逆变电路仿真

基于simulink 的单相全桥逆变电路仿真实验11电牵3班罗凯关键字：单相 全桥 逆变 simulink本次实验主要为利用simulink 中的块原件来构建电力电子中的一种基本整流电路——单相全桥逆变电路，电路的功能是将直流电逆变为交流电，在逆变电路的设计过程中，需要对设计电路及有关参数选择是否合理、效果好坏进行验证。

如果通过实验来验证， 需要经过反复多次的元件安装、调试、重新设计等步骤， 这样使得设计耗资大，效率低， 周期长。

现代计算机仿真技术为电力电子电路的设计和分析提供了崭新的方法， 可以使复杂的电力电子电路、系统的分析和设计变得更加容易和有效。

Matlab 是一种计算机仿真软件， 它是以矩阵为基础的交互式程序计算语言。

Simulink 是基于框图的仿真平台， 它挂接在Matlab 环境上，以Matlab 的强大计算功能为基础， 用直观的模块框图进行仿真和计算。

其中的电力系统（Power System ）工具箱是专用于RLC 电路、电力电子电路、电机传动控制系统和电力系统仿真用的模型库。

以Matlab7.0 为设计平台， 利用Simulink 中的Pow er System 工具箱来搭建整流电路仿真模型，设置参数进行仿真。

一、 单相全桥逆变电路工作原理1、 电路结构单相电压型全桥逆变电路的原理图及波形(阻感性负载）（图a） 输出电压（图 b ）输出电流（图 c ）直流输入电流（图 d ） 2、 工作原理a)两个半桥电路的组合；b) V1和V4一对，V2和V3另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导通180°；c) uo 波形同半桥电路的uo ，幅值高出一倍U m =U d ； d) i o 波形和半桥电路的i o 相同，幅值增加一倍； e) 单相逆变电路中应用最多的； 3、 输出电压参数分析a)tb)c)d)tuo 成傅里叶级数基波幅值基波有效值当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 4、 移相调压方式（通过逆变器本身开关控制,适用于单相）图示单相全桥逆变电路的移相调压方式可采用移相方式调节逆变电路的输出电压，称为移相调压各栅极信号为180°正偏，180°反偏，且V 1和V 2互补，V 3和V 4互补关系不变但V 3的栅极信号只比V 1落后q ( 0<q <180°)u o 成为正负各为q 的脉冲，改变q 即可调节输出电压有效值 uo 成傅里叶级数输出电压的有效值:⎪⎭⎫ ⎝⎛+++= t t t U u ωωωπ5sin 513sin 31sin 4d o ddo1m 27.14U U U ==πdd1o 9.022U U U ==πa)b)图5-7VD 3VD 4u u u u i o u od o 1,3,54sin sin 2n U n u n t n θω∞==π∑o dU U =基波有效值随着θ 的变化，谐波幅值也发生变化，特别是当θ 较小时，较低次的谐波幅值将与基波的幅值相当，所以，这种调压方式不适合大范围的调压。

基于matlab的三相桥式PWM逆变电路的仿真实验报告一、小组成员指导教师二、实验目的1.深入理解三相桥式PWM逆变电路的工作原理。

2.使用simulink和simpowersystem工具箱搭建三相桥式PWM逆变电路的仿真框图。

3.观察在PWM控制方式下电路输出线电压和负载相电压的波形。

4.分别改变三角波的频率和正弦波的幅值，观察电路的频谱图并进行谐波分析。

三、实验平台Matlab / simulink / simpowersystem五、实验模块介绍1. 正弦波，电路常用到的正弦信号模块，双击图标，在弹出的窗口中调整相关参数。

