三项电压型逆变电路实验报告

一、引言： (2)

二、交-直-交变压变频器的基本结构 (2)

1、三相电压型桥式逆变电路拓扑图 (3)

2、交-直-交变压变频器的工作原理 (3)

三、三相电压型桥式逆变电路的Simulink建立及模型： 4

四、仿真参数及仿真波形设置： (5)

1．对脉冲触发器进行参数设置： (5)

2. 用subplot作图： (6)

3.仿真波形： (7)

五、实验结果及分析： (13)

六、结论及拓展： (13)

七、设计心得： (14)

八、参考文献： (14)

交-直-交变压变频器中逆变器的仿真

一、引言：

逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。

逆变电路的作用是将直流电压转换成梯形脉冲波，经低通滤波器滤波后，从而使负载上得到的实际电压为正弦波。

现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下：

1) 按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。

2) 按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。

3) 按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。

4) 按逆变主开关器件的类型，可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管逆变等等。

5) 按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。

6) 按输出电压或电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。

7) 按控制方式，可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。

日常生活中使用的电源大都为单相交流电，而在工业生产中，由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电，例如三相电动机。随着科技的日新月异，很多设备业已小型化，许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这些设备外形发生了很大的变化，其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。在一些条件苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境下使用三相交流电设备，就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生

本文主要利用MATLAB/Simulink中的电力系统仿真工具箱Simpowersystems对交-直-交变压变频器中的逆变电路部分进行仿真，通过仿真将其与三相正弦工频电源进行性能比较，并得出结论

二、交-直-交变压变频器的基本结构

交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流，如图1所示。

图1 交-直-交变压变频器基本结构图

本文主要针对变频器中的三相电压型桥式整流电路的仿真讨论。因此：

1、三相电压型桥式逆变电路拓扑图

交-直-交变压变频器中的逆变器一般接成三相桥式电路，以便输出三相交流变频电源，图3为6个电力电子开关器件VT1 ~ VT6 组成的三相逆变器主电路，图中用开关符号代表任何一种电力电子开关器件。

图2三相电压型逆变电路拓扑图

2、交-直-交变压变频器的工作原理

控制各开关器件轮流导通和关断，可使输出端得到三相交流电压。在某一瞬间，控制一个开关器件关断，同时使另一个器件导通，就实现了两个器件之间的换流。在三相桥式逆变器中，有180°导通型和120°导通型两种换流方式。

电压型三相桥式逆变电路如图2所示。电路由三个半桥电路组成，开关管可以采用全控型电力电子器件（图中以ＩＧＢＴ为例），ＶＤｌ～ＶＤ６为续流二极管。电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式为180°导电型，即每个桥臂的导电角为180°。同一相上下桥臂交替导电。各相开始导电的时间一次相差120°这样，在任意瞬间，将有三个桥臂同时导通。可能是上面一个臂下面两个臂同时导通，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。因为每次换流都是在同一相的上下两个桥臂之间进行，因此也被称为纵向换流。在一个周期内，

６个开关管触发导通的次序为Ｖ１-- Ｖ２-- Ｖ3 --Ｖ４-- Ｖ５-- Ｖ６，依次相隔60°，任意时刻均有三个管子同时导通，导通的组合顺序为Ｖ１-Ｖ２-Ｖ3，Ｖ２-Ｖ3-Ｖ４，Ｖ3-Ｖ４-Ｖ５，Ｖ４-Ｖ５-Ｖ６，Ｖ５-Ｖ６-Ｖ１，每种组合工作。

三、三相电压型桥式逆变电路的Simulink建立及模型：

a．打开MA TLAB并建立一个仿真模型的新文件。在MATLAB的菜单栏上点击File，选择New，再在弹出菜单中选择Model，这时出现一个空白的仿真平台，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。

b．提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击图标调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。

c．将电路元器件模块按图2原理图连接起来组成仿真电路。

d. 对各种电路元器件模块进行参数设置及封装。最终仿真图如下：

主电路及脉冲电路封装模型

其中，原电路模型为：

四、仿真参数及仿真波形设置：1．对脉冲触发器进行参数设置：

如图，当a=0时，V1的脉冲参数的设置如上,其中振幅为1V，周期为0.02s（即频率为50Hz），脉冲宽度为0.01。其余脉冲参数设置同上。V2的脉冲将“Phase delay”设置为-0.1/6, V3的脉冲将“Phase delay”设置为-0.04/3, V4的脉冲将“Phase delay”设置为-0.01, V5的脉冲将“Phase delay”设置为-0.02/3, V6的脉冲将“Phase delay”设置为-0.02/6。

当a=30时，V1的脉冲将“Phase delay”设置为0.01/6，V2的脉冲将“Phase delay”设置为-0.09/6, V3的脉冲将“Phase delay”设置为-0.07/6, V4的脉冲将“Phase delay”设置为-0.05/6, V5的脉冲将“Phase delay”设置为-0.01/2, V6的脉冲将“Phase delay”设置为-0.01/6。

当a=90时，V1的脉冲将“Phase delay”设置为0.005，V2的脉冲将“Phase delay”设置为-0.07/6, V3的脉冲将“Phase delay”设置为-0.025/3, V4的脉冲将“Phase delay”设置为-0.005, V5的脉冲将“Phase delay”设置为-0.005/3, V6的脉冲将“Phase delay”设置为0.01/6。

负载参数R=1Ω，L=1e-3H，C=inf；直流电压源参数U=135V。

2. 用subplot作图：

在仿真出结果后，先在Scope模块中对Variable name进行变量命名，例如命名为a。然后在中MA TLAB主窗口中分别输入以下语句：

clc；

subplot(4,1,1);plot(a.time,a.signals(1).values);title('脉冲触发器1的输出波形');

xlabel('t/s');ylabel('iu/A');grid

subplot(4,1,2);plot(a.time,a.signals(2).values);title('U相输出电流波形');

xlabel('t/s');ylabel('u/V');grid

subplot(4,1,3);plot(a.time,a.signals(3).values);title('Uuv线电压输出波形');

xlabel('t/s');ylabel('u/V');grid

subplot(4,1,4);plot(a.time,a.signals(4).values);title('Uvw线电压输出波形');

xlabel('t/s');ylabel('u/V');grid

subplot(4,1,1);plot(a.time,a.signals(5).values);title(' Uwu线电压输出波形');

xlabel('t/s');ylabel('u/V');grid

subplot(4,1,2);plot(a.time,a.signals(6).values);title('负载两端电压输出波形');

xlabel('t/s');ylabel('u/V');grid

subplot(4,1,3);plot(a.time,a.signals(7).values);title('Unn‘两端电压输出波形');