单相方波逆变

1. 绪论

1.1.电力电子简介

电力电子技术综合了电子电路、电机拖动、计算机控制等多学科知识，是一门实践性和应用性很强的课程。由于电力电子器件自身的开关非线性，给电力电子电路的分析带来了一定的复杂性和困难，一般常用波形分析的方法来研究。仿真技术为电力电子电路的分析提供了崭新的方法。我们在电力电子技术课程的教学中引入了仿真，对于加深学生对这门课程的理解起到了良好的作用。掌握了仿真的方法，学生的想法可以通过仿真来验证，对培养学生的创新能力很有意义，并且可以调动学生的积极性。实验实训是本课程的重要组成部分，学校的实验实训条件毕竟是有限的，也受到学时的限制。而仿真实训不受时间、空间和物质条件的限制，学生可以在课外自行上机。仿真在促进教学改革、加强学生能力培养方面起到了积极的推动作用。

PWM控制技术是逆变电路中应用最为广泛的技术，现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM型逆变电路。为了对PWM型逆变电路进行分析，首先建立了逆变器控制所需的电路模型，采用IGBT作为开关器件，并对单相桥式电压型逆变电路和PWM控制电路的工作原理进行了分析，运用MATLAB中的SIMULINK对电路进行了仿真，给出了仿真波形，并运用MATLAB提供的powergui模块对仿真波形进行了FFT分析（谐波分析）。通过仿真分析表明，运用PWM控制技术可以很好的实现逆变电路的运行要求。

1.2.matlab的简介

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分

相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++ ，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。

1.3.基本任务

本文设计了一单相桥式方波逆变电路。

单相方波逆变电路，开关器件选用IGBT，直流电压为300V，阻感负载，电阻1 ，电感2mh。

完成上述方波逆变电路的设计，并进行计算机仿真，观察输出电压波形、系统输入电流波形、电压电流波形的谐波情况。

2. 主电路图工作原理说明

2.1 逆变电路

逆变概念：逆变——直流电变成交流电，与整流相对应。

主要内容：换流方式，电压型逆变电路，电流型逆变电路，多重逆变电路和多电平逆变电路。

无源逆变逆变电路的应用：

蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电时，需要逆变电路。交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。

2.2 逆变电路的基本工作原理

单相桥式逆变电路为例：

S 1～S

4

是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。S

1

、S

4

闭合，

S 2、S

3

断开时，负载电压u

o

为正S

1

；S

1

、S

4

断开，S

2

、S

3

闭合时，u

o

为负，把直流电

变成了交流电。改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。

图3-1 逆变电路及其波形举例

电阻负载时，负载电流i

o 和u

o

的波形相同，相位也相同。阻感负载时，i

o

滞后

于u

o

，波形也不同（图3-1b）。

t 1前：S

1

、S

4

通，u

o

和i

o

均为正。

t 1时刻断开S

1

、S

4

，合上S

2

、S

3

，u

o

变负，但i

o

不能立刻反向。

i o 从电源负极流出，经S

2

、负载和S

3

流回正极，负载电感能量向电源反馈，i

o

逐渐减小，t

2时刻降为零，之后i

o

才反向并增大。

2.3 电压型逆变电路

逆变电路按其直流电源性质不同分为两种：电压型逆变电路或电压源型逆变电路。

图3-3 电压型逆变电路举例（全桥逆变电路）

电压型逆变电路的特点

(1) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。

(2) 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。

(3) 阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。

2.3.1 半桥逆变电路

电路结构：见图3-4

工作原理：

V 1和V

2

栅极信号各半周正偏、半周反偏，互补。u

o

为矩形波，幅值为Um=Ud/2，

i o 波形随负载而异，感性负载时，图5-6b，V

1

或V

2

通时，i

o

和u

o

同方向，直流侧向