电力电子技术课程设计
单相电压型全桥逆变电路simulink仿真
开题报告
课题名称：单相电压型全桥逆变电路simulink仿真
完成时间：2012
指导老师：
() 简背景说明
着电力电子技术发展逆变电路具广泛应范围交流电机调速变频器间断电源感应加热电源等电力电子装置核心部分逆变电路电压型逆变电路具直流侧电压源联电容直流侧电压基脉动输出电压矩形波输出电流负载阻抗阻感负载时需提供功功率交流侧直流侧反馈功提供通道逆变桥臂联反馈二极等特点具广泛应范围电压型逆变电路两方面：①笼式交流电动机变频调速系统逆变电路具单方传递电功较适稳态运行需频繁起制动加减速场合②停电电源该电源逆变输入端接蓄电池类似电压源
图1 单相电压型全桥逆变电路
(二) 研究目意义
教学实验基础设计单相电压型全桥逆变电路控制保护电路通simulink课程中理电路进行仿真实现进步解单相电压型全桥逆变电路工作原理波形计算
培养学生运学知识综合分析问题解决问题力
电力电子技术应中逆变电路通变频器核心部件起着非常重作逆变电路整流电路相应直流电变成交流电电路逆变电路基作控制电路控制中间直流电路输出直流电源转换频率电压意调交流电源源逆变电路应非常广泛已种电源中蓄电池太阳电池等直流电源需电源交流负载供电时需通源逆变电路源逆变 电路电力电子变换电路组合形成具特殊功电力电子设备源逆变器整流器组合交直交变频器(交流电源恒定幅度频率电先整流变直流电然源逆变器输出调频率交流电供负载)电网提供50 Hz 工频电源满足负载需需交直交变频电路进行电交换感应加热需较高频率电源交流电动机获良调速特性需频率变电源
(三) 研究容
1 单相电压型全桥逆变电路原理
2 单相电压型全桥逆变电路结构
3 单相电压型全桥逆变电路控制电路保护电路设计(画出原理图标明器件选择)
4 完成单相电压型全桥逆变电路数学模型设计
5 建立simulink仿真系统进行建模模型参数进行设置
6 仿真结果分析
(四) 研究方法手段
首先建立单相电压型全桥逆变电路电路拓扑图MATLAB中simulink工具箱建立相关控制模型设置模型参数通仿真电路电压电流结果该结果进行分析
说明书目录
摘 5
第章 设计总体思路5
课题概述5
二 设计总体思路5
第二章 基原理框图6
基原理6
二 单相电压型全桥逆变电路分析7
第三章 单元电路设计8
触发电路8
二 保护电路10
第四章 Simulink仿真10
电路模型建立10
二 元件介绍10
三 模型参数设置10
四 仿真结果15
第五章 总结体会17
致 谢 18
附录 三相整流电路simulink仿真19
附录二 参考文献 25
摘
逆变电路 谓逆变整流相反直流电转换成某固定频率变频率交流电(DCAC)程 整流逆变直电力电子技术热点桥式整流利二极单导通性进行整流常电路常交流电转化直流电整流状态变源逆变状态特定实验电路需恰处时机条件基原理方法已成熟十年着国交直流变换器市场迅猛发展相应核型技术应发展较成业关注焦点
第章 设计总体思路
课题概述
着电力电子技术发展逆变电路具广泛应范围交流电机调速变频器间断电源感应加热电源等电力电子装置核心部分逆变电路电压型逆变电路具直流侧电压源联电容直流侧电压基脉动输出电压矩形波输出电流负载阻抗阻感负载时需提供功功率交流侧直流侧反馈功提供通道逆变桥臂联反馈二极等特点具广泛应范围电压型逆变电路两方面：①笼式交流电动机变频调速系统逆变电路具单方传递电功较适稳态运行需频繁起制动加减速场合②停电电源该电源逆变输入端接蓄电池类似电压源
二 设计基思路
1电路设计
(1)电路结构设计
(2)电路保护设计
(3)电路计算元器件参数选型
2 Simulink仿真系统设计
(1)电路模型建立
(2)元件介绍
(3)模型参数设置
(4)仿真结果
第二章 基原理框图
基原理
逆变电路基工作原理
