运用MATLAB对直流交流电路建模毕业设计.docVIP

1 绪论 所谓逆变，就是与整流相反，把直流电转化成某一固定频率或可变频率的交流电（DC∕AC）的过程。逆变电路的应用非常广泛。在众所周知的各种电源中，化学能电源、太阳能电池等都是直流电源，当这些电源向交流负载供电时，就必须经过逆变电路，将其转换为所需频率的交流电【1】。 逆变电路的另一主要应用就是变频，在这种应用中，变频器多采用简介变频方式，负载可以是感应加热设备、调速电机或其它形式的用电设备。 随着电力半导体器件的发展，逆变电路的应用范围不断得以拓宽，它几乎渗透到国民经济的各个领域。利用全控器件组成逆变电路是今后发展的趋势，因为它具有功率密度高、性能好、体积小、重量轻等优点，因而必然会再不同容量范围内取代晶闸管组成逆变电路，尤其是随着半导体执照技术的发展，由IGBT等新型电力电子器件在这一领域独领风骚的时代已经来临【2】。 无源逆变在交流电机变频调速、感应加热、不间断电源等方面应用十分广泛，要求其输出功率大、谐波含量小、逆变效率高、性能稳定可靠。本文力用MATLAB∕Simulink中电力系统仿真工具箱Simulink powersystems对逆变电路进行仿真，并通过仿真三相工频电源进行比较并得出结论。 2 电压型三相桥式逆变电路 2.1 电压型三相桥式逆变器的基本电路 如图2.1所示为电压型三相桥式逆变器的基本电路，，在实际电路中直流侧一般只有一个直流电源，但为了分析方便常将其看成两个电源串联而成,其间假象一个中点。 图2.1 电压型三相桥式电路 由于逆变电路输入端施加的是直流电压源，所以，若功率开关器件～采用晶闸管时，就必须添加某种形式的强迫换流电路。而～采用GTO、 GTR 、IGBT 、MOSFET等全控器件时，则可利用则可利用驱动信号控制其导通与关断。图中～与～反相并联的续流二极管，其作用是为感性负载提供续流回路，避免功率器件承受过高的瞬态电压。本仿真采用IGBT作为开关器件【3】。 2.2 IGBT驱动类型 本仿真采用的是180°导电型如图a。所谓的180°导电型，是指每个开关元件在每个周期内连续导通180°，关断时间也是180°，同一相即同一半桥上、下两个桥臂交替导电，即换相是在同一桥臂的上、下两个开关之间进行的，，也成纵向换相或纵向换流。每隔60°有一个元件发生换相，在任一瞬间总有三个桥臂参与导电【3】。 2.3 电压型三相桥式电路的工作原理 由于换相是在同一桥臂的上、下两个桥臂中进行，为避免同一桥臂上上、下两个元件同时到点发生直通现象造成的短路，实际电路工作要按照先关断、后开通的原则进行。即先关断一个开关，隔一小段的延时后在开通另一开关，这段延时称为互锁时间或死区时间。死区时间的长短要视器件的开关速度决定，器件的开关速度越快，所留的死区时间就越短。为简化分析过程，再以下的分析中将这段死区时间忽略。 对电压型逆变器，其直流电源侧通常是并联一个大电容，但为了分析方便，在图a中，将电容器画成两个相串联的电容组成，主要是为了得到假象的直流电源中点O，下面分析其工作过程。 由于本仿真采用的是180°导电方式，即驱动信号的脉冲宽度为180°的方波，六个开关元件的的驱动信号依次相差60°。假设在此驱动信号下各开关元件可以可靠的开通和关断，则驱动信号的施加顺序就是开关元件的导通顺序，逆变桥中三个桥臂的上部和下部开关元件以180°间隔交替开通和关断，即～以60°的相位差依次开通和关断，其导通顺序依次为、、～、、～、、～、、 ～、、～、、.每隔60°有一组元件参与导电。当上桥臂或下桥臂元件导电时，U、V、W三相相对于直流电源中点来说其输出为+或-，再逆变器输出端形成三相电压。逆变器的输出电压波与电路接法和导通型有关，不受负载影响，输出波形如下图2.2：  图2.2 三相桥式逆变电路工作波形 对U相来说，当导通时， =，当导通时=-，因此的波形是宽度为180°、幅值为的正负对称矩形波。VW两项的输出与U相类似，输出电压也是由在同一相的上、下桥臂两个元件分别导电180°得到， 、的波形形状和相同，只是相位上依次相差120°， 、、波形如上图（a）、（b）、（c）所示。 负载线电压可有下列公式求出： = - （式2.1） =- （式2.2） =- （式2.3）、、可有等效电路分析得出，其波形如上图（e）所示，为一对称阶梯波。由于一个周期可以划分为六个阶段每个阶段参与导电的元件各不相同。所以其等效电路也有六种不同模式。再0～180°的半个周期内的工作过程可以归纳为三个模式： 模式一 等效电路如下图2.3 图2.3 等效模式一 在模式一中，、、导通，根据基尔霍夫