三相交交變頻電路設(shè)計與仿真.

1、安徽科技學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院課程教學(xué)實習(xí)（設(shè)計）總結(jié)實習(xí)內(nèi)容：三相AC-AC變頻器的仿真設(shè)計實習(xí)地點：力行樓5樓電力電子實驗室實習(xí)時間：2015學(xué)年第1學(xué)期第15專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：1332015年12月11日組員姓名學(xué)號承擔(dān)的主要工作成績*單相和三相變頻主電路的建模設(shè)計及封裝，撰寫論文*邏輯無環(huán)流控制器(DLC)的建模設(shè)計及封裝*同步電源及六脈沖觸發(fā)電路建模設(shè)計*查閱資料和相關(guān)參數(shù)的設(shè)置及調(diào)整電力電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計目的1、培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識解決問題的能力與實際動手能力；2、加深理解電力電子技術(shù)課程的基本理論；3、初步掌握電力電子電路的設(shè)計方法。二、設(shè)計題目和內(nèi)容（一

2、）設(shè)計題目三相AC-AC變頻器的仿真設(shè)計（二）設(shè)計內(nèi)容要求：1、利用MATLAB仿真設(shè)計三相交-交變頻器仿真模型；2、對單相交-交變頻電路子系統(tǒng)進行建模與封裝；3、將三個單相交-交變頻組合設(shè)計成三相交-交變頻器；4、給出輸出頻率f=10Hz、25HZ時的仿真波形。三、設(shè)計報告撰寫要求1設(shè)計任務(wù)書2設(shè)計方案3主電路圖4驅(qū)動電路和保護電路圖5電路參數(shù)計算及元器件選擇清單6主電路和驅(qū)動電路工作原理分析7主要節(jié)點電壓和電流波形8參考文獻四、考核方式1、課程設(shè)計任務(wù)書中的內(nèi)容；2、寫出課程設(shè)計報告；3、指導(dǎo)教師檢查設(shè)計電路的完成情況；4、驗收時由指導(dǎo)教師指定1名學(xué)生敘述設(shè)計內(nèi)容、自己所做的工作，實事求事

3、地回答指導(dǎo)教師提出的問題。根據(jù)以上四項內(nèi)容和學(xué)生在課程設(shè)計過程中的工作態(tài)度按五級記分制（優(yōu)、良、中、及格、不及格）給出成績。指導(dǎo)教師：*摘要：本文首先以三相輸入單相輸出的交交變頻電路為例介紹了交交變頻電路的工作原理，接著以余弦交點法為例詳細分析了交交變頻電路的觸發(fā)控制方法。最后利用MATLAB仿真設(shè)計了三相交-交變頻器仿真模型，其中包括對單相交-交變頻電路子系統(tǒng)進行建模與封裝、將三個單相交-交變頻組合設(shè)計成三相交-交變頻器、給出輸出頻率f=10Hz、25HZ時的仿真波形。關(guān)鍵詞：交交變頻；余弦交點法；MATLAB仿真模型引言:交交變頻器是通過電力電子電路的開關(guān)控制，而不通過中間直流環(huán)節(jié)，只需通

4、過一次變換把工頻交流電直接變換成不同頻率的交流電的交流電路，利用兩組整流電路的輸出電壓分別構(gòu)成正弦波的正負半波可以實現(xiàn)由一種頻率的交流電到另一種頻率的交流電的變換，這樣的電路稱為晶閘管移相控制交交直接變頻電路，也稱周波變流器。周波變流器一般采用晶閘管作為功率開關(guān)器件，適合于大功率電機調(diào)速的應(yīng)用場合。一、單相交交變頻電路1、單相交交變頻電路的工作原理交-交變頻器依據(jù)相位控制角a的不同規(guī)律，其輸出可獲得正弦波、方波和梯形波，這里的交-交變頻器是根據(jù)相位控制角a按余弦規(guī)律變化得到正弦波。由晶閘管組成的三相輸入單相輸出的交交變頻電路，電路由P組（正組）和N組（反組）晶閘管相控整流電路反并聯(lián)組成。如圖所