S1~S4桥式电路4臂电力电子器件辅助电路组成
图21 图22
逆变电路波形举例：
S1S4闭合S2S3断开时负载电压uo正
S1S4断开S2S3闭合时负载电压uo负
图23
图24
改变两组开关切换频率改变输出交流电频率
电阻负载时负载电流iouo波形相相位相
阻感负载时io相位滞uo波形
图25 图26
t1前：S1S4通uoio均正
t1时刻断开S1S4合S2S3uo变负io立刻反
io电源负极流出S2负载S3流回正极负载电感量电源反馈io逐渐减t2时刻降零io反增
二 单相电压型全桥逆变电路分析
1 工作情况
图27
1423成桥臂时导通两交导通180°
图28
uo波形图半桥电路uo幅值高出倍UmUd
io波形半桥中io相幅值增加倍
图29
2 输出电压定量分析
uo成傅里叶级数
（21）
基波幅值
（22）
基波效值
（23）
uo正负180°时改变输出电压效值改变Ud实现
第三章 单元电路设计
触发电路
该触发电路D触发器触发
图D触发器触发电路：
图31 D触发器
原理：
控制信号转变某频率脉控制信号转变某频率脉脉群脉控制源逆变电路中功率开关元件通断控制逆变器 脉控制源逆变电路中功率开关元件通断应变频调速装置停电电源逆变器中般功：根控制信号求产生相应频率输出脉确定逆变器功率开关驱动信号间相位关系产生足够驱动功率驱动功率开关元件完成功率开关元件控制电路间电隔离
图32 触发电路
二 保护电路
电力电子电路中 电力电子器件参数选择合适驱动电路设计良外采合适电压保护电流保护du⁄dtdi⁄dt保护十分必
次课程设计采电压电流保护电路图示该电路称缓电 路作抑制电力电子器件电压者电流减器件开关损耗缓电路分关断缓电路开通缓电路关断缓电路称du⁄dt抑制电路吸收器件关断电压换相电压抑制du⁄dt减关断损耗开通缓电路称di ⁄dt抑制电路抑制器件开通时电流di ⁄dt减器件开通损耗关断缓电路开通缓电路结合起构成复合缓电路
图33 保护电路
第四章 Simulink仿真
电路模型建立
Simulink仿真电路图：
图41
二 元件介绍
电路涉8种元件分直流电源（DC Voltage Source）绝缘栅双极晶体（IGBT）二极（Diode）脉发生器（Pulse Generator）串联ＲＬＣ支路(Series RLC Branch)电流表(Current Measurement)电压表(Voltage Measurement)示波器（Scope）
三 模型参数设置
1 直流电源参数设置
图42
2 IGBTIGBT1脉参数设置
图43
3 IGBT2IGBT3脉参数设置波形：
图44
图45
4 IGBT参数设置：
图46
四 仿真结果
１ 负载电阻时
RLC参数设置：
图47
负载电阻时电流电压波形
图48
２ 负载电感时
电感参数设置
图49
负载电感时电流电压波形：
图410
３ 阻感负载时
阻感参数设置
图411
阻感负载时电压电流波形：
图412
第五章 总结体会
学课程处专业决定学必须实际相联系目前电压型逆变电路工业动化领域中广泛应电气工程动化专业学生说做样设计非常意义非常必 通次课程设计学知识进步巩固扩展视野学会MATLAB进行simulink仿真电路设计画图参数设置运行结果步似简单付出心血研究调试然设计实现程中遇问题说种挑战锻炼机会收获许通次学进步加深电力电子技术基理较抽象理知识理解整流电路逆变电路工作原理电路控制电路更深入理解查阅量相关资料时前电压型逆变电路领域未发展概貌定解深深体会书知识远远够实现仿真程中略显生涩想更加深入解控制领域需断学实践够保持时俱进
致谢
次课程设计够利完成离开众老师 朋友学指导支持设计实现指导老师亲切关怀细心指导完成作教老师刘老师学中帮助课程知识掌握起作严肃科学态度严谨治学精神精益求精工作作风深深感染激励着课题选择项目终完成老师始终予细心指导懈支持谨老师致诚挚谢意崇高敬意外设计做出提议修改意见老师学朋友表示感谢
