电流型逆变电路的matlab仿真.doc

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西安科技大学高新学院

毕业设计（论文）

题目电流型逆变电路的仿真与设计

专业电气自动化技术

院部机电信息学院

学号1202070226

姓名杨波

指导教师李莉

电流型逆变电路的仿真与设计

摘要

电流型逆变器（CSI）具有很多优点：

主电路简单；便于实现再生制动和四象限运行；限流能力强，短路保护可靠性高；适用于中、大容量的相量控制，用于电力拖动时能在宽范围内精确控制转矩和速度等。

在分析逆变电路基本原理的基础上，本文设计了一单相桥式电流型逆变器，和一三相桥式电流型逆变器，并对两种逆变器作了理论分析和计算机仿真研究，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、不同仿真条件时系统输入输出的变化情况和理论分析的结果进行比较。

关键词：

电流逆变电路；MATLAB；仿真

MATLAB-basedsimulationofbi-directionalinverter

Abstract

CSIhasmanyadvantages:

themaincircuitissimple,easytorealizeregenerativebrakingandfourquadrantoperation,Thecurrentlimitabilityisstrong,shortcircuitprotectionhighreliability;Suitableformediumandlargecapacityofphasorcontrol,whenusedinelectricpowerdraginwiderrangeprecisecontroltorqueandspeed,etc.

thispaperintroducesthedesignofasingle-phasebridgetypecurrent-modeinverter,andathree-phasebridgetypecurrentmodeinverterontheanalysisofthebasicprincipleofinvertercircuits,andtwoinvertertothetheoreticalanalysisandcomputersimulation,observetheoutputvoltagewaveform,systeminputcurrents,voltagecurrentwaveformofharmonic,differentsimulationconditionswhensysteminputandoutputthechangingsituationandtheoreticalanalysisresultsarecompared.

Keywords:

Currentinverter,MATLAB,simulation

目录

绪论 2

1概述 3

1.1MATLAB简介 3

1.2逆变器 3

1.2.1电流型逆变器的研究意义 3

1.2.2电流型逆变器的发展与应用现状 4

2电流型逆变电路的原理 4

2.1单相电流型逆变电路 4

2.1.1单相电流型逆变电路的工作原理 4

2.1.2单相电流逆变电路的数学分析 4

2.2三相电流型逆变电路 5

2.2.1三相电流型逆变电路的工作原理 5

2.2.2三相电流型逆变电路的分析 6

3电路仿真设计 7

3.1单相电流型逆变电路仿真 8

3.1.1单相电流型逆变电路 8

3.1.2参数设置 9

3.1.3仿真结果 10

3.2三相电流型逆变电路的仿真 10

3.2.1三相电流型逆变电路 10

3.2.2参数设置 10

3.2.3仿真结果 11

结束语 13

参考文献 14

致谢 15

附录 16

绪论

逆变器就是一种将低压（12或24v或48v）直流电转变为220伏交流电的电子设备。

因为我们通常是将220伏交流电整流变成直流电来使用，而逆变器的作用与此相反，因此而得名。

我们处在一个“移动”的时代，移动办公，移动通讯，移动休闲和娱乐。

在移动的状态中，人们不但需要由电池或电瓶供给的低压直流电，同时更需要我们在日常环境中不可或缺的220v交流电，逆变器就可以满足我们的这种需求。

逆变器主要分为电压型和电流型两大类，电压型逆变器一直是研究的重点，这主要是因为电压型逆变器中储能元件电容与电流型逆变器中储能元件电感相比，储能效率和储能器件体积、价格都具有明显的优势，从而制约了电流型逆变器的应用和研究。

电流型逆变器的应用不如电压型逆变器应用广泛，且相关理论的研究相对较少，但是电流型逆变器在实际应用中也有其独特性，尤其适用于大功率变流系统以及有特殊需求的应用领域。

MATLAB是一种保证集数学、分析、可视化、算法开发与发布于一体的软件平台，可以应用于动态系统的建模和仿真。

1980年前后，NewMexico大学的CleveMoler博士在讲授线性代数课程过程中，意识到应用一般高级语言编程解决工程计算问题存在诸便，于是利用已有的一些软件成果，采用Fortran语言构思开发了这套软件，取名为MATLAB——MATrixLABoratoy（矩阵实验室）。

