三相逆变器仿真要点.pdf
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1、学号: 0121111360719 课 程 设 计 题目 三相逆变器仿真 学院自动化学院 专业自动化 班级自动化 1103班 姓名黄诚 指导教师吴勇 2014 年1 月9 日 武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书 I 目录 1 概述及设计要求 1 1.1 概述 1 1.2 设计要求 1 2 方案比较及认证 2 2.1 升压电路模块方案选择 2 2.2 逆变电路方案选择 2 2.3 闭环反馈电路设计 2 2.4 总体电路方案设计 2 3 系统原理说明 4 3.1 升压斩波电路 4 3.2 三相电压型桥式逆变电路 4 3.3 SPWM 逆变器的工作原理 . . 5 3.4 SIMULINK仿真环
2、境 . 5 4 仿真建模 . . 7 4.1 升压斩波电路仿真建模 7 4.2 三相桥式 PWM 逆变电路仿真建模 8 4.3 闭环反馈电路仿真建模 8 4. 4 三相逆变电源总体电路仿真建模. . 9 5 仿真结果 11 5.1 直流升压斩波电路仿真结果 . 11 5.2 三相桥式 PWM 逆变电路仿真实现结果 . 11 5.3 闭环反馈电路仿真实现结果 . 12 5.4 三相逆变电源总体仿真实现结果. 13 6 总结 . 15 参考文献 . 16 武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书 1 三相逆变器仿真 1 概述及设计要求 1.1 概述 电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术,
3、就是使用电力电子器件(如 晶闸管,GTO,IGBT等)对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术的应用范围十分广 泛,它不仅用于一般工业,也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新 能源系统等,在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。 PWM控制技术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,来等效的获得所需要的波形(含形状和幅值);面积等效原理是PWM技术的重要基础 理论。 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。Simulink是MATLAB 中的一种可视化仿真工具,是一种基于 M
4、ATLAB 的框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用 于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。 1.2 设计要求 本设计要求输入 200V 直流电压,采用 PWM 斩波控制技术, 得到输出为 380V、50HZ 三相交流电,并且建立Matlab 仿真模型,得到实验波形。 武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书 2 2 方案比较及认证 2.1 升压电路模块方案选择 方案一:可以利用变压器对输入的200V直流电压直接升压,接着逆变和滤波,但是此 种方案不方便对升压环节进行控制,所以放弃此方案。 方案二:通过斩波电路来提高电压, 然后进行逆变和滤波
5、, 在本次设计中采用此方案, 即通过升压斩波电路来控制输出的直流电压,这样可以达到便于控制的目的。 方案三:先进行逆变,然后进行斩波电路升压,由于本次设计需要产生的是三相交流 电压输出,逆变之后的升压就会涉及到三个直流升压电路,所以也放弃此方案。 方案四:也是先进行逆变,然后通过变压器升压,同样的,也是不能方便的对升压环 节进行输出电压值的控制,而且会用到三个变压器,比较麻烦。 本次设计中采用方案二,经过升压斩波电路升压,然后进行逆变和滤波。 2.2 逆变电路方案选择 逆变电路采用课本上的三相桥式PWM逆变电路,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
6、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,需要专门的滤波电路进行滤 波。滤波电路采用 RC滤波电路。经过逆变电路和滤波电路就可以在三相电压输出侧得到题 目要求的 380V、50Hz三相交流电,不过容易受负载影响输出电压的值。 2.3 闭环反馈电路设计 为了让输出电压更加稳定和准确,所以在本次设计仿真建模中很有必要进行闭环反馈 电路的设计,在三相电压输出侧进行电压采集,经过整流得到电压幅值,将采集到的电压 值与理想输出电压值进行比较,接着将差值经过PI 环节,然后再与等腰三角波比较输出, 此处采用的是单极性PWM 波控制方式,产生我们所需要的进行
7、升压斩波的PWM 波,对 直流斩波电路中 IGBT 的通断控制进而产生理想的输出电压值。 2.4 总体电路方案设计 整体方案设计为直流斩波电路采用PWM 斩波控制的升压斩波电路,输出的直流电送 往逆变电路。逆变采用三相桥式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,在电压输出侧进行电压采样进而与 理想输出值比较转换之后产生所需要的PWM 波,控制输出的稳定和准确。系统总体框图 如图 1 所示。 武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书 3 图1 系统总体框图 武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书 4 3 系统原理说明 3.
8、1 升压斩波电路 假设 L 值、C 值很大。 V 通时, E 向 L 充电,充电电流恒为I1,同时 C 的电压向负载 供电,因 C 值很大,输出电压 uo为恒值,记为 Uo。设 V 通的时间为 ton,此阶段 L 上积蓄 的能量为 EI1ton。V 断时,E 和 L 共同向 C 充电并向负载 R 供电。 升压斩波电路能使输出 电压高于电源电压的原因:L 储能之后具有使电压泵升的作用,并且电容C 可将输出电 压保持住。 图 2 升压斩波电路原理图 3.2 三相电压型桥式逆变电路 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
9、 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 1 V以导通信号,给下桥臂 4 V 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2/ dUN Uu=。当 rU uHelp DemosSimulink SimPowerSystems General Demos中的 Three-Phase Two-Level PWM Voltage Source Converters。此电路采用了三相逆变桥集成块Universal Bridge 3 arms,滤波电路也已由 Three-P
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