附录
附录： 三相整流电路simulink仿真
电路模型建立
图 附录1
二 参数设置仿真结果
1 电压设置
A相：
图 附录2
B相
图 附录3
C相
图 附录4
2 晶闸参数设置
图 附录5
3 脉参数设置
图 附录6
4 电阻负载时
电阻参数设置
图 附录7
波形
图 附录8
5 阻感负载时
RL参数设置
图 附录9
波形
图 附录10
附录二
参考文献
[1] 黄兆安刘进军编电力电子技术第五版北京：机械工业出版社2009
[2] 黄俊编电力电子变流技术[M]北京：机械工业出版社2004
[3] 彭鸿编电机原理拖动[M]北京：机械工业出版社1998
[4] 王兆安黄俊编电力电子技术[M]第 4 版北京：机械工业出版社1996
[5] 王离九编电力拖动动控制系统[M]武汉：华中理工学出版社1991
[6] 吴麒动控制原理[M]北京：机械工业出版社1990
[7] 谢宗安编动控制系统[M]重庆：重庆学出版社1996
[8] 陈伯时编电力拖动动控制系统[M]第 2 版北京：机械工业出版社1992
[9] 吕良沈汉昌陆惠君郭文华编电工手册
[10] 赖福新电机控制系统[M]海：海交通学出版社1995
[11] 秦祖荫编电力电子技术基础[M]西安：西安交通学电器教研室1990
[12] 赵明许廖工厂电气控制设备[M]北京：机械工业出版社1994 [M]海：海科技出版社1999
[13] 丁道宏编电力电子技术[M]北京：航空工业出版社1992
[14] 林渭勋编电力电子技术基础[M]北京：机械工业出版社1990
[15] 张立赵永建编现代电力电子技术[M]北京：科技出版社1992
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电力电子技术课程设计
单相电压型全桥逆变电路simulink仿真
开题报告
课题名称：单相电压型全桥逆变电路simulink仿真
完成时间：2012
指导老师：
() 简背景说明
着电力电子技术发展逆变电路具广泛应范围交流电机调速变频器间断电源感应加热电源等电力电子装置核心部分逆变电路电压型逆变电路具直流侧电压源联电容直流侧电压基脉动输出电压矩形波输出电流负载阻抗阻感负载时需提供功功率交流侧直流侧反馈功提供通道逆变桥臂联反馈二极等特点具广泛应范围电压型逆变电路两方面：①笼式交流电动机变频调速系统逆变电路具单方传递电功较适稳态运行需频繁起制动加减速场合②停电电源该电源逆变输入端接蓄电池类似电压源
图1 单相电压型全桥逆变电路
(二) 研究目意义
教学实验基础设计单相电压型全桥逆变电路控制保护电路通simulink课程中理电路进行仿真实现进步解单相电压型全桥逆变电路工作原理波形计算
培养学生运学知识综合分析问题解决问题力
电力电子技术应中逆变电路通变频器核心部件起着非常重作逆变电路整流电路相应直流电变成交流电电路逆变电路基作控制电路控制中间直流电路输出直流电源转换频率电压意调交流电源源逆变电路应非常广泛已种电源中蓄电池太阳电池等直流电源需电源交流负载供电时需通源逆变电路源逆变 电路电力电子变换电路组合形成具特殊功电力电子设备源逆变器整流器组合交直交变频器(交流电源恒定幅度频率电先整流变直流电然源逆变器输出调频率交流电供负载)电网提供50 Hz 工频电源满足负载需需交直交变频电路进行电交换感应加热需较高频率电源交流电动机获良调速特性需频率变电源
(三) 研究容
1 单相电压型全桥逆变电路原理
2 单相电压型全桥逆变电路结构
3 单相电压型全桥逆变电路控制电路保护电路设计(画出原理图标明器件选择)
4 完成单相电压型全桥逆变电路数学模型设计
5 建立simulink仿真系统进行建模模型参数进行设置
