逆变电源Matlab仿真研究
- 格式：doc
- 大小：614.50 KB
- 文档页数：15
目录摘要 (III)第1章绪论............................................... 错误！未定义书签。
1.1设计实现要求 (1)1.2设计方案确定 (1)第2章原理简介........................................................ - 2 - 2.1逆变电源的原理简介 (2)2.2升压斩波电路 (2)2.2.1 升压电路原理图................................................ - 2 -2.2.2 原理分析...................................................... - 2 - 2.3三相电压型桥式逆变电路.. (3)2.3.1 逆变电路原理图................................................ - 3 -2.3.2 逆变电路原理.................................................. - 3 - 2.4SPWM逆变器的工作原理. (4)2.5S IMULINK仿真环境 (4)第3章仿真建模........................................................ - 5 - 3.1斩波电路仿真建模.. (5)3.2逆变电路仿真建模 (6)3.3逆变电源仿真建模 (6)第4章仿真实现...................................................... - 8 - 4.1斩波电路仿真实现.. (8)4.2逆变电路仿真实现 (9)4.3逆变电源仿真实现 (9)总结.................................................................. - 12 - 参考文献.............................................................. - 13 -摘要基本电力电子电路分为四类，分别是：整流电路，将交流电变为直流电的电路；直流斩波电路，将直流电变成另一固定电压或可调电压的直流电的电路；交流-交流变流电路，将一种形式的交流电变成另一种形式交流电的电路；逆变电路，将直流电变为交流电的电路。
逆变器也称逆变电源，是将直流电能转变成交流电能的变流装置，是太阳能、风力发电中的一个重要部件。
随着微电子技术与电力电子技术的迅速发展，逆变技术也从通过直流电动机——交流发电机的旋转方式，发展到晶闸管逆变技术，控制电路也从模拟集成电路发展到单片机控制甚至采用数字信号处理器控制。
本次的课程设计要求对逆变电源进行Matlab仿真研究，输入为100V，输出为380V、50Hz三相交流电，采用PWM斩波控制技术，建立Matlab仿真并得到实验结果。
PWM（Pulse Width Modulation）控制就是对脉冲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（含形状和幅值）。
面积等效原理是PWM控制技术的重要理论基础。
PWM逆变电路的控制方法有计算法和调制法。
本文用matlab实现对逆变电源的仿真研究， Simulink是Matlab的仿真集成环境，是一个实现动态系统建模、仿真的集成环境。
它使Matlab的功能进一步增强。
本文主要通过对逆变电源的Matlab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，从而为以后的学习和研究奠定基础，同时也学习使用Matlab软件的Simulink 集成环境进行仿真的相关操作。
关键词：PWM 逆变电源 matlab仿真1.方案论证1.1设计实现要求本次课程设计要求对逆变电源进行Matlab仿真研究，输入为100V，输出为380V、50Hz三相交流电，采用PWM斩波控制技术，建立Matlab仿真模型并得到实验结果。
1.2 设计方案确定题目中要求的输出为380V、50Hz三相交流电，显然不能直接由输入的100V直流电逆变产生，需将输入的100V直流电压通过斩波电路提高电压，再经过逆变过程及滤波电路得到要求的输出。
根据课本所学的，可以采用升压斩波电路和三相电压型桥式逆变电路的组合电路，将升压后的电压作为逆变电路的直流侧，得到三相交流电，同时采用PWM控制技术，使其频率为50HZ。
根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路分为脉冲宽度调制（PWM）、频率调制和混合型三种。
在此使用第一种方法，也是应用最多的方法。
通过控制开关器件的通断实现电能的储存和释放过程，输出信号为方波，调节脉宽可以控制输出的电压的大小。
根据直流侧电源性质不同，逆变电路可分为电压型逆变电路和电流型逆变电路。
这里的逆变电路属电压型。
采用等腰三角波作为载波，用SPWM进行双极性控制。
该电路的输出含有谐波，除了使波形具有对称性减少谐波和简化控制外，还需要专门的滤波电路进行滤波。
滤波电路采用RLC滤波电路。
直流斩波电路采用PWM斩波控制，输出的方波经过滤波电路后变为直流电送往逆变电路。
逆变采用PWM逆变电路，采用SPWM作为调制信号，输出PWM波形，再经过滤波电路得到380V、50Hz三相交流电。
系统总体框图如图1-1所示。
图1-1 系统总体框图最后通过MATLAB集成环境simulink进行仿真，验证结果。
2.原理2.1 逆变电源的原理 利用晶闸管电路把直流电转变成交流电,这种对应于整流的逆向过程,定义为逆变。
例如:应用晶闸管的电力机车,当下坡时使直流电动机作为发电机制动运行,机车的位能转变成电能,反送到交流电网中去。
又如运转着的直流电动机,要使它迅速制动,也可让电动机作发电机运行,把电动机的动能转变为电能,反送到电网中去。
把直流电逆变成交流电的电路称为逆变电路。
在特定场合下,同一套晶闸管变流电路既可作整流,又能作逆变。
变流器工作在逆变状态时,如果把变流器的交流侧接到交流电源上,把直流电逆变为同频率的交流电反送到电网去,叫有源逆变。
如果变流器的交流侧不与电网联接,而直接接到负载,即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载,则叫无源逆变。
交流变频调速就是利用这一原理工作的。
有源逆变除用于直流可逆调速系统外,还用于交流饶线转子异步电动机的串级调速和高压直流输电等方面。
2.2 升降压斩波电路2.2.1 升降压电路原理图 图2-1 升降压斩波电路原理图 2.2.2 基本工作原理V 通时，电源E 经V 向L 供电使其贮能，此时电流为i1。
同时，C 维持输出电压恒定并向负载R 供电；V 断时，L 的能量向负载释放，电流为i2。
负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。
输出电压为：E E t T t E t t U αα-=-==1on on off on o当0<a <1/2时为降压，当1/2<a <1时为升压，故称作升降压斩波电路。
也有称之为buck-boost 变换器。
波形如图2-2。
图2-2 波形2.3 三相桥式电压型逆变电路2.3.1 逆变电路原理图图2-3 三相桥式逆变电路原理图2.3.2 逆变电路原理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'/2UN d u U =。
当rU u <c u 时，给4V 以导通信号，给1V 以关断信号，则'/2UN d 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。
2.4 SPWM逆变器的工作原理所谓的SPWM 波形就是与正弦波形等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，等效的原则是每一区间的面积相等。
把一个正弦波分作几等份，然后把每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等份的中点相重合。
这样由几个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦波等效，称作SPWM 波形。
同样，正弦波的负半周也用同样的方法与一系列负脉冲波等效。
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。
2.5 SimulinkSimulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。
Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
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。
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(GUI) ，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是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。
对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink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。
.3．仿真建模根据系统总体框图，可将其分为PWM升降压斩波电路和三相逆变电路电路（含滤波电路），下面分别对其进行仿真建模。
3.1 斩波电路仿真建模斩波电路我采用了升降压斩波电路，原理前面也讲得很清楚了。
电路输出的电压还要经逆变后滤波，故对波形的要求不是很高，与负载并联的电容C取很大，就可以达到滤波的目的，因此不需另外添加滤波电路。
