基于SIMULINK交直交变压变频器中逆变器基于SIMULINK交直交变压变频器中逆变器电力电子Word格式文档下载.docx
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h=0.0001s,其他参数自定。
〔4〕给出a角分别为0、30、90度时,负载为纯电阻和阻感性负载两种情况下的逆变电路的各种波形、包括触发脉冲波形、相电压和线电压波形、电流波形和晶闸管所承受电压波形,要求采用subplot作图。
〔5〕比拟仿真结果有何变化,给出自己的结论。
学生签名:
***
2011年6月26日
课程设计〔论文〕评审意见
评阅人:
职称:
年月日
基于SIMULINK的交-直-交变压变频器中
逆变器的仿真
*****
摘 要:
Matlab语言具备高效、可视化及推理能力强等特点,是目前工程界流行最广的科学计算语言,而就电力电子而言,很多课程的相关实验都与Matlab密不可分。
本文以三相桥式全控逆变电路的仿真实例,表达了利用Matlab/Simulink对逆变电路进展建模仿真的方法,并给出了仿真结果波形。
在忽略了一局部对误差影响较小而使算法复杂度大大增加的因素,对其部电流、电压、电感及相位的相互关系进展了一系列定量分析,并通过对仿真结果分析就可以将系统构造进展改良或将有关参数进展修改使系统到达要求的结果和性能,这样就可以极加快系统的分析与设计过程。
关键词:
逆变器;
仿真;
波形;
电力电子
2.2.1带负载时的工作情况....................................11
4.2电路的各模块设计及封装...............................15
4.2.1电源...............................................15
4.2.2触发脉冲...........................................16
4.2.3全控器件IGBT......................................17
5.10°
电阻负载电路时仿真运行...............................19
5.20°
阻感负载电路时仿真运行.............................24
5.330°
阻感性负载电路时仿真运行...........................26
5.490°
阻感性负载电路时仿真运行............................27
5.5小结...................................................28
第一章引言
1.1引言
随着大功率全控型电力电子器件〔GTO、IGBT、MOSFET、IGCT〕的开发成功和应用技术的不断成熟,电能变换技术出现了突破性进展。
由于像逆变电源之类大功率电力电子装置构造复杂,直接对装置进展试验,耗资耗力,故借助计算机仿真技术对装置的运行机理与特性、控制方法的有效性进展验证,以预测并解决潜在的问题,同时缩短研制时间和减少研制费用。
MATLAB软件具有模拟、数字混合仿真功能,具备大量的模拟功能模型和系统分析能力,对于一个三相电压型逆变电路建立仿真模型,能够对其输出特性进展仿真分析。
电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术〔整流,逆变,斩波,变频,变相等〕两个分支。
现已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业根底课,在培养该专业人才中占有重要地位。
电力电子智能化的进展,在一定程度上将信息处理与功率处理合一,使微电子技术与电力电子技术一体化,其开展有可能引起电子技术的重大改革。
有人甚至提出,电子学的下一项革命将发生在以工业设备和电网为对象的电子技术应用领域,电力电子技术将把人们带到第二次电子革命的边缘。
1.2逆变电路概述
逆变电路是与整流电路〔Rectifier〕相对应,将低电压变为高电压,把直流电变成交流电的电路称为逆变电路。
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。
它的根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。
当交流侧接在电网上,即交流侧接有电源时,称为有源逆变;
当交流侧直接和负载连接时,称为无源逆变。
逆变电路的应用非常广泛。
在已有的各种电源中,蓄电池、干电池、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,就需要逆变电路。
另外,交流电动机调速用变频器、不连续电源、感应加热电源等电力电子装置使用非常广泛,其电路的核心局部都是逆变电路。
在工业中得到广泛应用。
生产中最常见的交流电源是由发电厂供电的公共电网〔中用线电压方均根值为380V,频率为50Hz供电制〕。
由公共电网向交流负载供电是最普通的供电方式。
但随着生产的开展,相当多的用电设备对电源质量和参数有特殊要求,以至难于由公共电网直接供电。
为了满足这些要求,历史上曾经有过电动机-发电机组和离子器件逆变电路。
但由于它们的技术经济指标均不如用电力电子器件〔如晶闸管等〕组成的逆变电路,因而已经或正在被后者所取代。
为了满足不同用电设备对交流电源性能参数的不同要求,已开展了多种逆变电路,并大致可按以下方式分类。
①按输出电能的去向分,可分为有源逆变电路和无源逆变电路。
前者输出的电能不返回公共交流电网,后者输出的电能直接输向用电设备。
②按直流电源性质可分为由电压型直流电源供电的电压型逆变电路和由电流型直流电源供电的电流型逆变电路。
③按主电路的器件分,可分为:
