有源逆变电路建模与仿真

目录

前言 (1)

1 概述 (2)

1.1有源逆变电路的概述 (2)

1.1.1有源逆变技术的分类和发展 (2)

1.1.2有源逆变技术的应用 (3)

1.2SIMULINK/POWER SYSTEM概述 (5)

1.2.1 SIMULINK简介 (5)

1.2.2 POWER SYSTEM 简介 (9)

1.3研究的目标、内容 (12)

2 有源逆变电路的结构及原理 (13)

2.1单相桥式有源逆变电路 (13)

2.1.1电源间能量的变换关系 (13)

2.1.2基本工作原理 (14)

2.1.3问题的提出 (15)

2.2三相半波有源逆变电路 (16)

2.2.1基本工作原理 (16)

2.2.2电路的基本计算 (17)

2.3三相桥式有源逆变电路 (17)

2.3.1逆变工作原理 (18)

2.3.2电路中基本电量的计算 (18)

3 有源逆变电路的MATLAB建模与仿真 (20)

3.1单相桥式全控整流及有源逆变的模型仿真 (20)

3.1.1 仿真模型模块介绍 (20)

3.1.2 仿真模型 (22)

3.1.3 仿真模型模块的参数设置 (23)

3.1.4 模型仿真及仿真结果 (31)

3.2三相半波有源逆变的模型仿真 (36)

3.2.1 仿真模型 (36)

3.2.2 仿真模型模块的参数设置 (36)

3.2.3 模型仿真及仿真结果 (37)

3.3三相桥式有源逆变的模型仿真 (41)

3.3.1 仿真模型 (41)

3.3.2 仿真模型模块的参数设置 (42)

3.3.3 模型仿真及仿真结果 (44)

结论 (48)

参考文献 (49)

有源逆变电路建模与仿真

摘要:本文以有源逆变电路为研究对象，介绍了有源逆变电路的工作原理，并对MATLAB/Simulink模块中电力电子仿真所需要的电力系统模块做了简要的说明，介绍了有源逆变电路的主要环节整流及有源逆变的工作原理，并且分析了几种常见的触发角，在此基础上运用MATLAB软件分别对电路的仿真进行了设计；实现了对有源逆变电路的仿真。关键词：有源逆变电路; matlab仿真;Simulink

Regenerative Invert Circuits modeling and simulation

Abstract：In this paper, inverter circuit for the active study, described active inverter circuit work, and matlab/simulink module needed to power electronic simulation power system module to do a brief description of the active inverter main components –the active rectifier and inverter works, and analyzed several common trigger angle on this basis, the use of matlab software simulation were carried out on the circuit design; implementation of active inverter system. Keywords：Regenerative invert circuits; Matlab simulation; Simulink

前言

由于近年来逆变技术已经渗透到国民经济的各个领域和人们生活的方方面面，广泛应用于电力系统、交通运输、邮电通信、工业控制等民用领域和航空、航天、航海等国防领域，特别是随着石油、煤和天然气等主要能源日益紧张，新能源的开发和利用越来越受到人们的重视，而利用新能源的关键技术——逆变技术，能将蓄电池、太阳能电池和燃料电池等其他新能源转化的直流电能变换成交流电能与电网并网发电，并网逆变的基础则是有源逆变技术，因此，有源逆变在新能源的开发和利用领域有着至关重要的地位。

有源逆变电路常规的分析方法需要繁琐的绘图和计算过程。在设计过程中使用Matlab/Simulink 工具来辅助设计,可以得到一种较为直观、快捷分析有源逆变电路的新方法。同时，能用Scope随时地观察仿真波形，使得仿真更具有直观性，实时性。应用Matlab/Simulink进行仿真，在仿真过程中可以灵活改变仿真参数，并且能直观的观察到仿真结果随参数的变化情况。

鉴与此，我们有必要对有源逆变电路进行一定程度的分析研究，以便能更好的认识有源逆变电路的工作原理，本文正是在基于Matlab/Simulink优秀平台下对有源逆变电路进行仿真，来探讨有源逆变电路的实际运行状态。

1 概述

1.1有源逆变电路的概述

1.1.1有源逆变技术的分类和发展

随着电力电子技术的迅猛发展以及各行各业控制技术的发展和对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备都不是直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。它们的幅值、频率、稳定度及变化方式因用电设备的不同而不尽相同，如充电器、太阳能发电装置、电弧焊电源、交流电动机的变频调速器、加热电源、电动汽车、燃料电池发电系统、绿色照明电源、不间断电源、有源滤波器、市电电源的无功补偿器等等，它们所使用的电能都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。

现代逆变技术的种类很多，按输出交流的频率、主电路拓扑结构、输出相数等来分类，按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。如果把逆变器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变为同频率的交流电反送到电网去，称为有源逆变；如果逆变器的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，则称为无源逆变。

逆变技术的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，器件的发展带动逆变技术的发展。最初的逆变电源采用晶闸管（ＳＣＲ）作为逆变器的开关器件，成为可控硅逆变电源，由于ＳＣＲ是一种没有自关断能力的器件，因此必须通过增加换流电路来强迫关断ＳＣＲ，ＳＣＲ的换流电路限制了逆变电源的进一步发展。随着半导体技术和变流技术的发展，自关断的电力电子器件脱颖而出，相继出现了电力晶体管（ＧＴＲ）、可关断晶闸管（ＧＴＯ）、功率场效应晶体管（ＭＯＳＦＥＴ）、绝缘栅双极型晶体管（ＩＧＢＴ）等等。由于自关断器件的使用，使得开关频率得以提高，从而逆变桥输出电压中低次谐波的频率比较高，使输出滤波器的尺寸得以减小，而且对非线性负载的适应性得以提高。一般认为，逆变技术的发展可以分为如下三个阶段：

1956，－－－1980年为传统发展阶段。这个阶段的特点是：开关器件以低速器件为主，逆变器的开关频率较低，波形改善以多重叠加法为主，体积重量较大，逆变效率低，正弦波逆变器开始出现，晶闸管SCR的诞生为正弦波逆变器的发展创造了条件。

1981～2000年为高频化新技术阶段。这个阶段的特点是：开关器件以高速器件为主，逆变器的开关频率较高，波形改善以ＰＷＭ法为主，体积重量较小，逆变效率高，正弦波逆变技术发展日趋完善，微电子技术的发展使新近的控制技术如矢量控制技术、多电平变换技术、重复控制、模糊控制等技术在逆变领域得到了较好的应用，极大的促进了逆变器技术的发展。

2000年至今为高效低污染阶段。这个阶段的特点是以逆变器的综合性能为主，低速与高速开关器件并用，多重叠加法与ＰＷＭ法并用，不再偏向追求高速开关器件与高开关频率，高效环保的逆

变技术开始出现。

随着功率开关器件向高压大容量化、集成化、全控化、高频化及多功能化的方向发展，材料学科的超导材料和软磁材料的惊人发展速度以及智能化控制技术、信息网络技术的发展，逆变技术正朝着高功率密度、高变换效率、高可靠性、无污染、智能化的方向发展。

1.1.2有源逆变技术的应用

随着电力电子技术的飞速发展和各行各业对电气设备控制性能要求的提高，有源逆变技术在许多领域获得了越来越广泛的应用。下面列举的是其主要的应用：

(1)光伏发电

能源危机和环境污染是目前全世界面临的重大问题，许多国家采取了提高能源利用率、改善能源结构、探索新能源和可再生能源等措施，以达到可持续发展的目的。开发利用新能源和可再生能源是21世纪世界经济发展中最具决定性影响的技术之一，充分开发利用太阳能、风能、潮汐能和地热能等可再生能源是世界各国可持续发展的能源战略决策，其中光伏发电最受瞩目。

有源逆变一般用于大型光伏发电站（>10kW）的系统中，很多并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流。最大特点是系统的功率高，成本低。但受光伏组串的匹配和部分遮影的影响，导致整个光伏系统的效率和电产能。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间矢量的调制控制，以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得部分负载情况下的高的效率。

