1、 电力电子应用课程设计电力电子应用课程设计 课题： 1kw 电压电流瞬时值反馈的单相逆变 器仿真研究 班级班级 学号学号 姓名姓名 专业专业 系别系别 指导教师指导教师 电气工程电气工程系系 2013 年年 3 月月 1 1kW1kW 电压电流瞬时值反馈的单相逆变器仿真研究电压电流瞬时值反馈的单相逆变器仿真研究 一、设计目的： (1) 加深理解 SPWM 单相逆变器工作原理及分析工作模态； (2) 掌握 SPWM 逆变器控制信号发生的方法； （3）熟悉稳定逆变器输出电压的电压电流瞬时值反馈方法； （4）应用 MATLAB 仿真软件中 simulink 工具箱建立仿真模型。 二、技术要求: 输入
2、：380V 直流. 输出：220V/4.56A 要求：建立单相 SPWM 逆变器闭环仿真模型，并考察不同负载输出电压的 调整率以检验系统闭环性能是否达标。 三、单相逆变器 SPWM 调制技术的仿真 1、单相逆变器 SPWM 调制电路的基本结构图 单相桥式逆变器有四个带反并联续流二极管的 IGBT 组成，分别为 VT1VT4， 直流侧由两个串联电容，他们共同提供直流电压 Ud，负载为阻感负载，调制电 路分别由单相交流正弦调制波形和三角载波组成， 其中三角载波和正弦调制波的 幅值和频率之比分别被称为调制度和载波频率，这是 SPWM 调制中的两个重要参 数。三角载波和正弦调制波相互调制产生四路脉冲信
3、号分别给六个 IGBT 提供触 发信号。 在电路中输入为 380 V 直流，输出为 220 V ，输出电流为 4.46A ，输出功率为 2 P=1000 W。 并联电容的选取 L C 滤波器值的确定 调制比 M 2、单相逆变器 SPWM 调制电路的工作模态 阻性负载 图 2 正半周期 负半周期 感性负载 图 3 感性负载的输出波形相对于阻性负载滞后。 F105.5RT4C 02.01T 4.1441000380R 4- L2 2 L 电容为 周期 负载电阻 sf H106.9109.4L 5 1 LC3.142 1 F101.3106.6C I2010I wc1 u 4-4- 5-6- 0 0
4、 0 0 0 C 0 从而求得 又由 可求得 ）（由 s f 8188.0 380 2220 M 3 容性负载 图 4 容性负载的输出波形相对于阻性负载超前。 四、电力电子电路 Simulink 仿真及其特点 电力电子电路的 Simulink 仿真流程如下： 数学建模阶段：将实际对象的动态特性用微分方程、传递函数、状态方程或 结构图等方式描述出来。 模型转换阶段：在 Matlab 环境下选择仿真算法将数学模型转化成能被计算 机接受的离散化模型，即仿真模型。建立模型后，设定每个模块参数。 运行仿真阶段：在 Simulink 环境下设置仿真参数，包括仿真时间，仿真步 长，误差值等，采取快速仿真算法
5、，既能达到实时仿真的目的，又能满足一定的 精度要求。 分析仿真结果：使用 Scopes 可以观察仿真结果。并且能在仿真运行过程中 随时改变参数，观察变化情况。 具有以下特点： （1）仿真研究方法简单、灵活、多样。该仿真实验在仿真时还可以任意参数调 整，体现了仿真研究和数学的方便性和灵活性。 （2）仿真结果直观。通过仿真研究可以得到有关系统设计的大量、充分而且直 观的曲线与数据，方便对系统进行分析、改进。 4 五、开环控制的仿真 如图 5，直接把控制信号加在主电路上而不加入反馈环节，则是 SPWM 开环 逆变系统。开环系统的经过 LC 滤波器后，一周期的输出电压波形见图 6。 图 5 图 6 开
6、环输出电压波形 六、闭环控制的仿真 1、如图 7，对电压电流进行采样，与正弦波一起经过 PID 调节器，并比较 做差，然后进入驱动电路，形成闭环回路。 5 图 7 图 8 闭环输出电压波形 工作原理：上图是一个单相的 SPWM 逆变器闭环仿真模型，380V 的直流电压 加在电力电子仿真桥上，通过半导体功率开关器件的开通和关断作用，把直流电 能变换成交流电能，再通过 R、C 滤波器到负载，使负载的输出为稳定的正弦波。 在这过程中需要有驱动信号，如图所示，驱动信号是由双极性倍频调制电路形成 的。 正弦波作为输入量， 与主电路的电压、 电流一起比较做差， 并经过 PID 调节， 和三角波同时输入到驱动电路。然后 MUX 模块将多路信号集成一束，送到电力电 子