其信号生成方式有两种：Time based和Sample based。

2. 锯齿波发生器，产生一个时基和高度可调的锯齿波序列。

3. 示波器，其模块可以接受多个输入信号，每个端口的输入信号都将在一个坐标轴中显示。

4. 关系运算符，<、>、=等运算。

5. 直流电压源，提供一个直流电源。

6. 三相RLC串联电路，电阻、电感、电容串联的三相电路，单位欧姆、亨利、法拉。

7. 电压测量，用于检测电压，使用时并联在被测电路中，相当于电压表的检测棒，其输出端“v”则输出电压信号。

8. 多路测量仪，可以接收该需要测模块的电压、电流或电压电流信号并输出。

9. IGBT/二极管，带续流二极管的IGBT 模型.10 为了执行仿真其可以允许修改初始状态、进行电网稳定性分析、傅里叶分解等功能.六、实验原理三相桥式PWM逆变电路图1-1如下：图1-1三相桥式PWM逆变电路图三相桥式PWM逆变电路波形七、仿真实验内容三相桥式PWM逆变电路仿真框如图1-2所示：图1-2 三相桥式PWM逆变电路仿真框图仿真参数设置如下：三角波参数如图1-3所示：载波频率f=1kHz,周期T=1e-3s,幅值Ur=1V.图1-3三角波参数图正弦波参数，正弦信号A/B/C相位差为120，分别为0、2*pi/3、-2*pi/3，幅值都为1，如图1-4、1-5、1-6所示。

三相SPWM逆变器仿真一、原理分析1、基本原理按照输出交流电压半周期内的脉冲数，脉宽调制（PWM）可分为单脉冲调制和多脉冲调制；按照输出电压脉冲宽度变化规律，PWM可分为等脉宽调制和正弦脉宽调制（SPWM）。

等脉宽调制产生的电压波形中谐波含量仍然很高，为了使输出电压波形中基波含量增大，应选用正弦波作为调制信号u R。

这是因为等腰三角形的载波u T上、下宽度线性变化，任何一条光滑曲线与三角波相交时，都会得到一组脉冲宽度正比于该函数值的矩形脉冲。

而且在三角载波u T不变条件下，改变正弦调制波u R的周期就可以改变输出脉冲宽度变化的周期；改变正弦调制波u R的幅值，就可改变输出脉冲的宽度，进而改变u D中基波u D1的大小。

这就是正弦脉宽调制（sine pulse width modulated,SPWM）。

2、正弦脉宽调制方法（此处仅介绍了采样法）SPWM是以获得正弦电压输出为目标的一种脉宽调制方式。

这里就以应用最普遍的三相电压源型逆变电路来讨论SPWM具体实现方法。

下图就是三相电压源型PWM逆变器主电路结构图：图—1上图为一三相电压源型PWM逆变器，VT1~VT6为高频自关断器件，VD1~VD6为与之反并联的快速恢复二极管，为负载感性无功电流提供通路。

两个直流滤波电容C串联接地，中点O’可以认为与三相Y接负载中点O等电位。

逆变器输出A、B、C三相PWM电压波形取决于开关器件VT1~VT6上的驱动信号波行，即PWM的调制方式。

假设逆变电路采用双极性SPWM控制，三相公用一个三角形载波u T,三相正弦调制信号u RA、u RB、u RC互差120o,可用A相来说明功率开关器件的控制规律，正如下图中所示。

当u RA>u T时，在两电压的交点处，给A相上桥臂元件VT1导通信号、下桥臂元件VT4关断信号，则A相与电源中点O’间的电压u AO’=E/2。

当u RA<u T时，在两电压的交点处给VT4导通信号、VT1关断信号，则u AO’=-E/2。

2011-2012学年第二学期工作室项目研究报告研究题目：三相桥式有源逆变电路的仿真班级：姓名：同组人：指导教师：2012年6月10日1、前言通常把交流电能变换成直流电能的过程称之为整流，而把直流电能变换成交流电能的过程称之为逆变，它是整流的逆过程。

在逆变电路中，按照负载性质的不同，逆变分为有源逆变和无源逆变。

Matlab软件是一种用于科学工程的高级语言，也是当今控制系统设计与仿真中重要的工具软件，Matlab提供的仿真工具箱Simulink是一个功能十分强大的仿真软件，可以根据用户的需要方便地为系统建立模型，并且十分直观，仿真精度高，结果准确。

本次工作室项目主要对有源逆变电路进行讨论,并应用Matlab的可视化仿真工具Simulink对三相全桥有源逆变电路进行建模,并对仿真结果进行了分析, 并得出了正确的仿真结果。