(2)不间断电源系统（ＵＰＳ）

UPS （Uninterruptible PowerSuPPly）的全称是不间断电源系统，顾名思义，UPS是一种能为负载提供连续的不间断电能供应的系统设备。UPS最早的应用，应该是一些特殊的领域，比如：医院的手术室供电保障、电台/电视台的节目播出系统供电、军事应用等等。今天计算机技术、信息技术及其相关产业飞速发展，计算机在各行各业得到了广泛应用，于是UPS似乎也成了计算机系统设备的一个部分。越来越多的重要数据、图象、文字由计算机处理和存贮，如果在工作中间突然停电，必然导致随机存贮器中的数据和程序丢失或损坏；更严重的是，如果此时计算机的读写磁头正在工作的话，极易造成磁头或磁盘的损坏；假如这些数据是在银行清算系统或是证券交易等系统中丢失的话，后果更将不堪设想。不间断电源的核心技术就是将蓄电池中的直流电能逆变为交流电能的逆变技术。

(3)电动机制动再生能量回馈

在变频调速系统中，电动机的减速和停止都是通过逐渐减小运行频率来实现的，在变频器频率

减小的瞬间，电动机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电动机的转子转速未变，或者说，它的转速变化是有一定时间滞后的，这时会出现实际转速大于给定转速，从而产生电动机反电动势高于变频器直流端电压的情况，这时电动机就变成发电机，非但不消耗电网电能，反而可以通过变频器专用型能量回馈单元向电网送电，这样既有良好的制动效果，又将动能转变化为电能，向电网送电而达到回收能量的效果。

交流电动机和直流电动机在制动过程中都会处于发电状态而使直流母线电压泵生。采用有源逆变系统将能量回馈到交流电网而代替传统的电阻能耗制动，既节约了电能，又提高了安全性能。回馈制动采用的是有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。

(4)直流输电

由于交流输电架线复杂、损耗大、电磁波污染环境，所以直流输电是一个发展方向。直流输电目前主要用于：①远距离大功率输电；②联系不同频率或相同频率而非同步运行的交流系统；③作网络互联和区域系统之间的联络线（便于控制、又不增大短路容量）；④以海底电缆作跨越海峡送电或用地下电缆向用电密度高的大城市供电；⑤在电力系统中采用交、直流输电线的并列运行，利用直流输电线的快速调节，控制、改善电力系统的运行性能。首先把交流电整流成高压直流再进行远距离输送，然后再逆变成交流电供给用户。随着电力电子技术的发展，大功率可控硅制造技术的进步、价格下降、可靠性提高，换流站可用率的提高，直流输电技术的日益成熟，直流输电在电力系统中必然得到更多的应用。当前，研制高压直流断路器、研究多端直流系统的运行特性和控制、发展多端直流系统、研究交直流并列系统的运行机理和控制，受到广泛的关注。

许多科学技术学科的新发展为直流输电技术的应用开拓着广阔的前景，多种新的发电方式──磁流体发电、电气体发电、燃料电池和太阳能电池等产生的都是直流电，所产生的电能要以直流方式输送，并用逆变器变换送入交流电力系统；极低温电缆和超导电缆也更适宜于直流输电，等等。今后的电力系统必将是交、直流混合的系统。

以上分别介绍了在城市供电、电气传动、交通运输、通信、电力系统等领域中的主要应用，此外在工业生产（如化学电源）、医疗设备（如医用电源）、家用电器、航空逆变器、舰船逆变器、变频电源及充电机等都会用到有源逆变技术。总之，有源逆变技术已经涉及各行各业，以及各种领域的电源设备。

1.2 SIMULINK/POWER SYSTEM概述

1.2.1 SIMULINK简介

Simulinnk 是the mathworks公司于1990年推出的产品，是在matlab环境下建立系统框图的和仿真的模块库。Simu一词表明它可以用于计算机模拟，而link一词表明它能进行系统连接，即把一系列模块连接起来，构成复杂的系统模型。正是由于simulink的这两大功能和特色，使它成为仿真领域首选的计算机环境。Sinulink环境下可以使用的电力系统仿真模块库（power system blockset）主要是由加拿大的hydro Quebec和tecsim international 公司共同开发的，其功能非常强大，可以用于电路电子系统，电机系统，电力传输系统等领域的仿真，提供一种类似电路搭建的方法用于系统模拟的绘制。在matlab命令窗口中给出simulink命令，或单击matlab工具栏的simulink图标则可打开simulink模型库窗口。

图1.1 Simulink 模型库界面

（1）：连续模块组及其用途

连续模块组包括的主要模块及其图标如图所示

图1.2 连续模块组

表1.1连续模块组及其用途

（2）：离散模块组及其用途

表1.2离散模块组及其用途

（3）：函数与表模块组及其用途

图1.4函数与表模块组

表1.3函数与表模块组及其用途

（4）：数学运算模块组

（5）：非线性系统模块组

（6）：信号与系统模块组

（7）：模块组输出及

（8）：输入源模块组

1.2.2 POWER SYSTEM 简介

在MATLAB命令窗口中键入powerlib命令，则可以得到下图的模块库。当然，电力系统模块库还可以从Smulink模块浏览窗口中直接启动。

在该模块库中有很多模块组，主要有电源（Electrical sources），元件（Elements），电力电子（Power Electronics），电机系统（Machines）,连接器（Conectors），测量（Measuements），附加（Extras），演示（Demos）模块组等。

图1.5 Smulink模块库

（1）：电源（Electrical sources）模块组

电源模块组包括直流电压源，交流电压源，交流电流源，受控电压源和受控电流源基本模块等。

图1.6电源（Electrical sources）模块组

（2）：测量（Measuements）模块组

测量模块组包括电压表，电流表，阻抗表，多用表模块组和各种附加的子模块组等基本模块。

图1.7测量（Measuements）模块组

（3）：元件（Elements）模块组

元件模块组包括各种电阻，电容，电感元件，各种变压器元件，另外还有一个附加的三相件子模块组。

图1.8元件（Elements）模块组

（4）：电力电子（Power Electronics）模块组

电力电子模块组包括理想开关，二极管，晶闸管，可关断晶闸管，功率MOS效应管，绝缘门极晶体管等模块。

图1.9电力电子（Power Electronics）模块组

（5）：电机系统（Machines）模块组

电动机系统模块组包括简单同步电动机，永磁同步电动机，直流电动机，异步电动机，汽轮机和调节器等模块。

图1.10电机系统（Machines）模块组（6）：连接器（Conectors）模块组

连接器模块组包括10个常用的连接器模块。

（7）：附加（Extras），演示（Demos）模块组

演示模块组主要是提供一些演示事例。

附加模块组则包括了上述各模块组中的各个附加子模块组。

图1.11附加（Extras），演示（Demos）模块组

图1.12 附加测量（Measuements）子模块组

图1.13 离散型附加测量（Discrete Measurements）子模块组

图1.14 附加控制（Control Blocks）子模块组

以上我们简要介绍了MATLAB的Simulink和Power System模块库所包含的模块内容。

1.3研究的目标、内容

我们知道，在工程实际中，有源逆变电路的结构往往很复杂，如果不借助专用的系统建模软件，则很难准确地把一个有源逆变电路的复杂模型进行分析，MA TLAB语言是一种功能强大的计算机辅助设计和仿真语言，尤其它提供的SIMULINK仿真工具具有图形化、模块化的界面，易于实现控制系统的仿真，因而倍受人们的青睐。

本论文的目标、内容和拟解决的关键问题

1. 单相桥式全控整流及有源逆变电路的建模与仿真

2. 三相半波有源逆变电路的建模与仿真

3. 三相桥式有源逆变电路的建模与仿真

2 有源逆变电路的结构及原理

2.1单相桥式有源逆变电路

在实际生活中，往往会出现需要将直流电能变换为交流电能的情况。例如，应用晶闸管的电力机车，当机车下坡运行时，机车上的直流电机将由于机械能的作用作为直流发电机运行，此时就需要将直流电能变换为交流电能回送电网，以实现电机制动。又如，运转中的直流电机，要实现快速制动，较理想的办法是将该直流电机作为直流发电机运行，并利用晶闸管将直流电能变换为交流电能回送电网，从而实现直流电机的发电机制动。

