆变器和其控制部分。逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但其含有较大成分低次谐波等缺点，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器件BJT，IGBT，GTO 等的发展和PWM 的控制技术的日趋完善，使SPWM 逆变器得以迅速发展并广泛使用众所周知。 逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但由于其含有较大成分低次谐波等缺点，近十余年来，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器BJT，IGBT，GTO等的发展和PWM的控制技术的日趋完善，使SPWM逆变器得以迅速发展并广泛使用。 PWM控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲宽度和周期以达到变压目的或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术，SPWM 控制技术又有许多种，并且还在不断发展中，但从控制思想上可分为四类，即等脉宽PWM 法，正弦波PWM 法（SPWM 法），磁链追踪型PWM 法和电流跟踪型PWM 法，其中利用SPWM 控制技术做成的SPWM 逆变器具有以下主要特点： （1）逆变器同时实现调频调压，系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响。 （2）可获得比常规六拍阶梯波更接近正弦波的输出电压波形，低次谐波减少，在电气传动中，可使传动系统转矩脉冲的大大减少，扩大调速范围，提高系统性能。 （3）组成变频器时，主电路只有一组可控的功率环节，简化了结构，由于采用不可控整流器，使电网功率因数接近于1，且与输出电压大小无关。 在后备式供电中，蓄电池作为一种非常重要的储能介质，在各个行业都得到了广泛的应用。由于单个电池的参数存在着差别，不能通过将蓄电池并联的方法来提高直流供电系统的容量，因此在电池的容量不能满足实际需求时，最直接的办法就是多个蓄电池串联共同提供能量。所串的蓄电池越多，蓄电池组能够提供的能量就越多，但输出端电压就越高，此时，逆变器输入直流电压的上限就直接决定了蓄电池组的容量 大小。 另外，高压变频器广泛的应用于轧钢、造纸、水泥制造、矿井提升、轮船推进器等传统工业的改造和高速列车、城市地铁轻轨、电动汽车中，其核心部分也是高压逆变器。 湖南文理学院课程设计报告 课程名称：专业设计 系部：电气与信息工程学院 专业班级：自动化07103班 学生姓名：姚金兵 学好：200716010324 指导教师：敖章鸿 完成时间：2010.12.30 评阅意见： 评阅教师日期 目录 一、设计要求 ------------------------------------------------------------------------------------------ - 3 - 二、设计的目的 ---------------------------------------------------------------------------------------- - 3 - 三、设计的具体 ---------------------------------------------------------------------------------------- - 3 - （1）、系统概述 -------------------------------------------------------------------------------------- - 3 - 1、三相pwm逆变器工作原理----------------------------------------------------------------- - 3 - 2、单元电路设计---------------------------------------------------------------------------------- - 4 - （2）、控制电路设计 ------------------------------------------------------------------------------- - 6 - 1、触发电路 ---------------------------------------------------------------------------------------- - 6 - （3）、双闭环控制电路的工作原理---------------------------------------------------------- - 8 - 1、电流调节器------------------------------------------------------------------------------------- - 8 - （4）、检测电路 ------------------------------------------------------------------------------------ - 10 - 1、电流互感器----------------------------------------------------------------------------------- - 10 - 2、电压互感器----------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 3、给定电压 -------------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 4、仿真与分析----------------------------------------------------------------------------------- - 12 - 四．心得体会及建议 ------------------------------------------------------------------------------ - 12 - 五、参考文献 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 14 - 六、附录--------------------------------------------------------------------------------------------------- - 15 - 《通信系统仿真》实验报告 姓名杨利刚班级A0811 实验室203 组号28 学号28 实验日期 实验名称实验三Simulink建模与仿真实验成绩教师签字 一、实验目的 1、了解simulink的相关知识 2、掌握Matlab/simulink提供的基本模块库和常用的模块 3、掌握simulink建模仿真的基本方法 二、实验原理 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，并且提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。 Simulink基本库是系统建模中最常用的模块库，原则上一切模型都是可以由基本库中的模块来构建，为了方便专业用户使用，Simulink还提供了大量的专业模块库，如为通信系统和信号处理而提供的CDMA参考库、通信模块库和DSP模块库等，但是，建议初学者不宜过多使用这些专业库，而应当从所建摸的系统原理入手，利用基本模块来构建系统，以深入理解系统运行情况。 Simulink的常用库模块有12个： （1）连续时间线性系统库；（2）非连续系统库；（3）离散系统库；（4）查表操作模块；（5）数学函数库；（6）模型检查和建模辅助工具；（7）端口和子系统；（8）信号路由库；（9）信号属性转换库；（10）信号源库；（11）信宿和仿真显示仪器库；（12）用户自定义函数库。 Simulink的建模主要是子系统的建模，子系统建模完成后，再对其进行封装，即完成了一个基本模型的建立。 三、实验内容 1、现有对RLC充放电电路进行仿真的模型。请参照仿真模型，进行Simulink的建模仿真，相关参数按照例题中的参数设置。三相PWM逆变器的设计_毕业设计
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