基于matlab的三相橋式pwm逆變電路仿真

PAGEPAGE16西南科技大學(xué)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)方向設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)名稱(chēng)：基于MATLAB的逆變器電路仿真姓名：學(xué)號(hào):班級(jí)：指導(dǎo)教師：起止日期：西南科技大學(xué)信息工程學(xué)院制方向設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：設(shè)計(jì)名稱(chēng)：基于MATLAB的逆變器電路仿真起止日期：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求：MATLAB是一種集數(shù)學(xué)、分析、可視化、算法開(kāi)發(fā)與發(fā)布于一體的軟件平臺(tái)，本課題要求熟悉三相橋式逆變電路的工作原理，利用MATLAB/Slimulink為基礎(chǔ)，完成電力電子器件以及逆變電路的建模與參數(shù)設(shè)置，仿真各種負(fù)載下和PWM控制下的輸出波形特性分析。并以此為基礎(chǔ)，掌握MATLAB/Slimulink對(duì)一個(gè)電路系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的基本方法。方向設(shè)計(jì)學(xué)生日志時(shí)間設(shè)計(jì)內(nèi)容10月17日讀題，閱讀設(shè)計(jì)題目、要求目的10月18日跟老師聯(lián)系，了解題目的具體要求10月23日熟悉操作MATLAB仿真軟件，并根據(jù)電路圖設(shè)計(jì)仿真模型10月25日仿真電路沒(méi)修改自己發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題10月27日找指導(dǎo)老師答疑，解決自己未能處理的問(wèn)題10月30日完成電路仿真11月3日完成設(shè)計(jì)報(bào)告11月6日修改完成報(bào)告基于MATLAB的逆變器電路仿真摘要： 逆變器是將直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能的變流裝置。三相逆變電源仿真研究是先將直流電壓進(jìn)行升壓然后進(jìn)行逆變、濾波、輸出得到100V、10Hz~100Hz的三相交流電壓。隨著各行各業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展和對(duì)操作性能要求的提高，許多行業(yè)的用電設(shè)備都通過(guò)各種形式的變換，從而得到各自所需的電能形式。高性能的逆變電源必須滿(mǎn)足：高的輸入功率因數(shù)、快速的暫態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)定性高、效率高、低的電磁干擾。PWM控制技術(shù)在逆變電路中的廣泛應(yīng)用最為廣泛，對(duì)逆變電路的影響也最為深刻。為了得到PWM波，一般都采用雙極性控制技術(shù)。但是調(diào)制方法有個(gè)最大的缺點(diǎn)是他的6個(gè)功率管都工作在較高頻率，從而產(chǎn)生了較大的開(kāi)關(guān)損耗。關(guān)鍵詞：逆變器SPWM逆變器的工作原理雙極性正弦脈寬調(diào)制正弦脈寬調(diào)制

Theinvertercircuit

simulationbasedonMATLAB英文摘要：TheinverterisadeviceDCconvertalternatingcurrentenergyconverter.ResearchofthreephaseinvertersimulationisthefirstDCvoltageandinverter,filter,theoutputisathree-phaseACvoltage100V,10Hz~100Hz.Withallwalksoflifetothedevelopmentofcontroltechnologyandimprovetherequirementsforoperatingperformance,manyindustriesarethroughvariousformsoftransformationofelectricalequipment,soastoobtainthepowerofeachrequired.Inverterpowersupplyofhighperformancemustmeet:transientinputpowerfactor,highfastresponse,highstability,highefficiency,lowelectromagneticinterference.WideapplicationofPWMcontroltechnologyintheinvertercircuitinthemostwidely,influenceontheinvertercircuitisthemostprofound.InordertoobtainthePWMwave,generallybythebipolarcontroltechnology.Butthemodulationmethodhasabigdisadvantageishis6powertubeworkinhighfrequency,resultinginagreaterswitchinglosses.英文關(guān)鍵詞：InverterTheworkingprincipleoftheSPWMinverterBipolarsinusoidalpulsewidthmodulationSinusoidalpulsewidthmodulation