相对于整流而言，逆变是它的逆过程。整流装置在满足一定条件下可以作为逆变装置应用。即同一套电路， 既可以工作在整流状态，也可以工作在逆变状态， 这样的电路统称为变流装置。

变流装置如果工作在逆变状态，其交流侧接在交流电网上， 电网成为负载， 在运行中将直流电能变换为交流电能并回送到电网中去， 这样的逆变过程就称为“有源逆变”。 2.1.1电源间能量的变换关系

（a ）同极性连接 E 1>E 2； (b) 同极性连接E 2>E 1； (c) 反极性连接

图2.1 两个电源间能量的传送

（1）图2.1(a)表示直流电源E 1和E 2同极性相连。当E 1＞E 2时， 回路中的电流为

R

E E I 2

1-=

(1)

式中R 为回路的总电阻。此时电源E 1输出电能E 1I ，其中一部分为R 所消耗的I 2R ，其余部分则为电源E 2所吸收的E 2I 。 注意上述情况中，输出电能的电源其电势方向与电流方向一致， 而吸收电能的电源则二者方向相反。

（2）在图2.1(b)中，两个电源的极性均与图2.1(a)中相反，但还是属于两个电源同极性相连的形式。如果电源E 2＞E 1，则电流方向如图，回路中的电流I 为

R

E E I 1

2-=

(2)

此时，电源E 2输出电能，电源E 1吸收电能。

（3）在图2.1(c)中，两个电源反极性相连， 则电路中的电流I 为

E 2

(a)E 12(b

)E 12

(c)

R

E E I 2

1+=

(3)

此时电源E 1和E 2均输出电能，输出的电能全部消耗在电阻R 上。 如果电阻值很小，则电路中的电流必然很大；若R=0，则形成两个电源短路的情况。 综上所述,可得出以下结论：

(1) 两电源同极性相连，电流总是从高电势流向低电势电源， 其电流的大小取决于两个电势之差与回路总电阻的比值。如果回路电阻很小， 则很小的电势差也足以形成较大的电流，两电源之间发生较大能量的交换。

(2) 电流从电源的正极流出，该电源输出电能；而电流从电源的正极流入，该电源吸收电能。电源输出或吸收功率的大小由电势与电流的乘积来决定，若电势或者电流方向改变，则电能的传送方向也随之改变。

(3) 两个电源反极性相连，如果电路的总电阻很小，将形成电源间的短路， 应当避免发生这种情况。

2.1.2基本工作原理

（a ）提升重物； (b)放下重物

图 2.2 直流卷扬系统

（1）整流工作状态（0＜α＜π/2）

图 2.2所示为直流卷扬系统，对于单相全控整流桥，从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度称为控制角，当控制角α在0～π/2之间的某个对应角度触发晶闸管时，上述变流电路输出的直流平均电压为U d =U do cos α，因为此时α均小于π/2，故U d 为正值。在该电压作用下，直流电机转动，卷扬机将重物提升起来，直流电机转动产生的反电势为E D ，且E D 略小于输出直流平均电压U d ，此时电枢回路的电流为

R

E U I D

d d -=

（4）

（2）中间状态（α=π/2）当卷扬机将重物提升到要求高度时，自然就需在某个位置停住，这时只要将控制角α调到等于π/2的位置，变流器输出电压波形中，其正、负面积相等，电压平均值U d 为零， 电动机停转，反电势E D 也同时为零。此时，虽然U d 为零，但仍有微小的直流电流存在。注意，此时电路处于动态平衡状态，与电路切断、电动机停转具有本质的不同。

（3）有源逆变工作状态（π/2＜α＜π）上述卷扬系统中，当重物放下时，由于重力对重物的作用， 必将牵动电机使之向与重物上升相反的方向转动，电机产生的反电势E D 的极性也将随之反相。如果变流器仍工作在α＜π/2 的整流状态，从上面曾分析过的电源能量流转关系不难看出，此时将发生电源间类似短路的情况。为此，只能让变流器工作在α＞π/2的状态，因为当α＞π/2时，其输出直流平均电压U d 为负，出现类似图2.1(b)中两电源极性同时反向的情况，此时如果能满足E D ＞U d ，则回路中的电流为

R

U E I d

D d -=

（5）

电流的方向是从电势E D 的正极流出，从电压U d 的正极流入，电流方向未变。显然，这时电动机为发电状态运行， 对外输出电能，变流器则吸收上述能量并馈送回交流电网去，此时的电路进入到有源逆变工作状态。 2.1.3问题的提出

接下来深入分析上述电路，电路在α＞π/2时是否能够工作？如何理解此时输出直流平均电压U d 为负值的含义?

上述晶闸管供电的卷扬系统中，当重物下降，电动机反转并进入发电状态运行时，电机电势E D

实际上成了使晶闸管正向导通的电源。当α＞π/2时，只要满足E d ＞|u 2|，晶闸管就可以导通工作，在此期间，电压u d 大部分时间均为负值， 其平均电压U d 自然为负，电流则依靠电机电势E D 及电感L d 两端感应电势的共同作用加以维持。正因为上述工作特点，才出现了电机输出能量，变流器吸收并通过变压器向电网回馈能量的情况。 （1） 外部条件

务必要有一个极性与晶闸管导通方向一致的直流电势源。 这种直流电势源可以是直流电机的电枢电势，也可以是蓄电池电势。它是使电能从变流器的直流侧回馈交流电网的源泉，其数值应稍大于变流器直流侧输出的直流平均电压。 （2） 内部条件

要求变流器中晶闸管的控制角α＞π/2， 这样才能使变流器直流侧输出一个负的平均电压，以实现直流电源的能量向交流电网的流转。

上述两个条件必须同时具备才能实现有源逆变。对于半控桥或者带有续流二极管的可控整流电

路，因为它们在任何情况下均不可能输出负电压，也不允许直流侧出现反极性的直流电势，所以不能实现有源逆变。

2.2三相半波有源逆变电路

图2.3三相半波有源逆变电路

（a）整流工作状态（b）逆变工作状态

图2.4三相半波有源逆变电路的相关波形

2.2.1基本工作原理

（1）电路的整流工作状态（0＜α＜π/2）

图 2.4(a)所示电路中，α=30°时依次触发晶闸管，其输出电压波形如图黑实线所示。因负载回路中接有足够大的平波电感，故电流连续。对于α=30°的情况，输出电压瞬时值均为正，其平均

电压自然为正值。对于在0＜α＜π/2范围内的其它移相角，即使输出电压的瞬时值u

d

有正也有负，

但正面积总是大于负面积，输出电压的平均值U

d 也总为正，其极性如图为上正下负，而且U

d

略大于

E

D 。此时电流I

d

从U

d

的正端流出，从E

D

的正端流入，能量的流转关系为交流电网输出能量，电机吸

收能量以电动状态运行。

（2）电路的逆变工作状态（π/2＜α＜π）

假设此时电动机端电势已反向，即下正上负，设逆变电路移相角α=150°，依次触发相应的晶

闸管，如图2.4(b)在ωt

1时刻触发a相晶闸管V

1

，虽然此时u

a

=0，但晶闸管V

1

因承受E

D

的作用，

仍可满足导电条件而工作，并相应输出u

a 相电压。V

1

被触发导通后，虽然u

a

已为负值，因 E

D

的存

在，且| E D |＞|u a |，V 1仍然承受正向电压而导通， 即使不满足| E D |＞| u a |，由于平波电感的存在，释放电能，L 的感应电势也仍可使V 1承受正向电压继续导通。因电感L 足够大，故主回路电流连续，V 1导电120°后由于V 2的被触发而截止，V 2被触发导通后，由于此时u b ＞u a ，故V 1承受反压关断，完成V 1与V 2之间的换流，这时电路输出电压为u b ，如此循环往复。 2.2.2电路的基本计算

为分析和计算方便，通常把逆变工作时的控制角改用β表示，令β=π-α，称为逆变角。规定α=π时作为计算β的起点，和α的计量方向相反，β的计量方向是由右向左。变流器整流工作时，α＜π/2， 相应的β＞π/2， 而在逆变工作时， α＞π/2而β＜π/2。 逆变时，其输出电压平均值的计算公式可改写成

