电力电子装置课程设计--逆变电源设计

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1、 目录 摘要1 第一章 概述及设计要求. 2 1.1 概述 2 1.2 设计要求 3 第二章 单相逆变电源的 Matlab 仿真 4 2.1 MATLAB 的简称 . 4 2.2 Simulink 的简介.4 2.3 升压环节的建模及仿真 5 2.4 制作并生成 SPWM 波形. 7 2.5 逆变环节的建模及仿真 9 2.6 独立逆变系统总电路的仿真. 11 第三章 总结及体会 13 3.1 总结. 13 3.1.1 设计中的主要成果如下. 13 3.1.2 设计中遇到的主要问题如下. 13 3.2 体会. 13 参考文献. 14 1 摘要 本系统采用“直流升压斩波电路+全桥逆变”的逆变电源设

2、计方案。在方案 选定的基础上， 对构成独立逆变系统的升压环节和逆变环节以及 PWM 装置进行分 析，确定其电路原理图以及工作方式，并实现直流升压斩波电路和全桥逆变电路 的 PWM 控制。在设计中，采用 PI 控制算法计算控制调制幅度值，控制调节开关 管的导通和关断时间发生变化，使输出电压稳定在 220V。然后在 Matlab 中对独 立逆变系统进行仿真、分析。 关 键 词：直流升压 全桥逆变 Matlab 仿真 2 第一章 概述及设计要求 1.1 概述 逆变电源是一种采用电力电子技术、控制技术进行电能转换的电力装置，它 可将输入的 12V 或 24V 等直流电转换成 220V/50Hz 交流电

3、或其它类型的交流电， 它输出的交流电可用于各类设备， 最大限度地满足移动供电场所或无电地区用户 对交流电源的需要。 目前世界各国电源标准并不统一，各种新兴的能源形式也不断出现，逆变电 源有着广泛的用途，它可用于各类交通工具，如汽车、各类舰船以及飞行器，在 太阳能及风能发电领域，逆变电源有着不可替代的作用。有了逆变电源，就可利 用直流电(蓄电池、开关电源、燃料电池等)转换成交流电为电器提供稳定可靠得 用电保障，如笔记本电脑、手机、手持 PC、数码相机以及各类仪器等、小型逆 变电源还可利用汽车、轮船、便携供电设备，在野外提供交流电源。逆变电源的 研制将带来可观的经济效益和社会效益。 逆变技术的原理

4、早在 1931 年就有人研究过。 从 1948 年美国西屋电气公司研 制出第一台 3kHZ 感应加热逆变器至今已有近 60 年历史了， 而晶闸管 SCR 的诞生 为正弦波逆变器的发展创造了条件，到了 20 世纪 70 年代，可关断晶闸管(GTO)、 电力晶闸管(BJT)的问世使得逆变技术得到发展应用。到了 20 世纪 80 年代，功 率场效应管(MOSFET)绝缘栅极晶体管(IGBT)、MOS 控制晶闸管(MCT)以及静电感 应功率器件的诞生为逆变器向大容量方向发展奠定了基础， 因此电力电子器件的 发展为逆变技术高频化、大容量化创造了条件。进入 20 世纪 80 年代后，逆变技 术开始从应用低

5、速器件、低开关频率逐渐向采用高速器件、提高开关频率的方向 发展，使逆变器体积进一步减小，效率进一步提高，正弦波逆变器的品质指标也 得到很大提高。 近年来，现代逆变技术主要朝着高频化、模块化、数字化、绿色化以及并机 技术的趋势发展。而目前我国国内的逆变电源按变换方式主要采用工频变换。工 频变换逆变电源是先产生50HZ交流信号， 然后利用工频升压器产生220V交流电。 这种逆变器结构简单，工作可靠，但这种逆变器体积大、笨重、噪音大、价格高、 效率方面也有待进一步提高。高频变换逆变电源是通过高频 DC-DC 变换技术，先 3 将低压直流变为高频低压直流，经过高频变压器升压后再整流成高压直流，对其 再

6、进行正弦变换，即可得到 220V/ 50Hz 正弦波交流电。虽然这种逆变器控制环 节较多，电路复杂，但是因为采用了高频变换，因而体积小、重量轻、噪音小、 效率高，是目前可再生能源发电系统中首选产品。 1.2 设计要求 通过给定输入的 48V 直流电转化为能带动额定负载的交流电输出， 并以此为 基础利用 Matlab 对单相逆变电源的仿真。 1、输出 220V 单相交流电。 2、建立单相逆变器 Matlab 仿真模型。 3、进行仿真实验，得到单相交流电波形。 4 第二章 单相逆变电源的 Matlab 仿真 为了验证设计好的独立逆变系统是否符合设计的技术要求， 这就要求对设计 好的系统进行检测、 分析、 比较， 若是做出实物后再进行检测， 则相对比较麻烦， 而在 MATLAB 软件中，只要将设计好的电路进行模拟后却完全可以实现仿真，这 样不仅相对容易，而且也快捷、方便、直观明了。 2.1 MATLAB 的简称 MATLAB 是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国 MathWorks 公 司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的 高级