5、示：昱1!廠廠廠Tljdhu.門TJ亠才才正組PTTT一G一一這里以阻感性負載為例來分析單相交交變頻電路的工作狀態(tài)，分析時忽略輸出電壓和電流中的高次諧波，并設(shè)電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。為了避免兩組整流電路間產(chǎn)生環(huán)流，我們在任何時候只讓一組整流電路工作，即給某一組整流電路施加觸發(fā)脈沖時，封鎖另一組整流電路的觸發(fā)脈沖。當正組P整流工作時，負載Z的電流方向向下；當反組N整流工作時，負載Z的電流方向向上。讓兩組整流電路一一定頻率交替工作，則負載Z上就得到了該頻率的交流電，改變切換頻率，就可以改變交流電的頻率。（1）輸出正弦波形的獲得方法圖2正弦型交一交變頻器掃出電壓濾形為了使負載上得到的輸出電壓U的波形接近正

6、弦波，可以按正弦規(guī)律對觸發(fā)角a進行0控制，在正組橋P整流工作時，設(shè)法使控制角ap由大到小再變大去控制正組晶閘管，如從t0T,必然引起輸出的平均電壓由低到高再到低的變化，即獲得正組整流電壓；22正組橋P逆變工作時，使控制角a由小變大再變小，如從TT，就可獲得平均值P22可變的正組逆變電壓；反組橋N整流工作時，使控制角a由大變小再變大，如從Nt0t，就獲得平均值可變的反組整流電壓；反組橋N逆變工作時，使控制角a由22n6)小變大再變小，如從|，就獲得平均值可變的反組逆變電壓。只要電網(wǎng)頻率相對輸出頻率高出很多倍，就能得到由低到高，再由高到低接近正弦波規(guī)律變化的交流輸出。如果改變aa的變化范圍，使它們

7、在0范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，輸出平均電壓正弦波幅值P，N2也會改變，從而達到調(diào)壓目的。而能實現(xiàn)這樣輸出電壓平均值為正弦的變化規(guī)律，通常采用的是余弦交點法。其移相控制角a的變化規(guī)律應(yīng)使整流輸出電壓的瞬時值最接近于理想正弦電壓的瞬時值，即整流輸出電壓瞬時值與所期望正弦電壓的瞬時值相等。設(shè)交交變頻電路期望輸出的交流電壓波形為已知的正弦波，其表達式為：v=Vsinwt(1)oomo整流輸出電壓瞬時值由整流組P和整流組N切換提供，各整流組輸出電壓瞬時值為：v=Vcosa；v=-VcosaPDmPNDmNV：整流組所能輸出的最高直流電壓。Dm當P組開放時,=v，即PVsinwt=VcosaomDmP當N組開放時，=v

8、，即NVsinwt=VcosaomDmN則可得到：a=arccosP(VIV丿Dm=arccos(Ksin(a)P2)3)4)5)=arccosN1VomsinwtIV丿Dm=arccos(-Ksinwt)=兀-aP稱為輸出變壓比。V其中K=omVDo上述式子就是利用余弦交點法求變流電路控制角a的基本公式(2)電路的工作狀態(tài)分析:反組整流|TVI11Ik.1組逆變III1.Ji:&o組H訃:IF彳1總組址變匸I反組逆變：在此時間段期間，v0,i0，i0，正組P工作，反組N被封鎖，形成正的負載電流i，ooP正組相控角工作在a正組整流狀態(tài)，P組電路輸出功率。P正組逆變：在此時間段期間，v0，正組P

9、工作，反組N被封鎖，形成正的負載電流i,ooP正組相控角工作在a正組逆變狀態(tài)，負載回饋電能給P組回路。P反組整流：在此時間段期間，v0，i0時，U=1；當UknlOutladEleyQ連鎖保護電路為了保護正反兩組整流器不會發(fā)生同時開放，邏輯控制器中由與非門組成了連鎖保護電路，采用與非門是因為輸出U和U的電平與觸發(fā)單元Block端的電平要求一致。在UFRF和U同時為“1”時，兩組整流器都關(guān)斷，避免發(fā)生整流器短路故障。R將以上各部分按功能要求連接，就可得到DLC仿真模型如圖：封裝后的子系統(tǒng)如圖:邏輯無環(huán)流控制器（DLC）控制原理和輸入輸出邏輯關(guān)系見下表:邏輯控制器輸入（模擬信號）數(shù)字信號邏輯控制器