)

17.1(cos 2?βU U U U do do d =-=三相半波时

（6）

β从π/2逐渐减小时，其输出电压平均值U d 的绝对值逐渐增大，其符号为负值。逆变电路中，晶闸管之间的换流完全由触发脉冲控制，其换流趋势总是从高电压向更低的阳极电压过渡。

这样，对触发脉冲就提出了格外严格的要求，其脉冲必须严格按照规定的顺序发出，而且要保证触发可靠，否则极容易造成因晶闸管之间的换流失败而导致的逆变颠覆。

2.3三相桥式有源逆变电路

图2.5 三相桥式有源逆变原理图

(a)

(完整版)三相逆变器matlab仿真

三相无源逆变器的构建及其MATLAB仿真1逆变器 1.1逆变器的概念 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。 1.3逆变器的分类 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)……………. 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。 图 1 三相逆变电路

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。 4MATLAB仿真 Matlab软件作为教学、科研和工程设计的重要方针工具，已成为首屈一指的计算机仿真平台。该软件的应用可以解决电机电器自动化领域的诸多问题。利用其中的Simulink模块可以完成对三相无源电压型SPWM逆变器的仿真，并通过仿真获取逆变器的一些特性图等数据。 图 2 系统Simulink 仿真 所示为一套利用三相逆变器进行供电的系统的Matlab仿真。系统由一个380v的直流电源供电，经过三相整流桥整流为三相交流电,并进行SPWM正弦脉宽调制。输出经过一个三相变压器隔离后通入一个三相的RLC负载模块（Three phase parallel RLC）。加入了两个电压测量单元voltage measurement和voltage measurement1，并将结果输出到示波器模块Scope1.

无源三相PWM逆变器控制电路设计65427

目录 第一章：课程设计的目的及要求 (2) 第二章整流电路 (5) 第三章逆变电路 (9) 第四章PWM逆变电路的工作原理 (11) 第五章三相正弦交流电源发生器 (14) 第六章三角波发生器 (15) 第七章比较电路 (16) 第八章死区生成电路 (18) 第九章驱动电路 (20) 附录 参考文献 课程设计的心得体会

第一章：课程设计的目的及要求 一、课程设计的目的 通过电力电子计术的课程设计达到以下几个目的： 1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索 需要的文献资料。 2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。 4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。 5、提高学生课程设计报告撰写水平。 二、课程设计的要求 1. 自立题目 题目：无源三相PWM逆变器控制电路设计 注意事项： ①学生也可以选择规定题目方向外的其它电力电子装置设计，如开关电源、镇流器、UPS电源等，

②通过图书馆和Internet广泛检索和阅读自己要设计的题目方向的文献资料，确定适应自己的课程设计方案。首先要明确自己课程设计的设计容。 控制框图 设计装置（或电路）的主要技术数据 主要技术数据 输入交流电源： 三相380V，f=50Hz 交直变换采用二极管整流桥电容滤波电路，无源逆变桥采用三相桥式电压型逆变主电路，控制方法为SPWM控制原理输出交流： 电流为正弦交流波形，输出频率可调，输出负载为三相异步电动机，P=5kW等效为星形RL电路，R=10Ω，L=15mH

设计容： 整流电路的设计和参数选择 滤波电容参数选择 三相逆变主电路的设计和参数选择 IGBT电流、电压额定的选择 三相SPWM驱动电路的设计 画出完整的主电路原理图和控制电路原理图 2.在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术 知识和创造性的思维方式以及创造能力 要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。主电路具体电路元器件的选择应有计算和说明。课程设计从确定方案到整个系统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经过剖析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。课程设计中要不断提出问题，并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于5篇，且文中有引用说明，否则也不能得优）。

三相全控桥式整流及有源逆变电路的设计

电力电子技术课程设计报告 有源逆变电路的设计 姓名 学号 年级20级 专业电气工程及其自动化 系（院） 指导教师 2012年12 月10 日 课程设计任务书

课程《电力电子技术》 题目 有源逆变电路的设计 引言 任务： 在已学的《电力电子技术》课程后，为了进一步加强对整流和有源逆变电路的认识。可设计一个三相全控桥式整流电路及有源逆变电路。分析两种电路的工作原理及相应的波形。通过电路接线的实验手段来进行调试，绘制相关波形图 要求： a. 要有设计思想及理论依据 b. 设计出电路图即整流和有源逆变电路的结构图 c. 计算晶闸管的选择和电路参数 d. 绘出整流和有源逆变电路的u d(t)、i d(t)、u VT(t)的波形图 e. 对控制角α和逆变β的最小值的要求

设计题目三相全控桥式整流及有源逆变电路的设计 一．设计目的 1．更近一步了解三相全控桥式整流电路的工作原理，研究全控桥式整流电路分别工作在电阻负载、电阻—电感负载下Ud, Id及Uvt的波形，初步 认识整流电路在实际中的应用。 2．研究三相全控桥式整流逆变电路的工作原理，并且验证全控桥式电路在有源逆变时的工作条件，了解逆变电路的用途。 二．设计理念与思路 晶闸管是一种三结四层的可控整流元件，要使晶闸管导通，除了要在阳极—阴极间加正向电压外，还必须在控制级加正向电压，它一旦导通后，控制级就失去控制作用，当阴极电流下降到小于维持电流，晶闸管回复阻断。因此，晶闸管的这一性能可以充分的应用到许多的可控变流技术中。 在实际生产中，直流电机的调速、同步电动机的励磁、电镀、电焊等往往需要电压可调的直流电源，利用晶闸管的单向可控导电性能，可以很方便的实现各种可控整流电路。当整流负载容量较大时，或要求直流电压脉冲较小时，应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源提供。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最广泛的是三相桥式全控整流电路。三相半波可控电路只用三只晶闸管，接线简单，但晶闸管承受的正反向峰值电压较高，变压器二次绕组的导电角仅120°，变压器绕组利用率较低，并且电流是单向的，会导致变压器铁心直流磁化。而采用三相全控桥式整流电路，流过变压器绕组的电流是反向电流，避免了变压器铁芯的直流磁化，同时变压器绕组在一个周期的导电时间增加了一倍，利用率得到了提高。 逆变是把直流电变为交流电，它是整流的逆过程，而有源逆变是把直流电经过直-交变换，逆变成与交流电源同频率的交流电反送到电网上去。逆变在工农业生产、交通运输、航空航天、办公自动化等领域已得到广泛的应用，最多的是交流电机的变频调速。另外在感应加热电源、航空电源等方面也不乏逆变电路的身影。 在很多情况下，整流和逆变是有着密切的联系，同一套晶闸管电路即可做整流，有能做逆变，常称这一装置为“变流器”。 三．关键词

单相桥式全控整流及有源逆变电路的MATLAB仿真

单相桥式全控整流及有源逆变电路的MATLAB 仿真 图1 单相桥式全控整流 知识点回顾： 整流(AC/DC)就是将交流变化为方向不变，大小为纹波的直流，相信大家都很清楚，这里就不详细介绍整流啦！ 逆变(DC/AC)，按负载性质的不同，逆变分为有源逆变和无源逆变。如果把逆变电路的交流侧接到交流电源上，将直流电能经过直—交变换，逆变成与交流电源同频率的交流电返回到电网上去，叫有源逆变，其相应的装置是有源逆变器。而将直流电能经过变换逆变成交流电能直接消耗在非电源性负载上者，叫无源逆变，其相应的装置是变频器。 逆变与整流是变流装置的两种不同工作状态，能在同一套变流装置上实现，只是其工作条件不一样而已。首要条件是变流装置内部，使直流电压d U 改变极性，从而使功率的流向有可能发生逆转。当控制角?<≤ 900α时， 变流装置工作在整流状态，直流电压d U 与直流电流d I 是同一方向，装置将交流电能转换成直流电能供给直流负载；当控制角?≤< ?18090α时，变流装置工作在逆变状态，由于晶闸管的单向导电性，电流d I 方向不变，而直流 电压d U 改变了极性，装置将直流电能转换成交流电能输向电网或非电源性负载。其次是外部调件，必须是提供直流能源，而且是d U E > 。 仿真环境： MATLAB (R2009b) 实验一：电感性负载整流 1.电路搭建