由具有自关断能力的全控型器件组成的全控型逆变电路;
由无关断能力的半控型器件〔如普通晶闸管〕组成的半控型逆变电路。
半控型逆变电路必须利用换流电压以关断退出导通的器件。
假设换流电压取自逆变负载端,称为负载换流式逆变电路。
这种电路仅适用于容性负载;
对于非容性负载,换流电压必须由附设的专门换流电路产生,称自换流式逆变电路。
④按电流波形分,可分为正弦逆变电路和非正弦逆变电路。
前者开关器件中的电流为正弦波,其开关损耗较小,宜工作于较高频率。
后者开关器件电流为非正弦波,因其开关损耗较大,故工作频率较正弦逆变电路低。
⑤按输出相数可分为单相逆变电路和多相逆变电路。
1.3系统仿真技术概述
系统是由客观世界中实体与实体间的相互作用和相互依赖关系构成的具有某种特定功能的有机整体。
系统的分类方法是多种多样的,习惯上依照其应用围可以将系统分为工程系统和非工程系统。
工程系统的含义是指由相互关联部件组成的一个整体,以实现特定的目的。
非工程系统的定义围很广,大至宇宙,小至原子,只要存在着相互关联、相互制约的关系,形成一个整体,实现某种目的的均可以认为是系统。
如果想定量地研究系统地行为,可以将其本身的特性及部的相互关系抽象出来,构造出系统的模型。
系统的模型分为物理模型和数学模型。
由于计算机技术的迅速开展和广泛应用,数学模型的应用越来越普遍。
系统的数学模型是描述系统动态特性的数学表达式,用来表示系统运动过程中的各个量的关系,是分析、设计系统的依据。
从它所描述系统的运动性质和数学工具来分,又可以分为连续系统、离散时间系统、离散事件系统、混杂系统等。
还可细分为线性、非线性、定常、时变、集中参数、分布参数、确定性、随机等子类。
系统仿真是根据被研究的真实系统的数学模型研究系统性能的一门学科,现在尤指利用计算机去研究数学模型行为的方法。
计算机仿真的根本容包括系统、模型、算法、计算机程序设计与仿真结果显示、分析与验证等环节。
1.4计算机仿真软件的概况
早期的计算机仿真技术大致经历了几个阶段:
20世纪40年代模拟计算机仿真;
50年代初数字仿真;
60年代早期仿真语言的出现等。
80年代出现的面向对象仿真技术为系统仿真方法注入了活力。
我国早在50年代就开场研究仿真技术了,当时主要用于国防领域,以模拟计算机的仿真为主。
70年代初开场应用数字计算机进展仿真[4]。
随着数字计算机的普及,近20年以来,国际、国出现了许多专门用于计算机数字仿真的仿真语言与工具,如CSMP,ACSL,SIMNOM,MATLAB/Simulink,Matrix/SystemBuild,CSMP-C等。
1.5Matlab及Simulink概述
MATLAB是国际上仿真领域最权威、最实用的计算机工具。
它是MathWork公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件,被誉为“巨人肩上的工具〞。
MATLAB系统可分为五个局部:
〔1〕MATLAB语言。
这是一种高级矩阵语言,其有着控制流程状态,功能,数据构造,输入输出及面向对象编程的特性。
它既有“小型编程〞的功能,快速建立小型可弃程序,又有“大型编程〞的功能,开发一个完整的大型复杂应用程序。
〔2〕MATLAB的工作环境。
这是一套工具和设备方便用户和编程者使用MATLAB。
它包含有在你的工作空间进展管理变量及输入和采集数据的设备。
同时也有开发,管理,调试,(profilingM-files,MATLAB’sapplications。
)的系列工具。
〔3〕图形操作。
这是MATLAB的图形系统。
它包含有系列高级命令,其容包括二维及三维数据可视化,图形处理,动画制作,表现图形。
同时它也提供低级命令便于用户完全定制图形界面并在你的MATLAB软件中建立完整的用户图形界面。
〔4〕MATLAB数据功能库。
它拥有庞大的数学运算法那么的集合,包含有根本的加,正弦,余弦功能到复杂的求逆矩阵及求矩阵的特征值,Bessel功能和快速傅立叶变换。
〔5〕MATLAB应用程序编程界面。
这是一个允许你在MATLAB界面下编写C和Fortran程序的库。
它方便从MATLAB中调用例程(即动态),使MATLAB成为一个计算器,用于读写MAT-files。
Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。
Simulink具有适应面广、构造和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具,是一种基于MATLAB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。
Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进展建模,它也支持多速率系统,也就是系统中的不同局部具有不同的采样速率。
为了创立动态系统模型,Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI),这个创立过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成,它提供了一种更快捷、直接明了的方式,而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
1.6小结
利用MATLAB来仿真逆变电路的运行情况,减少了用实际硬件实验的繁琐,防止了用硬件实验的各种误差。
Matlab软件仿真电路可以帮助研究者更好更方便的了解逆变电路的特性,以便进一步改善其效率。
第二章整流电路根本原理
2.1交-直-交变压变频器的根本构造
交-直-交变压变频器先将工频交流
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