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电力电子课设

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CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 课 程 设 计 说 明 书 课程设计名称：电力电子技术 题目：基于PWM控制的三相逆变电路建模与仿真

二级学院（直属学部）：电气与光电工程学院 专业：新能源科学与工程 班级：14能源二 学生姓名： 张富佳 学号：14021327 指导教师： 柴济民 职称： 讲 师

2017年2月 - 2 -

电力电子课程设计任务书 二级学院：电气与光电工程学院 班级：14能源二 组号： 专业：新能源科学与工程 指导教师： 柴济民 职称： 讲 师

课题名称 基于PWM控制的三相逆变电路建模与仿真

课 题 内 容 及 指 标 要 求

课题内容： 1、根据设计要求完成基于IGBT模块的PWM三相逆变主电路建模； 2、根据设计要求完成基于SPWM载波调制方式的控制模块建模； 3、根据设计要求完成基于电流滞环控制方式的控制模块建模； 4、在两种不同控制模式下分别进行逆变电路的仿真，并对输出波形进行分析； 5、仿真软件采用MATLAB/SINMULINK模块。

指标要求： 1、输入直流电压可调 220 V； 2、载波调制中采用三角波载波，并对其参数进行设置载波比 5 调制比 0.902 ； 3、电流滞环环节的滞环上下限 0.3 指令电流 12A ； 4、负载电阻负载为 3 ，电感负载 5 mH； 5、要求两种方式下输出电流接近正弦波，并用FFT模块进行分析中各种谐波含量。

进程安排

第1-2天 阅读教材课程设计指导书，熟悉设计要求和设计方法，理论学习和熟悉PWM控制的基本原理； 第3天 搭建三相PWM逆变电路主电路模型； 第4-5天 构建基于载波调制的控制模块，并进行系统仿真调试； 第6-7天 构建基于电流滞环的控制模块，并进行系统仿真调试； 第8-9天 分析仿真波形，撰写课程设计说明书； 第10天 完善设计并答辩。

起止日期

2017年2月20日—2017年3月3日 - 3 -

目 录 一、课题背景........................................................................................................... - 4 - 1.3载波调制技术原理...................................................................................... - 6 - 1.4电流滞环控制技术原理.............................................................................. - 6 - 二、课题设计要求................................................................................................. - 10 - 三、课题设计方案................................................................................................. - 11 - 3.1系统的组成................................................................................................ - 11 - 3.2主电路设计................................................................................................ - 11 - 3.3载波调制控制仿真电路的设计................................................................ - 12 - 3.4电流滞环控制仿真电路的设计................................................................ - 15 - 四、仿真结果......................................................................................................... - 19 - 4.1基于载波调制逆变电路仿真.................................................................... - 19 - 4.2基于电流滞环控制逆变电路仿真............................................................ - 21 - 五、总结................................................................................................................. - 25 - 六、参考文献......................................................................................................... - 26 - 七、附录................................................................................................................. - 27 - - 4 -

一、课题背景 1.1课题的意义 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。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。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。目前电力电子器件正向着大容量、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。

1.2PWM三相逆变电路的工作原理 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，就可得到下图1-1所示的脉冲序列，这就是PWM波形。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM - 5 -

波形，也称为SPWM波形。SPWM波形如下图所示： 图1-1 单极性PWM控制方式波形 上图波形称为单极性SPWM波形，根据面积等效原理，正弦波还可等效为

下图中的PWM波，即双极性SPWM波形，而且这种方式在实际应用中更为广泛。 PWM逆变电路可分为电压型和电流型两种，目前实际应用的几乎都是电压型电路，因此主要分析电压型逆变电路的控制方法。要得到需要的PWM波形有两种方法，分别是计算法和调制法。根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形，这种方法称为计算法。由于计算法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。与计算法相对应的是调制法，即把希望调制的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作为载波，在调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。下面具体分析单相桥式逆变电路的单极性控制方式。图1-2是采用IGBT作为开关器件的单相桥式电压型逆变电路。

图1-2 三相桥式PWM逆变电路

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电力电子课程设计matlab仿真实验

电力电子课程设计matlab仿真实验

一．课程设计目的（1）通过matlab的simulink工具箱，掌握DC-DC、DC-AC、AC-DC电路的仿真。

通过设置元器件不同的参数，观察输出波形并进行比较，进一步理解电路的工作原理；（2）掌握焊接的技能，对照原理图，了解工作原理；（3）加深理解和掌握《电力电子技术》课程的基础知识，提高学生综合运用所学知识的能力；二．课程设计内容第一部分：simulink电力电子仿真/版本matlab7.0（1）DC-DC电路仿真（升降压（Buck-Boost）变换器）仿真电路参数：直流电压20V、开关管为MOSFET（内阻为0.001欧）、开关频率20KHz、电感L为133uH、电容为1.67mF、负载为电阻负载（20欧）、二极管导通压降0.7V（内阻为0.001欧）、占空比40%。