元件路径 晶闸管T SimPowerSystems/Power Electronics/Thyristor 交流电源AC100V SimPowerSystems/Electrical Sources/AC Voltage Source 脉冲发生器Pulse Generator Simulink/Sources/Pulse Generator 支路RLC SimPowerSystems/Elements/Series RLC Branch 电压测量Vd SimPowerSystems/Measurements/Voltage Measurement 电流测量SimPowerSystems/Measurements/Current Measurement 示波器Scope Simulink/Sinks/Scope 选择器Selector Simulink/Signal Routing/Selector 3.参数设置

PWM逆变器Matlab仿真解析

课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: PWM逆变器Matlab仿真 初始条件： 输入110V直流电压； 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、得到输出为220V、50Hz单相交流电； 2、采用PWM斩波控制技术； 3、建立Matlab仿真模型； 4、得到实验结果。 时间安排： 课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。 第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。 第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。 第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日

目录 摘要 (1) 1设计方案的选择与论证 (2) 2逆变主电路设计 (2) 2.1逆变电路原理及相关概念 (2) 2.2逆变电路的方案论证及选择 (3) 2.3建立单相桥式逆变电路的S IMULINK的仿真模型 (4) 2.3.1模型假设 (5) 2.3.2利用MATLAB/Simulink进行电路仿真 (5) 3正弦脉宽调制(SPWM)原理及控制方法的SIMULINK仿真 (6) 3.1正弦脉冲宽度调制(SPWM)原理 (6) 3.2SPWM波的控制方法 (7) 3.2.1双极性SPWM控制原理及Simulink仿真 (7) 3.2.2单极性SPWM控制原理及Simulink仿真 (9) 4升压电路的分析论证及仿真 (11) 4.1B OOST电路工作原理 (11) 4.2B OOST电路的S IMULINK仿真 (12) 5滤波器设计 (13) 6 PWM逆变器总体模型 (15) 7心得体会 (18) 参考文献 (19)

PWM-逆变器设计与仿真

PWM-逆变器设计与仿真

摘要 随着电力电子技术的不断发展，电力电子技术的各种装置在国民经济各行各业中得到了广泛应用。从电能转换的观点，电力电子的装置涵盖交流——直流变换、直流——交流变换、直流——直流变换、交流——交流变换。比如在可控电路直流电动机控制，可变直流电源等方面都得到了广泛的应用,而这些都是以逆变电路为核心。由于电力电子技术中有关电能的变换与控制过程，内容大多涉及电力电子各种装置的分析与大量的计算、电能变幻的波形分析、测量与绘制等，这些工作特别适合Matlab的使用。本次设计的题目是基于PWM逆变器的设计与仿真，所以在此次仿真就用的是Matlab软件，建立了基于Matlab的单相桥式SPWM逆变电路,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/simupowersystems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,分别用单极性SPWM和双极性SPWM的动态模型给出了仿真的实例与仿真结果，验证了模型的正确性，并展现了Matlab仿真具有的快捷，灵活，方便，直观的以及Matlab绘制的图形准确、清晰、优美的优点,从而进一步展示了Matlab的优越性。 关键字：PWM逆变器单极性SPWM 双极性SPWM MATLAB仿真

目录 摘要 绪论 (1) 第1章 MATLAB软件 (3) 1.1软件的介绍 (3) 1.2 电力电子电路的Matlab仿真 (4) 1.2.1实验系统总体设计 (5) 1.2.2电力电子电路Simulink仿真d特点 (5) 第2章逆变主电路的方案论证与选择 (6) 第3章 PWM逆变器的工作原理 (9) 3.1 PWM控制理论基础 (9) 3.1.1面积等效原理 (9) 3.2 PWM逆变电路及其控制方法 (11) 3.2.1计算法…………………………………………………… 11 3.2.2调制法…………………………………………………… 11 3.2.3 SPWM控制方式………………………………………… 15 第4章单相桥式PWM逆变器的仿真 (18) 4.1单相桥式PWM逆变器调制电路的Simulink模型 (18) 4.1.1单极性SPWM仿真模型图 (18)

实验二、三相桥式有源逆变电路的仿真实验指导书

三相桥式有源逆变电路的仿真 一、实验目的和要求 1.掌握三相桥式有源逆变电路的工作原理 2.熟练运用MATLAB 中的simulink 模块建立三相桥式有源逆变电路的模型，并通过修改参数，得出相应的波形并分析波形得出结论。 二、实验原理 1.三相桥式有源逆变电路 图2.1三相桥式有源逆变原理图 （b ）输出电压 （c ）触发脉冲 （d ）晶闸管导通情况 图2.2三相桥式有源逆变电路相关波形 2.3.1逆变工作原理 三相桥式逆变电路结构如图2.2(a)所示。如果变流器输出电压U d 与直流电机电势E D 的极性如图所示（均为上负下正）， 当电势E D 略大于平均电压U d 时，回路中产生的电流I d 为 T a V 1 b V 3 c V 5u d i d V 4V 6V 2L R M ＋－E D ＋－(a)

R U E I d D d -= （1） 电流I d 的流向是从E D 的正极流出而从U d 的正极流入，即电机向外输出能量，以发电状态运行；变流器则吸收能量并以交流形式回馈到交流电网，此时电路即为有源逆变工作状态。 电势E D 的极性由电机的运行状态决定，而变流器输出电压U d 的极性则取决于触发脉冲的控制角。欲得到上述有源逆变的运行状态，显然电机应以发电状态运行，而变流器晶闸管的触发控制角α应大于π/2，或者逆变角β小于π/2。有源逆变工作状态下，电路中输出电压的波形如图2.2(b)实线所示。此时，晶闸管导通的大部分区域均为交流电的负电压， 晶闸管在此期间由于E D 的作用仍承受极性为正的相电压，所以输出的平均电压就为负值。 三相桥式逆变电路一个周期中的输出电压由6个形状相同的波头组成，其形状随β的不同而不同。 该电路要求6个脉冲，两脉冲之间的间隔为π/3， 分别按照1， 2， 3， …， 6的顺序依次发出，其脉冲宽度应大于π/3或者采用“双窄脉冲”输出。 上述电路中， 晶闸管阻断期间主要承受正向电压， 而且最大值为线电压的峰值。 2.3.2电路中基本电量的计算 由于三相桥式逆变电路相当于两组三相半波逆变电路的串联， 故该电路输出平均电压应为三相半波逆变电路输出平均电压的两倍， 即 β β??cos 34.2cos 17.1222U U U d -=?-= （2） 式中，U 2φ为交流侧变压器副边相电压有效值。 输出电流平均值为 D B d D d R R R R U E I +=-= （3） 式中，R B 为变压器绕组的等效电阻；R D 为变流器直流侧总电阻。 输出电流的有效值为 ∑+=22N d I I I （4） 式中，I N 为第N 次谐波电流有效值。N 的取值由波形的谐波分析展开式确定。 晶闸管流过电流的平均值为 d VV I I 31= （5） 晶闸管流过电流的有效值为

光伏并网逆变器控制与仿真设计

光伏并网逆变器控制与仿真设计 为了达到提高光伏逆变器的容量和性能目的，采用并联型注入变换技术。根据逆变器结构以及光伏发电阵电流源输出的特点，选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，并在仿真软件PSCAD中搭建光伏电池和逆变器模型，最后通过仿真与实验验证了理论的正确性和控制策略的可行性。 ?近年来，应用于可再生能源的并网变换技术在电力电子技术领域形成研究热点。并网变换器在太阳能光伏、风力发电等可再生能源分布式能源系统中具有广阔发展前景。太阳能、风能发电的重要应用模式是并网发电，并网逆变技术是太阳能光伏并网发电的关键技术。在光伏并网发电系统中所用到的逆变器主要基于以下技术特点：具有宽的直流输入范围；具有最大功率跟踪（MPPT）功能；并网逆变器输出电流的相位、频率与电网电压同步，波形畸变小，满足电网质量要求；具有孤岛检测保护功能；逆变效率高达92％以上，可并机运行。逆变器的主电路拓扑直接决定其整体性能。因此，开发出简洁、高效、高性价比的电路拓扑至关重要。 ?1 逆变器原理 ?该设计为大型光伏并网发电系统，据文献所述，一般选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，如图1所示。光伏阵列输出的直流电由逆变器逆变为交流电，经过变压器升压和隔离后并入电网。光伏并网发电系统的核心是逆变器，而电力电子器件是逆变器的基础，虽然电力电子器件的工艺水平已经得到很大的发展，但是要生产能够满足尽量高频、高压和低EMI的大功率逆变器时仍有很大困难。所以对大容量逆变器拓扑进行研究是一种具有代表性的解决方案。作为太阳能光伏阵列和交流电网系统之间的能量变换器，其安全性，可靠性，逆变效率，制造成本等因素对于光伏逆变器的发展有着举足轻