一、設(shè)計(jì)目的和意義：熟悉三相橋式逆變電路的工作原理，利用MATLAB/Slimulink為基礎(chǔ)，完成電力電子器件以及逆變電路的建模與參數(shù)設(shè)置，仿真各種負(fù)載下和PWM控制下的輸出波形特性分析。并以此為基礎(chǔ)，掌握MATLAB/Slimulink對(duì)一個(gè)電路系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的基本方法。二、控制要求：對(duì)三相橋式spwm逆變電路的主電路及控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，參數(shù)要求如下：交流電機(jī)25kv，50Hz。三相阻感負(fù)載，負(fù)載中R=5000歐，變壓器變比為25kv/600v，，電動(dòng)機(jī)參數(shù)為50kw，380v，50Hz。設(shè)計(jì)要求：完成電力電子器件一級(jí)逆變電路的建模和參數(shù)設(shè)置，仿真電機(jī)在 PWM控制下的輸出波形特性分析。1.理論設(shè)計(jì)：了解掌握三相橋式PWM逆變電路的工作原理，設(shè)計(jì)三相橋式PWM逆變電路的主電路和控制電路。包括：IGBT電流，電壓額定的選擇驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)畫(huà)出完整的主電路原理圖和控制原理圖列出主電路所用元器件的明細(xì)表2.仿真試驗(yàn)：利用MATLAB仿真軟件對(duì)三相橋式spwm逆變電路的主電路及控制電路進(jìn)行仿真建模，元件管腳數(shù)，并進(jìn)行仿真試驗(yàn)。三、設(shè)計(jì)方案論證 由于期望的逆變器輸出是一個(gè)正弦電壓波形，可以把一個(gè)正弦半波分作N等分。然后把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用個(gè)與此面積相等的等高矩形脈沖來(lái)代替，矩形脈沖的中點(diǎn)與正弦波每一等分的中點(diǎn)重合。這樣，由N個(gè)等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形為正弦的半周等效。同樣，正弦波的負(fù)半周也可用相同的方法來(lái)等效。這一系列脈沖波形就是所期望的逆變器輸出SPWM波形。由于各脈沖的幅值相等，所以逆變器可由恒定的直流電源供電，也就是說(shuō)，這種交一直一交變頻器中的整流器采用不可控的二極管整流器就可以了(見(jiàn)圖2-1，2-2，2-3)。逆變器輸出脈沖的幅值就是整流器的輸出電壓。當(dāng)逆變器各開(kāi)關(guān)器件都是在理想狀態(tài)下工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)開(kāi)關(guān)器件的信號(hào)也應(yīng)為與形狀相似的一系列脈沖波形，這是很容易推斷出來(lái)的。從理論上講，這一系列脈沖波形的寬度可以嚴(yán)格地用計(jì)算方法求得，作為控制逆變器中各開(kāi)關(guān)器件通斷的依據(jù)。但較為實(shí)用的辦法是引用通信技術(shù)中的“調(diào)制”這一概念，以所期望的波形(在這里是正弦波)作為調(diào)制波(ModulationWave)，而受它調(diào)制的信號(hào)稱(chēng)為載波(CarrierWave)。在SPWM中常用等腰三角波作為載波，因?yàn)榈妊遣ㄊ巧舷聦挾染€性對(duì)稱(chēng)變化的波形，當(dāng)它與任何一個(gè)光滑的曲線相交時(shí)，在交點(diǎn)的時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，即可得到一組等幅而脈沖寬度正比于該曲線函數(shù)值的矩形脈沖，這正是SPWM所需要的結(jié)果工作原理下圖是SPWM變頻器的主電路，圖中VTl~VT6是逆變器的六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件(在這里畫(huà)的是IGBT)，各由一個(gè)續(xù)流二極管反并聯(lián)，整個(gè)逆變器由恒值直流電壓U供電。它的控制電路是一組三相對(duì)稱(chēng)的正弦參考電壓信號(hào)由考信號(hào)發(fā)生器提供，其頻率決定逆變器輸出的基波頻率，應(yīng)在所要求的輸出頻率范圍內(nèi)可調(diào)。參考信號(hào)的幅值也可在一定范圍內(nèi)變化，決定輸出電壓的大小。三角載波信號(hào)CU是共用的，分別與每相參考電壓比較后，給出“正”或“零”的飽和輸出，產(chǎn)生SPWM脈沖序列波,,dadbdcUUU作為逆變器功率開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。當(dāng)時(shí)，給V4導(dǎo)通信號(hào)，給V1關(guān)斷信號(hào)給V1(V4)加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能是V1(V4)導(dǎo)通，也可能是VD1(VD4)導(dǎo)通。和的PWM波形只有±Ud/2兩種電平。當(dāng)urU>uc時(shí)，給V1導(dǎo)通信號(hào)，給V4關(guān)斷信號(hào)，。波形可由得出，當(dāng)1和6通時(shí)，=，當(dāng)3和4通時(shí)，=－，當(dāng)1和3或4和6通時(shí)，=0。輸出線電壓PWM波由±Ud和0三種電平構(gòu)成負(fù)載相電壓PWM波由(±2/3)、(±1/3)和0共5種電平組成。防直通的死區(qū)時(shí)間同一相上下兩臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，為防止上下臂直通而造成短路，留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號(hào)的死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間的長(zhǎng)短主要由開(kāi)關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間決定。死區(qū)時(shí)間會(huì)給輸出的PWM波帶來(lái)影響，使其稍稍偏離正弦波。2.控制方式脈寬調(diào)制的控制方式從調(diào)制脈沖的極性上看，可分為單極性和雙極性之分:參加調(diào)制的載波和參考信號(hào)的極性不變，稱(chēng)為單極性調(diào)制;相反，三角載波信號(hào)和正弦波信號(hào)具有正負(fù)極性，則稱(chēng)為雙極性調(diào)制。(1)單極性正弦脈寬調(diào)制單極性正弦脈寬調(diào)制用幅值為的參考信號(hào)波與幅值為,頻率為的三角波比較，產(chǎn)生功率開(kāi)關(guān)信號(hào)。其原理波形如圖2-6所示。圖2-6是用單相正弦波全波整流電壓信號(hào)與單向三角形載波交截，再通過(guò)倒相產(chǎn)生功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。參考波頻率fr決定了輸出頻率fo，每半周期的脈沖數(shù)P決定于載波頻率fc。即:P=(2-1)用參考電壓信號(hào)的幅值Ur，與三角形載波信號(hào)的幅值Uc的比值，即調(diào)制度m=Ur/Uc，來(lái)控制輸出電壓變化。當(dāng)調(diào)制度由0~1變化時(shí)，脈寬由0~π/p變化，輸出電壓由0~E變化。如果每個(gè)脈沖寬度為θ，則輸出電壓的傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式為:（2-2)系數(shù)An和Bn由每個(gè)脈寬為θ，起始角為α的正脈沖來(lái)決定和對(duì)應(yīng)的負(fù)脈沖起始角π+α來(lái)決定。如果第j個(gè)脈沖的起始角為αj則有