采用Matlab 来仿真电力电子技术课程中的传统实验,和传统的硬件实验对比,此实验方法有很大优越性。

2、变换器工作原理所谓逆变，就是要求把负载（电机）吸收的直流电能转变为交流电能反馈回电网。

三相桥式有源逆变电路实质上是三相桥式可控整流电路工作的一个特定状态，三相桥式逆变电路原理图如图1所示。

要使整流电路工作于逆变状态，必须有两个条件：(1)变流器的输出Ud能够改变极性。

因为晶闸管的单向导电性，电流Id不能改变方向，为了实现有源逆变，必须去改变Ud 的电极性。

只要使变流器的控制角α>90°即可。

(2)必须要有外接的直流电源E，并且直流电源E也要可以改变极性，并且|E|>|Ud|。

上述条件必须同时满足，才能实现有源逆变。

图（1）三相桥式有源逆变电路原理图3、仿真模型的建立3.1三相半波可控整流及有源逆变电路的建模和参数设置（1）建立一个新的模型窗口，命名为YYNB。

（2）打开电源模块组,分别复制三个交流电压源到YYNB模型窗口中,重命名为Ua、Ub、Uc。

打开参数设置对话框,按三相对称正弦交流电源要求设置参数(Um=50V、f=50Hz、初相位依次为0°、-120°、-240°)；打开电力电子模块组，复制一个通用变流器桥到YYNB窗口中，选择Thyristor类型，桥的结构选择三相。

目录1概述 (1)1.1 逆变电路简介 (1)1.2 PWM简介 (1)2 三相电压源逆变器工作原理 (3)3 Matlab仿真建模与分析 (5)3.1三相SPWM波的产生 (5)3.2 SPWM逆变器仿真 (6)3.3 滤波器粗略分析 (10)三相电压源型SPWM逆变器的设计1概述1.1 逆变电路简介与整流相对应，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连接时，称为无源逆变。

又逆变电路根据直流侧电源性质不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的称为电流型逆变电路；它们也分别被称为电压源型逆变电路和电流源型逆变电路。

其中，电压源型逆变电路有以下主要特点：直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源，直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗；由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。

而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同；当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。

1.2 PWM简介PWM（Pulse Width Modulation）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形。

PWM控制技术的重要理论基础是面积等效原理，即：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

下面分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。

把正弦半波分成N等分，就可以把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。

如果把这些脉冲序列用相同数量的等幅不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就可得到图1-1所示的脉冲序列，这就是PWM波形。

三相整流及逆变电路仿真分析目录1 整流电路 (3)1.1整流电路概述 (3)1.2三相半波可控整流电路 (3)1.2.1电阻性负载 (3)1.2.2阻感性负载 (4)1.3三相桥式全控整流电路 (5)1.3.1电阻性负载 (5)1.3.2阻感性负载 (6)1.3.3 UVT1触发脉冲丢失 (7)2 逆变电路 (8)2.1.逆变电路概述 (8)2.2三相有源逆变电路仿真分析 (8)2.3 逆变失败 (9)3 高压直流输电 (10)3.1 十二脉冲桥式整流电路 (10)3.1.1仿真分析 (10)3.1.2频谱分析 (10)3.1.3加滤波改善波形 (11)3.2 闭环控制电路 (11)3.2.1整流阶段 (11)3.2.2逆变阶段 (12)3.2简单直流输电系统 (13)4 总结与改进 (14)整流逆变电路分析与仿真摘要:本文以相控整流电路为研究对象，介绍了三相整流电路、逆变电路的工作原理，基于PSIM软件搭建电路，分析了在几种常见的触发角下整流电路的工作情况，并以12脉冲整流电路为例，通过FFT比较了电路有无滤波两种情况输出电压谐波的的不同。

通过负反馈的闭环控制方式使得整流电路电压、电流更加平稳。

通过两个三相桥搭建出了十二脉动整流电路。

最后综合了十二脉动整流、逆变电路，以及闭环控制对高压直流输电进行了仿真，并尝试将复杂电路模块化。

关键词：整流逆变电路; PSIM仿真，十二脉动，高压直流输电，闭环控制1 整流电路1.1整流电路概述电力变换的基本形式包括整流（AC-DC）、逆变（DC-AC）、斩波（DC-DC）、交流电力控制（AC-AC）。