单相电压型全桥逆变电路及其simulink仿真(含开题报告书)

电力电子技术课程设计单相电压型全桥逆变电路及其simulink仿真

开题报告 课题名称：单相电压型全桥逆变电路及其simulink仿真 完成时间：2012.12.14 指导老师：刘彬 (一)简要背景说明 随着电力电子技术的发展，逆变电路具有广泛的应用范围。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。由于电压型逆变电路具有直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；阻感负载时需要提供无功功率，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等特点而具有广泛的应用范围。电压型逆变电路主要用于两方面：①笼式交流电动机变频调速系统。由于逆变电路只具有单方向传递电能的功能，故比较适用于稳态运行、无需频繁起制动和加、减速的场合。②不停电电源。该电源在逆变输入端并接蓄电池，类似于电压源。 图1 单相电压型全桥逆变电路

(二)研究的目的及其意义 在教学及实验基础上，设计单相电压型全桥逆变电路及其控制与保护电路，并通过使用simulink对课程中理论对电路进行仿真实现，进一步了解单相电压型全桥逆变电路的工作原理、波形及计算。 培养学生运用所学知识综合分析问题解决问题的能力。 在电力电子技术的应用中，逆变电路是通用变频器核心部件之一，起着非常重要的作用。逆变电路是与整流电路相对应，把直流电变成交流电的电路。逆变电路的基本作用是在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。无源逆变电路的应用非常广泛。在已有的各种电源中，蓄电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，需要通过无源逆变电路；无源逆变电路与其它电力电子变换电路组合形成具有特殊功能的电力电子设备，如无源逆变器与整流器组合为交-直-交变频器(来自交流电源的恒定幅度和频率的电能先经整流变为直流电，然后经无源逆变器输出可调频率的交流电供给负载)。当电网提供的50 Hz 工频电源不能满足负载的需要，就需要用交-直-交变频电路进行电能交换。如感应加热需要较高频率的电源；交流电动机为了获得良好的调速特性需要频率可变的电源。 (三)研究的主要内容 1单相电压型全桥逆变电路的原理。 2单相电压型全桥逆变电路的结构。 3单相电压型全桥逆变电路及其控制电路、保护电路的设计(画出原理图，标明器件的选择)。 4完成单相电压型全桥逆变电路的数学模型的设计。 5建立simulink仿真系统进行建模，并对模型参数进行设置。 6仿真结果与分析。 (四)研究的主要方法和手段 首先建立单相电压型全桥逆变电路的电路拓扑图，在MATLAB中使用simulink工具箱建立相关控制模型，设置模型参数后，通过仿真得到电路的电压、电流结果，并对该结果进行分析。

PWM_逆变器设计与仿真

摘要 随着电力电子技术的不断发展，电力电子技术的各种装置在国民经济各行各业中得到了广泛应用。从电能转换的观点，电力电子的装置涵盖交流——直流变换、直流——交流变换、直流——直流变换、交流——交流变换。比如在可控电路直流电动机控制，可变直流电源等方面都得到了广泛的应用,而这些都是以逆变电路为核心。由于电力电子技术中有关电能的变换与控制过程，内容大多涉及电力电子各种装置的分析与大量的计算、电能变幻的波形分析、测量与绘制等，这些工作特别适合Matlab的使用。本次设计的题目是基于PWM逆变器的设计与仿真，所以在此次仿真就用的是Matlab软件，建立了基于Matlab的单相桥式SPWM逆变电路,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/simupowersystems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,分别用单极性SPWM和双极性SPWM的动态模型给出了仿真的实例与仿真结果，验证了模型的正确性，并展现了Matlab仿真具有的快捷，灵活，方便，直观的以及Matlab绘制的图形准确、清晰、优美的优点,从而进一步展示了Matlab的优越性。 关键字：PWM逆变器单极性SPWM 双极性SPWM MATLAB仿真

目录 摘要 绪论 (1) 第1章 MATLAB软件 (3) 1.1软件的介绍 (3) 1.2 电力电子电路的Matlab仿真 (4) 1.2.1实验系统总体设计 (5) 1.2.2电力电子电路Simulink仿真d特点 (5) 第2章逆变主电路的方案论证与选择 (6) 第3章 PWM逆变器的工作原理 (9) 3.1 PWM控制理论基础 (9) 3.1.1面积等效原理 (9) 3.2 PWM逆变电路及其控制方法 (11) 3.2.1计算法 (11) 3.2.2调制法 (11) 3.2.3 SPWM控制方式 (15) 第4章单相桥式PWM逆变器的仿真 (18) 4.1单相桥式PWM逆变器调制电路的Simulink模型 (18) 4.1.1单极性SPWM仿真模型图 (18) 4.1.2 双极性SPWM仿真模型图 (19) 4.2 仿真参数的设定及仿真图的分析 (19) 4.2.1 单极性SPWM的仿真及分析 (19)

电力电子技术与电力系统分析matlab仿真

电气2013级卓班电力电子技术与电力系统分析 课程实训报告 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师：

兰州交通大学自动化与电气工程学院 2016 年 1 月日

电力电子技术与电力系统分析课程实训报告 1 电力电子技术实训报告 1.1 实训题目 1.1.1电力电子技术实训题目一 一．单相半波整流 参考电力电子技术指导书中实验三负载，建立MATLAB/Simulink环境下三相半波整流电路和三相半波有源逆变电路的仿真模型。仿真参数设置如下： (1)交流电压源的参数设置和以前实验相关的参数一样。 (2)晶闸管的参数设置如下： R=0.001Ω，L =0H，V f=0.8V，R s=500Ω，C s=250e-9F on (3)负载的参数设置 RLC串联环节中的R对应R d，L对应L d，其负载根据类型不同做不同的调整。 (4)完成以下任务： ①仿真绘出电阻性负载（RLC串联负载环节中的R d= Ω，电感L d=0，C=inf，反电动势为0）下α=30°，60°，90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L 和晶闸管两端电压U vt1的波形。 d ②仿真绘出阻感性负载下（负载R d=Ω，电感L d为，反电动势E=0）α=30°，60°，90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L d和晶闸管两端电压U vt1的波形。 ③仿真绘出阻感性反电动势负载下α=90°，120°，150°时整流电压U d，负载电流L d和晶闸管两端电压U vt1的波形，注意反电动势E的极性。 (5)结合仿真结果回答以下问题： ①该三项半波可控整流电路在β=60°，90°时输出的电压有何差异?

