三相桥式有源逆变电路的仿真

2011-2012学年第二学期

工作室项目研究报告

研究题目：三相桥式有源逆变电路的仿真

班级：

姓名：

同组人：

指导教师：

2012年6月10日

1、前言

通常把交流电能变换成直流电能的过程称之为整流，而把直流电能变换成交流电能的过程称之为逆变，它是整流的逆过程。在逆变电路中，按照负载性质的不同，逆变分为有源逆变和无源逆变。

Matlab软件是一种用于科学工程的高级语言，也是当今控制系统设计与仿真中重要的工具软件，Matlab提供的仿真工具箱Simulink是一个功能十分强大的仿真软件，可以根据用户的需要方便地为系统建立模型，并且十分直观，仿真精度高，结果准确。

本次工作室项目主要对有源逆变电路进行讨论,并应用Matlab的可视化仿真工具Simulink对三相全桥有源逆变电路进行建模,并对仿真结果进行了分析, 并得出了正确的仿真结果。采用Matlab 来仿真电力电子技术课程中的传统实验,和传统的硬件实验对比,此实验方法有很大优越性。

2、变换器工作原理

所谓逆变，就是要求把负载（电机）吸收的直流电能转变为交流电能反馈回电网。

三相桥式有源逆变电路实质上是三相桥式可控整流电路工作的一个特定状态，三相桥式逆变电路原理图如图1所示。要使整流电路工作于逆变状态，必须有两个条件：

(1)变流器的输出Ud能够改变极性。因为晶闸管的单向导电性，电流Id不能改变方向，为了实现有源逆变，必须去改变Ud 的电极性。只要使变流器的控制角α>90°即可。

(2)必须要有外接的直流电源E，并且直流电源E也要可以改变极性，并且|E|>|Ud|。

上述条件必须同时满足，才能实现有源逆变。

图（1）三相桥式有源逆变电路原理图

3、仿真模型的建立

3.1三相半波可控整流及有源逆变电路的建模和参数设置

（1）建立一个新的模型窗口，命名为YYNB。

（2）打开电源模块组,分别复制三个交流电压源到YYNB模型窗口中,重命名为Ua、Ub、

Uc。打开参数设置对话框,按三相对称正弦交流电源要求设置参数(Um=50V、f=50Hz、初

相位依次为0°、-120°、-240°)；打开电力电子模块组，复制一个通用变流器桥到

YYNB窗口中，选择Thyristor类型，桥的结构选择三相。

（3）打开附加模块组中的控制模块，复制一个同步六脉冲发生器到窗口中。从输入源模块组中复制两个常数模块到窗口中，一个常数设置为0，一个设置为30.从数学运算模块组中复制一个Gain模块，参数设置为10，即将六路脉冲放大了10倍，使触发脉冲的功率满足晶闸管触发要求；再复制三个电压表模块，将三相线电压同步。

（4）打开电源模块组，复制一个直流电源到YYNB窗口中，设置参数为50V。

（5）打开元件模块组，复制一个RLC元件，参数设置为，R=2Ω，L=0.01H,C=inf，即为阻感性负载。

（6）打开测量模块组，分别复制一个电流表和一个电压表。在sinks模块组中复制一个示波器到窗口中。

（7）所有元件复制完成之后，通过适当连线之后得到如图2所示的仿真模型。

图（2）三相桥式有源逆变电路的MATLAB仿真模型

3.2 三相桥式有源逆变电路的仿真

打开仿真参数窗口,选择ode23tb算法,相对误差设置为1e-03,开始仿真时间设置为0,停止仿真时间设置为0.08s,α=30°、90°、120°、150°，参数设置完毕后,启动仿真。

4、仿真结果分析

启动仿真之后，点击示波器，观察负载电压，电流的波形，α所取不同角度的仿真波形分别如以下各图所示。

图（3）α=30°仿真波形图（4）α=60°仿真波形图（5）α=90°仿真波形

图（6）α=120°仿真波形

图（7）α=150°仿真波形

从仿真结果可以看到，α=30°和α=60°时，电路工作在整流状态，负载电压为正值，变流电路输出电压波形正面积大于负面积,平均电压大于零。当α=120°和α=150°时，负载电压为正值，输出电压波形正面积大于负面积，平均电压为负，电路工作在逆变状态；α=90°时，电路工作在中间状态，平均电压为0。

5 、结论

通过以上的仿真过程分析，得到三相桥式有源逆变电路实质上是三相桥式整流电路工作于移相控制角α>90°,且存在一个极性与晶闸管导通方向一致的反电动势时的特殊情况。利用Matlab/Simulink对三相桥式可控整流及有源逆变电路的仿真结果进行了详细分析, 并且只需改变负载参数及移相控制角范围就可实现整流电路的仿真，验证了仿真结果的正确性。

6、心得体会

采用Matlab/Simulink对三相半波有源逆变电路进行仿真分析,避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程,使得仿真运算更加方便快捷。同时,能用Scope随时地观察仿真波，使得仿真更具

有直观性，实性。通过这次课题研究，激发我们学习电力电子技术的兴趣,使我对整流电路和逆变电路有了深刻的理解，提高了对MATLAB软件的操作能力。应用Matlab/Simulink进行仿真,在仿真过程中可以灵活改变仿真参数,并且能直观地观察到仿真结果随参数的变化情况,适合电力电子技术的教学和研究工作。

7、参考文献

【1】《电力电子与MATLAB 仿真》周渊深. 北京: 中国电力出版社,2004.

【2】《电力电子技术》王兆安, 刘进军. 北京: 机械工业出版社,2009.