10、輸出（邏輯切換信號）輸入電壓信號U輸入電流信號I電壓轉(zhuǎn)換極性檢測信號UT零電流檢測信號UI正組整流器P（U）F反組整流器N（U）R反組到正組U0I=01101整組P工作，反組N阻斷整組整流U0I01001U和整組逆變U00001U反正組到反組U0I=00110U反組N工作，正組P阻斷反組整流U0I0I01010U反因給定信號是正弦信號，而移相控制角為0T兀，所以要將給定信號通過反余弦函數(shù)變換為0T兀的角度，單位是弧度，再用型的放大器將以弧度為單位的角度變?yōu)橐远葹樨挝坏慕嵌龋瑑陕芬葡嗫刂平窍辔魂P(guān)系還要滿足a+a二180，從而滿足控制要求。PN為了將仿真結(jié)果與給定信號對比，給定電流計算為2.34

11、Ucosa/2/r(9)其中U廣Um二100V，R=交流電源,工頻、幅值U=100V）。mc3移相角控制電路：根據(jù)前面對余弦交點法的介紹，可在simulink中設(shè)計出移相角控制電路，按規(guī)律改變正反組變流電路的相控角。仿真電路如圖：Add（3）單相交交變頻電路仿真主電路如圖:CcrutantlAddCLG封裝后的子系統(tǒng)如圖:（4）主電路外接負載和給定波形信號及檢測仿真電路圖如圖:相關(guān)參數(shù)設(shè)置及波形圖：負載參數(shù)設(shè)置：負載電阻R二10,L=0.001H。呂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正弦調(diào)制波參數(shù)：A.變頻器輸出頻率f二10Hz時，正弦波調(diào)整參數(shù)設(shè)置:B.變頻器輸出頻率f=25Hz時，正弦波調(diào)整參數(shù)設(shè)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衛(wèi)fOKCai-Lcel:Help變頻器輸出頻率f二10Hz時,幅值為20,角頻率為25(ra%)，初相位為0，仿真結(jié)果如圖：變頻器輸出頻率f二25Hz時,幅值為20,角頻率為55(rad/s)

14、，初相位為0,仿真結(jié)果如圖：二、三相交交變頻器的建模與仿真1、三相交交變頻器的建模：大容量三相交交變頻器通常采用Y形連接方式，即將3個單相輸出交交變頻器的一個輸出端連在一起，另一個輸出端Y輸出。三相交交變頻器仿真模型結(jié)構(gòu)圖如圖：111134T?104I1L負載為RL負載，負載采用Y連接，3根引出線與變頻器的3根輸出線對應(yīng)相連，移相控制心號為3個相位互差120度的正弦信號。三相交交變頻器仿真電路如圖:2、變頻器輸出頻率f二10Hz時:參數(shù)設(shè)置：角頻率為25(%纟)，初相位參數(shù)設(shè)置分別為0(rad),-竺衛(wèi)0.1(rad),k3丿(2xl0)門-一-一x0.1。仿真結(jié)果如圖：k3丿齢pe1=1TimsttflBet0 x0.04(rad),3、變頻器輸出頻率f=25Hz時:參數(shù)設(shè)置：角頻率為50兀(廠。；)，初相位參數(shù)設(shè)置分別為0(rad),-歲X0.嘰)。仿真結(jié)果如圖:以上兩圖，光滑的波形為正弦調(diào)制波波形，非光滑的波形為三相交交變頻器輸出波形,仿真表明，三相交交變頻器的輸出波形接近于正弦調(diào)制波波形，改變正弦調(diào)制波頻率時，三相交交變頻器的輸出波形頻率也改變