基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究

计算机辅助工程设计 课程设计与报告 题目：基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究

基于SIMULINK的并网逆变器的仿真研究 第一章绪论 1.1课题背景及研究意义 当今社会，资源、环境和能源问题仍困扰着世界的发展。对此，各国对开发利用新型能源、使用清洁能源的需求日益迫切，尤其是中国，地广人多，是能源消耗大国。目前，国内更多的依靠火电、水电和核聚变发电来供电。然而火电生产排放大量的硫化物、粉尘等严重污染空气，影响气候变迁，其来源化石能源也将消耗殆尽；水电建设成本高，资源有限，还会给江河系统造成不可逆的破坏；核电在安全方面有缺陷，一旦核泄漏，将给环境造成毁灭性的破坏，日本福岛核泄漏事故就是一个活生生的例子。 因此，人类不得不寻求更加清洁、安全的替代能源。进入21世纪后，各国政府都在大力鼓励研究清洁可再生能源，太阳能、风能、地热能、潮汐能等环境能量开发技术获得快速发展，其中尤以风能和太阳能应用最多。由于我国资源分布不均衡，有些地方如内蒙古、沿海，有的地方太阳能蕴藏量大，如西藏，但这些地方发出的电当地并不能完全消纳，而其他一些地区则因负荷过重而缺电，因此将电资源丰富的地方发出的电并入电网是明智之举。 然而，分布型电能并入电网需要做到与电网同频同相同幅值，目前并网技术成为了新能源发电的瓶颈技术。因此，本文通过从并网逆变器的设计着手研究新能源并网技术，具有一定实际意义。 1.2 并网标准 新能源发电并入电网的电能必须满足以下3个条件[5]： （1）电压幅值：纹波幅值≤10%。 （2）频率：频差≤0.3Hz[1]。 （3）相位相同，相序相同，且相位差≤20°。 表1-1 并网标准化指标

电力电子课程设计-IGBT单相电压型全桥无源逆变电路

1引言 本次课程设计的题目是IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计，根据电力电子技术的相关知识,单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路,与整流电路相比较，把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。当交流侧接在电网上，称为有源逆变;当交流侧直接和负载相接时,称为无源逆变,逆变电路在现实生活中有很广泛的应用。 2工作原理概论 2． 1 IGBＴ的简述 绝缘栅双极晶体管(Ｉｎsulated-gate Bipolａｒ Tｒａnsiｓtor）,英文简写为IGBT。它是一种典型的全控器件。它综合了GTR和MOSＦＥT的优点,因而具有良好的特性。现已成为中、大功率电力电子设备的主导器件。IＧBＴ是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。它可以看成是一个晶体管的基极通过电阻与MOSFET相连接所构成的一种器件。其等效电路和电气符号如下： 图1 IGBT等效电路和电气图形符号

它的开通和关断是由栅极和发射极间的电压所决定的。当ＵＧE为正且大于开启电压UGE时，MOSFET内形成沟道,并为晶体管提供基极电流进而是IＧBT导通。由于前面提到的电导调制效应，使得电阻减小,这样高耐压的IＧBT也具有很小的通态压降。当山脊与发射极间施加反向电压或不加信号时,MOＳFET内的沟道消失,晶体管的积极电流被切断,使得IGBT关断。 ２．2 电压型逆变电路的特点及主要类型 根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路;直流侧是电流源的则称为电流型逆变电路。电压型逆变电路有以下特点：直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗。 由于直流电压源的钳位作用,交流侧输出电压波形为矩形波,并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因为负载阻抗的情况不同而不同。 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧想直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。又称为续流二极管。 逆变电路分为三相和单相两大类。其中,单相逆变电路主要采用桥式接法。主要有:单相半桥和单相全桥逆变电路。而三相电压型逆变电路则是由三个单相逆变电路组成。 ２.3 IGBＴ单相电压型全桥无源逆变电路原理分析 单相逆变电路主要采用桥式接法。它的电路结构主要由四个桥臂组成,其中每 个桥臂都有一个全控器件IGBT和一个反向并接的续流二极管，在直流侧并联有大 电容而负载接在桥臂之间。其中桥臂１,4为一对，桥臂２,3为一对。可以看成由 两个半桥电路组合而成。其基本电路连接图如下所示：

三电平光伏并网逆变器和仿真

三电平光伏并网逆变器共模电压SVPWM抑制策略研究 发布:2018-09-07 | 作者: | 来源: mahuaxiao | 查看:436次 | 用户关注： 摘要：本文提出了一种优化空间矢量脉宽调制方法来抑制光伏并网逆变器中产生的共模电压。在分析共模电压产生机理的基础上，对通常SVPWM调制技术进行改进,调整了有效矢量的选择范围,并对开关次序进行优化。该空间矢量合成算法克服了SPWM调制存在的母线电压利用率低，线性调制区小的问题。仿真结果表明，该算法可以将共模电压幅值抑制到普通SVPWM算法的1/2，具有良好的有效性和实用性。1引言目前,多电平变流器以其突出的优点在高压大 摘要：本文提出了一种优化空间矢量脉宽调制方法来抑制光伏并网逆变器中产生的共模电压。在分析共模电压产生机理的基础上，对通常SVPWM调制技术进行改进, 调整了有效矢量的选择范围, 并对开关次序进行优化。该空间矢量合成算法克服了SPWM调制存在的母线电压利用率低，线性调制区小的问题。仿真结果表明，该算法可以将共模电压幅值抑制到普通SVPWM算法的1/2，具有良好的有效性和实用性。 1 引言 目前, 多电平变流器以其突出的优点在高压大功率变流器中得到了日益广泛的应用,它不仅能减少输出波形的谐波，也易于进行模块化设计[1, 2]。二极管中点箝位式(NPC>三电平拓扑结构即是高压大功率变频器的主流拓扑结构之一[3] 。然而在三电平变流器的应用中, 也出现了一些问题，特别是共模电压问题。目前，变频器共模电压的抑制方法主要有两种：一是外加无源滤波器等，或有源滤波器[4-6]，这类方法会导致体积和成本显著增加，且不易应用于高压大容量场合；二是通过控制策略从源头减小共模电压，文献[7]、[8]提出一种SPWM消除共模电压的调制方法。该方式是通过异相调制来消除开关共模电压,但是存在直流电压利用率低、线性调制区过小的问题。 针对SPWM调制的电压利用率低、不利于运用于各种调制比工况下的缺点，本文从三电平逆变器共模电压形成机理出发，提出了一种基于优化电压空间矢量(SVPWM>方法, 可有效抑制三电平逆变器输出共模电压。并通过 Matlab/Simulink软件对该方法进行了仿真验证, 结果表明效果良好。 2 光伏三电平逆变器及其共模电压 本文研究的三电平光伏逆变器系统如图1所示。其输入为光伏阵列的直流电压，逆变器主拓扑为NPC三电平结构。设直流母线电压的幅值为Vdc,用开关状态字“1”,“0”和“-1”分别表示逆变器每相输出为+Vdc/2、0和-Vdc/2的三种状态,则三相三电平逆变器总共有27种不同的开关状态。根据幅值和相位可以画出三电平逆变器的电压空间矢量图，具体如图2所示。

单相桥式整流逆变电路的设计及仿真

单相桥式整流逆变电路的设计及仿真 辽宁工业大学 电力电子技术课程设计（论文）题目：单相桥式整流/逆变电路的设计及仿真 院（系）：电气工程学院 专业班级：自动化111班 学号： 110302030 学生姓名： 指导教师：（签字） 起止时间：2013.12.30-2014.1.10

课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院教研室：自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

摘要 整流电路是把交流电转换为直流电的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。逆变电路是把直流电变成交流电的电路，与整流电路相对应。无源逆变电路则是将交流侧直接和负载连接的电路。 此次设计的单相桥式整流电路是利用二极管来连接成“桥”式结构，达到电能的充分利用，是使用最多的一种整流电路。无源逆变是指逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接接到负载，即将直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载。 关键词：交直流转换；桥式整流；无源逆变电路；