(2-3a)(2-3b)由式(2-3a)、式(2-3b)可計(jì)算輸出電壓的傅里葉級(jí)數(shù)的系數(shù)(2-4a)(2-4b)2-6單極性正選脈寬調(diào)制SPWM原理波形(2)雙極性正弦脈寬調(diào)制雙極性正弦脈寬調(diào)制的輸出電壓u0(t)波形在0~2π區(qū)間關(guān)于中心對(duì)稱(chēng)、在0~π區(qū)間關(guān)于軸對(duì)稱(chēng)，其傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)式為(2-5)式（2-5）中輸出電壓u0（t）可看成是幅值為E，頻率為fo的方波與幅值為2E、頻率為fc的負(fù)脈沖序列(起點(diǎn)和終點(diǎn)分別為的疊加。因此(2-6)則輸出電壓為(2-7)輸出電壓基波分量QUOTE為(2-8)需要注意的是，從主回路上看，對(duì)于雙極性調(diào)制，由于同一橋臂上的兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件始終輪流交替通斷，因此容易引起電源短路，造成環(huán)流。為防止環(huán)流，就必須增設(shè)延時(shí)觸發(fā)環(huán)節(jié)，設(shè)置死區(qū)。正弦脈寬調(diào)制的調(diào)制算法三角波變化一個(gè)周期，它與正弦波有兩個(gè)交點(diǎn)，控制逆變器中開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通和關(guān)斷各一次。要準(zhǔn)確的生成SPWM波形，就要精確的計(jì)算出這兩個(gè)點(diǎn)的時(shí)間。開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)間是脈沖寬度，關(guān)斷時(shí)間是脈沖間隙。正弦波的頻率和幅值不同時(shí)，這些時(shí)間也不同，但對(duì)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，時(shí)間由軟件實(shí)現(xiàn)，時(shí)間的控制由定時(shí)器完成，是很方便的，關(guān)鍵在于調(diào)制算法。調(diào)制算法主要有自然采樣法、規(guī)則采樣法、等面積法等。1.自然采樣法按照SPWM控制的基本原理，在正弦波與三角波的交點(diǎn)進(jìn)行脈沖寬度和間隙的采樣，去生成SPWM波形，成為自然采樣法。如圖2-8所示