6 仿真结果分析
(四) 研究方法手段
首先建立单相电压型全桥逆变电路电路拓扑图MATLAB中simulink工具箱建立相关控制模型设置模型参数通仿真电路电压电流结果该结果进行分析
说明书目录
摘 5
第章 设计总体思路5
课题概述5
二 设计总体思路5
第二章 基原理框图6
基原理6
二 单相电压型全桥逆变电路分析7
第三章 单元电路设计8
触发电路8
二 保护电路10
第四章 Simulink仿真10
电路模型建立10
二 元件介绍10
三 模型参数设置10
四 仿真结果15
第五章 总结体会17
致 谢 18
附录 三相整流电路simulink仿真19
附录二 参考文献 25
摘
逆变电路 谓逆变整流相反直流电转换成某固定频率变频率交流电(DCAC)程 整流逆变直电力电子技术热点桥式整流利二极单导通性进行整流常电路常交流电转化直流电整流状态变源逆变状态特定实验电路需恰处时机条件基原理方法已成熟十年着国交直流变换器市场迅猛发展相应核型技术应发展较成业关注焦点
第章 设计总体思路
课题概述
着电力电子技术发展逆变电路具广泛应范围交流电机调速变频器间断电源感应加热电源等电力电子装置核心部分逆变电路电压型逆变电路具直流侧电压源联电容直流侧电压基脉动输出电压矩形波输出电流负载阻抗阻感负载时需提供功功率交流侧直流侧反馈功提供通道逆变桥臂联反馈二极等特点具广泛应范围电压型逆变电路两方面：①笼式交流电动机变频调速系统逆变电路具单方传递电功较适稳态运行需频繁起制动加减速场合②停电电源该电源逆变输入端接蓄电池类似电压源
二 设计基思路
1电路设计
(1)电路结构设计
(2)电路保护设计
(3)电路计算元器件参数选型
2 Simulink仿真系统设计
(1)电路模型建立
(2)元件介绍
(3)模型参数设置
(4)仿真结果
第二章 基原理框图
基原理
逆变电路基工作原理
S1~S4桥式电路4臂电力电子器件辅助电路组成
图21 图22
逆变电路波形举例：
S1S4闭合S2S3断开时负载电压uo正
S1S4断开S2S3闭合时负载电压uo负
图23
图24
改变两组开关切换频率改变输出交流电频率
电阻负载时负载电流iouo波形相相位相
阻感负载时io相位滞uo波形
图25 图26
t1前：S1S4通uoio均正
t1时刻断开S1S4合S2S3uo变负io立刻反
io电源负极流出S2负载S3流回正极负载电感量电源反馈io逐渐减t2时刻降零io反增
二 单相电压型全桥逆变电路分析
1 工作情况
图27
1423成桥臂时导通两交导通180°
图28
uo波形图半桥电路uo幅值高出倍UmUd
io波形半桥中io相幅值增加倍
图29
2 输出电压定量分析
uo成傅里叶级数
（21）
基波幅值
（22）
基波效值
（23）
uo正负180°时改变输出电压效值改变Ud实现
第三章 单元电路设计
触发电路
该触发电路D触发器触发
图D触发器触发电路：
图31 D触发器
原理：
控制信号转变某频率脉控制信号转变某频率脉脉群脉控制源逆变电路中功率开关元件通断控制逆变器 脉控制源逆变电路中功率开关元件通断应变频调速装置停电电源逆变器中般功：根控制信号求产生相应频率输出脉确定逆变器功率开关驱动信号间相位关系产生足够驱动功率驱动功率开关元件完成功率开关元件控制电路间电隔离
图32 触发电路
二 保护电路
电力电子电路中 电力电子器件参数选择合适驱动电路设计良外采合适电压保护电流保护du⁄dtdi⁄dt保护十分必
次课程设计采电压电流保护电路图示该电路称缓电 路作抑制电力电子器件电压者电流减器件开关损耗缓电路分关断缓电路开通缓电路关断缓电路称du⁄dt抑制电路吸收器件关断电压换相电压抑制du⁄dt减关断损耗开通缓电路称di ⁄dt抑制电路抑制器件开通时电流di ⁄dt减器件开通损耗关断缓电路开通缓电路结合起构成复合缓电路