目录 第1章绪论 (1) 第2章课程设计的方案 (2) 2.1概述 (2) 2.2系统组成方案 (2) 2.2.1单相桥式整流电路的结构 (2) 2.2.2单相桥式无源逆变电路的结构 (3) 第3章主电路设计 (4) 3.1单相桥式整流主电路 (4) 3.1.1单相桥式整流主电路图 (4) 3.1.2工作原理 (4) 3.2单相桥式无源逆变电路主电路 (5) 3.2.1单相桥式整流电路主电路图 (5) 3.2.2工作原理 (6) 第4章控制电路设计 (7) 4.1单相桥式整流电路控制 (7) 4.1.1触发电路 (7) 4.1.2保护电路 (8) 4.2单相桥式无源逆变电路控制电路 (9) 4.2.1驱动电路 (9) 4.2.2保护电路 (10) 第5章 MATLAB仿真 (12) 5.1单相桥式整流电路的仿真 (12) 5.2单相桥式无源逆变电路的仿真 (15) 第6章课程设计总结 (17) 参考文献 (18)

pwm逆变电路仿真

题目如下： 使用IGBT完成逆变电路仿真，直流电压300V。阻感负载，电阻值1Ω，电感值3mH。调制深度m=0.5。输出基波频率50Hz，载波频率为基频15倍，即750Hz。分别按下列要求仿真输入输出波形，进行谐波傅里叶分析。绘制主要器件的工作波形。 1，单极性SPWM方式下的单相全桥逆变电路仿真，及双极性SPWM方式下的单相全桥逆变电路仿真。对比两种调制方式的不同。 题目中需要做单极性与双极型SPWM的单相全桥逆变电路仿真，那么首先了解一下SPWM的原理。 SPWM控制的基本原理 PWM（Pulse Width Modulation）控制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，来等效地获得所需要的波形。PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻，PWM控制技术在逆变电路中的应用也最具代表性。面积等效原理是PWM控制技术的重要理论基础，即在采样控制中，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的同一环节上时，其效果基本相同。其中，冲量指的是窄脉冲的面积；效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。如图1.1所示，三个窄脉冲形状不同，但是它们的面积都等于1， 图1.1 SPWM控制如下：

如图1-2是单相PWM逆变电路VT1~VT4是四个IGBT管，VD1~ VD4是四个二极管，调制电路作为控制电路控制IGBT导通与关断来得到所需要的波形。 图1-2 计算法和调制法： SPWM逆变电路主要有两种控制方法：计算法和调制法。计算法是将PWM脉冲宽度的波形计算出来，显然这种方法是很繁琐的，不采用。调制法是用一个三角波作为载波，将一正弦波作为调制信号进行调制。我们采用调制法。因为等腰三角波上下宽度与高度呈线性关系且左右对称，当它与一个平缓变化的正弦调制信号波相交时，在交点时刻就可以得到宽度正比于正弦信号波幅度的脉冲 单极性与双极型的控制方法如下： 1单极性PWM控制方式： 如图1-3所示，在u r和u c的交点时刻控制IGBT的通断 u r正半周，VT1保持通，VT2保持断 . 当u r>u c时使VT4通，VT3断，u o=u d当u r

PWM逆变器Matlab仿真设计

PWM逆变器MATLAB仿真 1设计方案的选择与论证 从题目的要求可知，输入电压为110V直流电，而输出是有效值为220V的交流电，所以这里涉及到一个升压的问题，基于此有两种设计思路第一种是进行DC-DC升压变换再进行逆变，另一种是先进行逆变再进行升压。除此之外，要得到正弦交流电压还要考虑滤波等问题，所以这两种方案的设计框图分别如下图所示： 图1-1方案一：先升压再逆变 图1-2方案二：先逆变，再升压 方案选择： 方案一：采用DC-DC升压斩波电路其可靠性高、响应速度、噪声性能好，效率高，但不适用于升压倍率较高的场合，另外升压斩波电路在初期会产生超调趋势(这一点将在后文予以讨论)，在与后面的逆变电路相连时必须予以考虑，我们可以采用附加控制策略的办法来减小超调量同时达到较短的调节时间，但这将增加逆变器的复杂度和设计成本。 方案二：采用变压器对逆变电路输出的交流电进行升压，这种方法效率一般可达90%以上、可靠性较高、抗输出短路的能力较强，但响应速度较慢，体积大，波形畸变较重。 从以上的分析可以看出两种方案有各自的优缺点，但由于方案二设计较为简便，因此本论文选择方案二作为最终的设计方案，但对于方案一的相关容也会在后文予以讨论。 2逆变主电路设计 2.1逆变电路原理及相关概念

逆变与整流是相对应的，把直流电变为交流电的过程称为逆变。根据交流侧是否与交流电网相连可将逆变电路分为有源逆变和无源逆变，在不加说明时，逆变一般指无源逆变，本论文针对的就是无源逆变的情况；根据直流侧是恒流源还是恒压源又将逆变电路分为电压型逆变电路和电流型逆变电路，电压型逆变电路输出电压的波形为方波而电流型逆变电路输出电流波形为方波，由于题目要求对输出电压进行调节，所以本论文只讨论电压型逆变电路；根据输出电压电流的相数又将逆变电路分为单相逆变电路和三相逆变电路，由于题目要求输出单相交流电，所以本论文将只讨论单相逆变电路。 2.2逆变电路的方案论证及选择 从上面的讨论可以看出本论文主要讨论单相电压型无源逆变电路，电压型逆变电路的特点除了前文所提及的之外，还有一个特点即开关器件普遍选择全控型器件如IGBT，电力MOSFET等，有三种方案可供选择，下面分别予以讨论： 方案一：半桥逆变电路，如下图所示，其特点是有两个桥臂，每个桥臂有一个可控器件和一个反并联二极管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，两个电容的连接点为直流电源的中点。反并联二极管为反馈电感中储存的无功能量提供通路，直流侧电容正起着缓冲无功能量的作用。其优点为简单，使用器件少，缺点为输出交流电压的幅值仅为直流电源电压的一半，且直流侧需要两个电容器串联，工作时还要控制两个电容器电压的均衡，因此它只适用于几千瓦以下的小功率逆变电路。 VD2 图2-1 半桥逆变电路 方案二：全桥逆变电路，如下图所示：其特点是有四个桥臂，相当于两个半桥电路的组合，其中桥臂1和4作为一对，桥臂2和3作为一对，成对的两个桥臂同时导通，两对

根据SVPWM三相并网逆变器仿真报告

基于SVPWM三相并网逆变器 仿真报告

目录 1. SVPWM逆变器简介 (1) 2. SVPWM逆变器基本原理 (2) 2.1. SVPWM调制技术原理 (2) 2.2. SVPWM算法实现 (5) 3. SVPWM逆变器开环模型 (11) 3.1. SVPWM逆变器开环模型建立 (11) 3.2. SVPWM逆变器开环模型仿真分析 (14) 4. SVPWM逆变器闭环模型 (16) 4.1. SVPWM逆变器闭环模型建立 (16) 4.2. SVPWM逆变器闭环模型仿真分析 (17)

1.SVPWM逆变器简介 三电平及多电平空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)法是建立在空间矢量合成概念上的PWM方法。它以三相正弦交流参考电压用一个旋转的电压矢量来代替，通过这个矢量所在位置附近三个相邻变换器的开关状态矢量，利用伏秒平衡原理对其拟和形成PWM波形。空间矢量调制方法在大范围调制比内有很好的性能，具有很小的输出谐波含量和较高的电压利用率。而且这种方法对各种目标的控制相对容易实现。 SVPWM技术源于三相电机调速控制系统。随着数字化控制手段的发展，在UPS/EPS、变频器等各类三相PWM逆变电源中得到了广泛的应用。与其他传统PWM技术相比，SVPWM技术有着母线电压利用率高、易于数字化实现、算法灵活便于实现各种优化PWM技术等众多优点。

2. SVPWM 逆变器基本原理 2.1. SVPWM 调制技术原理 SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。两个矢量的作用时间可以一次施加，也可以在一个采样周期内分多次施加，这样通过控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，就可以使逆变器输出近似正弦波电压。 SVPWM 实际上是对应于交流感应电机或永磁同步电机中的三相电压源逆变器功率器件的一种特殊的开关触发顺序和脉宽大小的组合，这种开关触发顺序和组合将在定子线圈中产生三相互差120°电角度、失真较小的正弦波电流波形。实践和理论证明，与直接的正弦脉宽调制(SPWM)技术相比，SVPWM 的优点主要有： (1) SVPWM 优化谐波程度比较高，消除谐波效果要比SPWM 好，实现容易，并且可以提高电压利用率； (2) SVPWM 比较适合于数字化控制系统。 目前以微控器为核心的数字化控制系统是发展趋势，所以逆变器中采用SVPWM 应是优先的选择。 对称电压三相正弦相电压的瞬时值可以表示为： a m b m c m cos 2cos()32cos()3u U t u U t u U t ωωπωπ? ?=? ? =-?? ? =+?? (2.1)