仿真时间0.3s，仿真算法为ode23tb。

图1-1占空比为40%的，降压后为12.12V。

触发脉冲、电感电流、开关管电流、二极管电流、负载电流、输出电压的波形。

图1-2占空比为60%的，升压后为28.25V。

触发脉冲、电感电流、开关管电流、二极管电流、负载电流、输出电压的波形。

图1-3•图1-4升降压变换电路（又称Buck-boost电路）的输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反，其电路原理图如图1-4(a)所示。

它主要用于要求输出与输入电压反相，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源工作原理：①T导通，ton期间，二极管D反偏而关断，电感L储能，滤波电容C向负载提供能量。

②T关断，toff期间，当感应电动势大小超过输出电压U0时，二极管D导通，电感L经D向C和RL反向放电，使输出电压的极性与输入电压在ton期间电感电流的增加量等于toff期间的减少量，得：由的关系，求出输出电压的平均值为：上式中，D为占空比，负号表示输出与输入电压反相；当D=0.5时，U0=Ud；当0.5<D<1时，U0>Ud，为升压变换；当0≤D<0.5时，U0<Ud，为降压变换。

《电力电子技术》课程标准

《电力电子技术》课程标准

电力电子技术课程标准
二、课业计划
三、汽车文化实践教学装备标准
四、实施建议
1.建议本课程采用理论与实践、资源一体化的教学模式和行动导向的教学方法；
2.教学场所中应设置理论教学区和实操教学区，最好在理论教学区中还能设置学习讨论区，配备课程中各学习任务所需的挂图、图片和计算机网络资源查询等；
3.为保证教学的效果，建议每位指导教师负责组织和指导15～20个学生，学生分组控制在4～5人/组；
4.教师在讲授或演示教学中，尽量使用多媒体教学设备，利用丰富的信息资源配备丰富的课件、DVD等多媒体教学资源；
5.评价方式以学生自评为主，学生互评为辅，教师在评价过程中起引导调控作用。

教师评价内容：要观察学生的学习过程，根据学生自我评价和小组评价情况，给出总体评价和改善意见。

6.学习资源如下：
（1）人民交通出版社的《电力电子技术》（张涛，2005）
（2）
（3）
7.教材在实际使用中，要以实际的师资、学生、场地和设备等条件进行调整，并结合电力电子技术发展与地位的实际、具体学习任务对教学时间和教学内容进行修改。