图33 保护电路
第四章 Simulink仿真
电路模型建立
Simulink仿真电路图：
图41
二 元件介绍
电路涉8种元件分直流电源（DC Voltage Source）绝缘栅双极晶体（IGBT）二极（Diode）脉发生器（Pulse Generator）串联ＲＬＣ支路(Series RLC Branch)电流表(Current Measurement)电压表(Voltage Measurement)示波器（Scope）
三 模型参数设置
1 直流电源参数设置
图42
2 IGBTIGBT1脉参数设置
图43
3 IGBT2IGBT3脉参数设置波形：
图44
图45
4 IGBT参数设置：
图46
四 仿真结果
１ 负载电阻时
RLC参数设置：
图47
负载电阻时电流电压波形
图48
２ 负载电感时
电感参数设置
图49
负载电感时电流电压波形：
图410
３ 阻感负载时
阻感参数设置
图411
阻感负载时电压电流波形：
图412
第五章 总结体会
学课程处专业决定学必须实际相联系目前电压型逆变电路工业动化领域中广泛应电气工程动化专业学生说做样设计非常意义非常必 通次课程设计学知识进步巩固扩展视野学会MATLAB进行simulink仿真电路设计画图参数设置运行结果步似简单付出心血研究调试然设计实现程中遇问题说种挑战锻炼机会收获许通次学进步加深电力电子技术基理较抽象理知识理解整流电路逆变电路工作原理电路控制电路更深入理解查阅量相关资料时前电压型逆变电路领域未发展概貌定解深深体会书知识远远够实现仿真程中略显生涩想更加深入解控制领域需断学实践够保持时俱进
致谢
次课程设计够利完成离开众老师 朋友学指导支持设计实现指导老师亲切关怀细心指导完成作教老师刘老师学中帮助课程知识掌握起作严肃科学态度严谨治学精神精益求精工作作风深深感染激励着课题选择项目终完成老师始终予细心指导懈支持谨老师致诚挚谢意崇高敬意外设计做出提议修改意见老师学朋友表示感谢
附录
附录： 三相整流电路simulink仿真
电路模型建立
图 附录1
二 参数设置仿真结果
1 电压设置
A相：
图 附录2
B相
图 附录3
C相
图 附录4
2 晶闸参数设置
图 附录5
3 脉参数设置
图 附录6
4 电阻负载时
电阻参数设置
图 附录7
波形
图 附录8
5 阻感负载时
RL参数设置
图 附录9
波形
图 附录10
附录二
参考文献
[1] 黄兆安刘进军编电力电子技术第五版北京：机械工业出版社2009
[2] 黄俊编电力电子变流技术[M]北京：机械工业出版社2004
[3] 彭鸿编电机原理拖动[M]北京：机械工业出版社1998
[4] 王兆安黄俊编电力电子技术[M]第 4 版北京：机械工业出版社1996
[5] 王离九编电力拖动动控制系统[M]武汉：华中理工学出版社1991
[6] 吴麒动控制原理[M]北京：机械工业出版社1990
[7] 谢宗安编动控制系统[M]重庆：重庆学出版社1996
[8] 陈伯时编电力拖动动控制系统[M]第 2 版北京：机械工业出版社1992
[9] 吕良沈汉昌陆惠君郭文华编电工手册
[10] 赖福新电机控制系统[M]海：海交通学出版社1995
[11] 秦祖荫编电力电子技术基础[M]西安：西安交通学电器教研室1990
[12] 赵明许廖工厂电气控制设备[M]北京：机械工业出版社1994 [M]海：海科技出版社1999
[13] 丁道宏编电力电子技术[M]北京：航空工业出版社1992
[14] 林渭勋编电力电子技术基础[M]北京：机械工业出版社1990
[15] 张立赵永建编现代电力电子技术[M]北京：科技出版社1992
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