之后，他又与JohnLittle合作，采用C语言改写了MATLAB系统内核，将其正式推向市场。

MATLAB语言是基于矩阵/数组运算的高级语言，具备完整的流程控制语句、函数、数据结构等。

并具有面向对象的程序设计特性。

它集成了许多工具和程序，具备管理工作空间及输入、输出数据功能，可为用户提供不同的工具来开发、调试、管理应用程序。

利用MATLAB进行仿真具有较高精度，满足工程实际要求。

MATLAB具有强大的矩阵运算功能，在电力电子技术过程中用用广泛。

针对要完成的任务，把仿真设计为4个阶段，具体流程如下图。

仿真图设计

模块合成

电路设计

电路结果测试

优化设置

用户参数设置

此次设计的主要工作就是对单相、三相电流型逆变电路的Matlab仿真。

主要完成以下几方面的工作：

1、分析单相、三相电流逆变电路的工作原理，建立它们的数学模型。

2、针对三相电流逆变电路，对PWM的空间矢量调制技术进行研究。

3、利用MATLAB软件中的电力系统模块（PSB），建立单相电流型逆变器系统模型，利用该模型实现了对电流型逆变器的仿真，并验证其可行性和正确性。

4、通过对PWM技术的分析，建立三相电流逆变电路的仿真模型，并编写S函数用于求解逆变电路的电流和电压，并验证其可行性和正确性。

1概述

1.1MATLAB简介

MATLAB是一种集数学、分析、可视化、算法开发与发布于一体的软件平台，本课题要求熟悉逆变器变换电路的工作原理，利用MATLAB与Simulink为基础，完成电力电子器件以及逆变器变换电路的建模及仿真和各种负载下的输出波形分析。

并以此为基础，掌握MATLAB/Simulink对一个动态系统进行建模、仿真和分析的基本方法。

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、结构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行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。

为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口（GUI），这个创建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。

构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。

Simulink可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。

1.2逆变器

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。

同是逆变单路也是UPS的重要组成部分，逆变电路的作用非常的大，因此，对于逆变电路的深层次的学习是很有用的。

1.2.1电流型逆变器的研究意义

由于通常的电力能源例如发电机、电网和蓄电池等均属于电压源，而且VSI中的储能元件电容器与CSI中的储能元件电感器相比，储能效率和储能元件的体积、价格都具有明显的优势。

所以电压型逆变器及其控制方法的研究工作一直是人们研究的重点。

但是，随着超导技术的发展，电流型逆变器中电感的储能效率问题得到了很好的解决。

电流型逆变器的应用不如电压型逆变器应用广泛，相关理论的研究相对较少，但是电流型逆变器在实际应用中也有其独特性，尤其适用于大功率变流系统以及有特殊需求的应用领域。

1.2.2电流型逆变器的发展与应用现状

近年来国际和国内超导技术都取得了突破性的发展，二十一世纪超导技术奖获得广泛应用已成为人们的共识。

超导储能系统（简称SMES）在电力工业有着广泛的商业应用前景。

与电压型相比，电流型为SMES提供无功功率的能力更强，使SMES线圈承受的电压波动更小，交流功率损失更小，而且在大功率的应用场合更易实现多桥并联。

储能线圈电流源特性，采用电流型逆变器的SMES系统用于电力系统有功电流，无功电流和谐波电流补偿时，补偿是以连接超导储能线圈的逆变器向电网注入有功电流，无功电流和谐波电流的形式实现的，电力电子逆变器等效为可控的电流源。

它能根据电力系统的形势需要发生快速响应以产生或吸收相应的有功功率、无功功率。

2.电流型逆变电路的原理

2.1单相电流型逆变电路

2.1.1单相电流型逆变电路的工作原理

单相电流型逆变电路原理图如图2-11所示，它由4个桥臂构成，每个桥臂的晶闸管各串联一个电抗器LT,LT之间不存在互感。

LT用来限制晶闸管开通时的di/dt,使桥臂1、4和桥臂2、3以1000～2500HZ的中频轮流导通，由此在负载上得到中频交流电。

该电路是采用负载换相方式时，要求负载电流略超前于负载电压，即负载略呈容性。

实际负载一般是电磁感应线圈（图1中R和L），用来加热置于线圈内的钢料。

由于功率因数很低，故应并联补偿电容器C。

补偿电容应使负载过补偿，使负载电路处于容性小失谐的工作状态。