电力电子技术课程设计题目

电力电子技术课程设计题目

电气与自动化专业仿真指导丛书电力电子技术仿真第三至七章课题湖南科技大学电气工程系2015一、题目1、单相桥式全控整流电路仿真(输出电压48V，电流10A)2、单相桥式半控整流电路仿真(输出电压24V，电流3A)3、单相全波整流电路仿真(输出电压15V，电流1A)4、三相半波可控整流电路仿真(输出电压64V，电流20A)5、三相桥式全控整流电路仿真(输出电压110V，电流50A)6、三相桥式半控整流电路仿真(输出电压110V，电流200A)7、单相桥式全控有源逆变电路仿真(输出电压48V，电流5A)8、单相全波有源逆变电路仿真(输出电压36V，电流6A)9、三相半波有源逆变电路仿真(输出电压110V，电流10A)10、三相桥式有源逆变电路仿真(输出电压110V，电流300A)11、基于集成电路的降压斩波器仿真（电源：110V；输出：50V, 100A，IGBT）12基于单片机的降压斩波器仿真（电源：110V；输出：60V, 200A，IGBT）13、基于集成电路的电流可逆斩波电路仿真（电源：220V；电机：110V, 10A，IGBT）14、基于单片机的电流可逆斩波电路仿真（电源：220V；电机：48V, 4A，IGBT）15、基于单片机集成电路的桥式可逆斩波电路仿真（电源：220V；电机：48V, 4A，IGBT）16、基于集成电路的桥式可逆斩波电路仿真（电源：220V；电机：48V, 4A，IGBT）17、基于集成电路的降压斩波器仿真（电源：1200V；输出：400V, 1000A，GTO）18、基于单片机的降压斩波器仿真（电源：1200V；输出：600V, 2000A，GTO）19、基于集成电路的电流可逆斩波电路仿真（电源：1000V；电机：660V, 800A，GTO）20、基于单片机的电流可逆斩波电路仿真（电源：2200V；电机：480V, 400A，GTO）21、基于集成电路的桥式可逆斩波电路仿真（电源：1000V；电机：220V, 600A，GTO）22、基于单片机的桥式可逆斩波电路仿真（电源：1400V；电机：240V, 300A，GTO）23、基于集成电路的升降压斩波器仿真（电源：110V；输出：50V, 50A，IGBT）24、基于单片机的升降压斩波器仿真（电源：110V；输出：60V, 200A，IGBT）25、基于集成电路的升降压斩波器仿真（电源：50V；输出：20V, 2A，电力场效应管）26、基于单片机的升降压斩波器仿真（电源：50V；输出：20V, 2A，电力场效应管）27、基于集成电路的Cuk斩波器仿真（电源：110V；输出：50V, 100A，IGBT）28、基于单片机的Cuk斩波器仿真（电源：110V；输出：60V, 150A，IGBT）29、基于集成电路的Cuk斩波器仿真（电源：50V；输出：20V, 2A，电力场效应管）30、基于单片机的Cuk压斩波器仿真（电源：50V；输出：20V, 2A，电力场效应管）31、基于集成电路的Sepic斩波器仿真（电源：110V；输出：50V, 100A，IGBT）32、基于单片机的Sepic斩波器仿真（电源：110V；输出：60V, 60A，IGBT）33、基于集成电路的Sepic斩波器仿真（电源：50V；输出：30V, 3A，电力场效应管）34、基于单片机的Sepic压斩波器仿真（电源：50V；输出：26V, 1A，电力场效应管）35、基于集成电路的单相交流调压器仿真（输出：100V, 220A，普通晶闸管）36、基于单片机的单相交流调压器仿真（输出：120V, 1000A，普通晶闸管）37、基于集成电路的单相交流调压器仿真（输出：50V, 2A，双向晶闸管）38、基于单片机的单相交流调压器仿真（输出：60V, 5A，双向晶闸管）39、基于集成电路的三相交流调压器仿真（电机：110V, 200A，普通晶闸管）40、基于单片机的三相交流调压器仿真（电机：110V, 100A，普通晶闸管）41、基于集成电路的三相交流调压器仿真（电机：60V, 3A，双向晶闸管）42、基于单片机的三相交流调压器仿真（电机：50V, 5A，双向晶闸管）这次课程设计要求：1、用multism软件进行仿真（其它软件仿真的不行！！！！！！）2、每个人一个题目，不得与班级同学相同3、本学期第18周进行验收二、要求1、必须要有电路仿真2、每班分成10个小组，每组3题（不得与本班其他组相同），4人。

电力电子课程设计---单相交流调压电路

电力电子课程设计---单相交流调压电路

课程设计说明书课程设计名称：电力电子技术课程设计题目：单相交流调压电路班级：电气0902班姓名：学号：指导教师：时间：2011年06 月目录第一章前言 (2)第二章单相调压电路设计任务及要求 (3)2．1 设计任务及要求 (3)2．2 设计方案选择 (3)第三章单向调压电路单元电路的设计和主要元器件说明 (5)3. 1 单元电路的设计 (5)3.1.1主电路的设计 (5)3. 2 主要元器件说明及功能模块 (5)第四章驱动电路的设计 (6)4. 1 晶闸管对触发电路的要求 (6)4.1.1触发信号的种类 (6)4.1.2触发电路的要求 (6)4. 2 触发电路 (7)4.2.1单结晶体管的工作原理 (7)4.2.2单结晶体管触发电路 (9)4.2.3单结晶体管自激震荡电路 (9)4.2.4同步电源 (10)第五章保护电路的设计 (11)5.1过电压保护 (12)5.2过电流保护 (13)第六章单相调压电路主电路的原理分析和各主要元器件的选择 (14)6．1 主电路原理分析 (14)6．2 各主要元器件的选择 (17)6.3元器列表 (18)第七章仿真软件7.1仿真软件的介绍 (19)7.2仿真模型、仿真波形及其分析 (20)第八章心得体会 (23)附录参考文献 (24)第一章前言交流变换电路是指把交流电能的参数（幅值、频率、相位）加以转变的电路。

根据变换参数的不同，交流变换电路可分为交流电力控制电路和交-交变频电路。

通过控制晶闸管在每一个电源周期内导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小，可实现交流调压。

它主要由调压电路、控制电路组成。

根据结构的不同，交流调压电路有单相电压控制器和三相电压控制器两种。

单相交流调压电路根据负载性质的不同分为电阻性负载和阻感性负载，电阻性负载的控制角的移向范围为0～π，阻感性负载的控制角的移向范围为φ～1800。

随着电力电子的飞速发展，交流调压电路广泛应用于电炉的温度控制、灯光调节、异步电动机软起动和调速等场合，也可以用作调节整流变压器一次电压。