整流是电力变换的基本形式之一，相控整流电路是整流电路的一种，广泛应用于电力电子系统中。

由晶闸管组成，通过控制触发延迟角控制触发脉冲相位来调节输出电压。

整流电路按照电源相数可分为单相、三相、多相，按照接线形式可分为半波、桥式，按照组成器件可分为不可控、全控、半空，按照负载性质可分为电阻、阻感、反电动势整流电路。

辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：单相桥式整流/逆变电路的设计及仿真院（系）：电气工程学院专业班级：自动化111班学号： *********学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2013.12.30-2014.1.10课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号 1103020 学生姓名 专业班级课程设计（论文）题目单相桥式整流/逆变电路的设计及仿真课程设计（论文）任务 课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数 实现功能整流电路是将交流电能变成直流电供给直流用电设备，在生产实际中，用于电阻加热炉、电解、电镀中，这类负载属于电阻类负载。

逆变电路是把直流电变成交流电。

逆变电路应用广泛，在各种直流电源中广泛使用。

设计任务及要求 1、确定系统设计方案，各器件的选型 2、设计主电路、控制电路、保护电路； 3、各参数的计算；4、建立仿真模型，验证设计结果。

5、撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。

技术参数整流电路：单相电网220V ，输出电压0~100V ，电阻性负载，，R=20欧姆 逆变电路：单相全桥无源逆变，输出功率200W ，输出电压100Hz 方波 进度计划1、 布置任务，查阅资料，确定系统方案（1天）2、 系统功能分析及系统方案确定（2天）3、 主电路、控制电路等设计（1天）4、 各参数计算（1天）5、 仿真分析与研究（3天）6、 撰写、打印设计说明书（1天）答辩（1天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩：总成绩： 指导教师签字： 年 月 日摘要整流电路是把交流电转换为直流电的电路。

大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。

逆变电路是把直流电变成交流电的电路，与整流电路相对应。

无源逆变电路则是将交流侧直接和负载连接的电路。

此次设计的单相桥式整流电路是利用二极管来连接成“桥”式结构，达到电能的充分利用，是使用最多的一种整流电路。

三相逆变电路仿真直流电压750V ；逆变器用Universal Bridge 模块，器件选IGBT 。

负载用阻感负载，电阻1Ω，电感10 mH ，三相星接。

1、180°导电模式仿真：驱动信号相互移相60度；仿真时间0.2秒，算法ode23tb ，最大步长限制为1e-5。

(1)记录a 相电压（a 相桥臂中点到负母线）和ab 线电压波形，记录a 相电流波形； ①输出电压频率为50Hz ：a 相电压U aab 线电压U aba 相电流I a②输出电压频率为25Hz ：a 相电压U aab 线电压U aba 相电流I a(2)分析a 相电压和ab 线电压的基波、5次谐波、7次谐波幅值，并与理论公式对比，并将输出电压频率为25Hz ，与50Hz 时的电压谐波分析结果对比。

使用“powergui ”的“FFT Analysis ”功能进行谐波分析，并记录数据，由表中的数据分析： （1）对比不同频率下的测量结果与理论计算值，可以看出二者基本一致；（2）对比频率分别为25Hz 和50Hz 的测量结果，可以看出当频率变化时，基波和谐波的幅值基本没有变化，这也可以由计算公式看出，基波幅值的大小与输出频率无关。

理论计算公式：相电压：基波幅值：U a1=2U d /π，谐波幅值U n =U a1/n ；线电压：基波幅值：U ab1=2√3V d /π，谐波幅值U n =U ab1/n2、SPWM 三相逆变器仿真载波频率2150Hz ，调制度0.83，频率50Hz ；仿真时间0.2秒。

(1)记录a 相电压和ab 线电压波形：a 相电压U aab 线电压U aba 相电流I aa 相电压的频谱图(2)记录a 相电流波形，并简要分析其变化趋势；a 相电流在刚启动时有过流的现象，在经过2个周期后达到波形不再变化，始终以幅值为100，周期为0.02 s ，且无直流分量的正弦波波动。

(3)使用“powergui ”的“FFT Analysis ”功能对a 相电压和a 相电流进行谐波分析。