SPWM于单相全桥及其三相电压型桥式逆变电路的simulink仿真应用.docx

SPWM于单相全桥及其三相电压型桥式逆变电路的simulink仿真应用SPWM于单相全桥及其三相电压型桥式逆变电路的应用 11级电牵3班xx 关键字：单相桥 三相桥 全控 逆变 SPWM simulink 本次实验主要为利用simulink中的块原件来构建电力电子中的一种基本整流电路单相全桥逆变电路和三相电压型桥式逆变电路，单相电路的功能是将直流电逆变为交流电，而三相逆变电路则是在单相的基础上变为三相，功能更加完善。在逆变电路的设计过程中，需要对设计电路及有关参数选择是否合理、效果好坏进行验证。如果通过实验来验证， 需要经过反复多次的元件安装、调试、重新设计等步骤， 这样使得设计耗资大，效率低， 周期长。现代计算机仿真技术为电力电子电路的设计和分析提供了崭新的方法， 可以使复杂的电力电子电路、系统的分析和设计变得更加容易和有效。 Matlab 是一种计算机仿真软件， 它是以矩阵为基础的交互式程序计算语言。Simulink 是基于框图的仿真平台， 它挂接在Matlab 环境上，以Matlab 的强大计算功能为基础， 用直观的模块框图进行仿真和计算。其中的电力系统工具箱是专用于RLC电路、电力电子电路、电机传动控制系统和电力系统仿真用的模型库。以Matlab7.0 为设计平台， 利用Simulink 中的Power System工具箱来搭建整流电路仿真模型，设置参数进行仿真。 一、电路工作原理 1.SPWM电路工作原理 同步调制N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步。 基本同步调制方式，fr变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。三相，公用一个三角波载波，且取N为3的整数倍，使三相输出对称。为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数。当N=9时的同步调制三相PWM波形如上图所示。 2.逆变电路工作原理 1）IGBT单相电压型全桥无源逆变电路原理分析 单相逆变电路主要采用桥式接法。它的电路结构主要由四个桥臂组成，其中每个桥臂都有一个全控器件IGBT和一个反向并接的续流二极管，在直流侧并联有大电容而负载接在桥臂之间。其中桥臂1,4为一对，桥臂2，3为一对。可以看成由两个半桥电路组合而成。其基本电路连接图-2如下所： 图-2.电压型全桥无源逆变电路的电路图 由于采用绝缘栅晶体管来设计,如图2-2的单相桥式电压型无源逆变电路，此课程设计为阻感负载，故应将RLC负载中电容的值设为inf。此电路由两对桥臂组成，V1和V4与V2和V3两对桥臂各导通180度。再加上采用了移相调压法，所以VT3的基极信号落后于VT1的90度，VT4的基极信号落后于VT2的90度。 2).三相桥式PWM逆变器电路 三相桥式逆变电路如图所示，图中应用V1-V6作为逆变开关，也可用其它全控型器件构成逆变器，若用晶闸管时，还应有强迫换流电路。 图-3.三相桥式PWM逆变电路 二、在simulink中建立仿真模型 1、 模块调取 打开matlab中的simulink，在电力系统中调取出单相交流电源、晶闸管、触发脉冲和RLC等相关模块。根据图示电路连接电路图 1.1单相桥式逆变电路 1.2三相桥式电压型逆变电路 2，设置各元件参数 主要附三相电压型桥式逆变电路的相关参数 2.1载波与调制波参数设置 2.2载波比 三、实验仿真 设置好个参数后便可进行仿真。观察示波器中的波形后可选择autoscale键，调整波形。现需要对波形进行编辑，所以先把保存文件，并且把数据传入到工作空间中。再到matlab的工作空间中调出文件，然后对文件中的数据进行绘图。 绘制单相逆变电路四行一列的图形，在一个图中表现载波和调制波、对应输入脉冲以及阻感性负载的电压输出波形。然后对脉冲波形进行调整，因为绘出的脉冲波形与坐标轴线的上顶想重合，虽然是彩色，但还是调整为脉冲的形式比较好，可以通过编辑坐标轴进行调整，脉冲高度为1，则将坐标轴y轴调整为1.2。还可以调整各个图形的高度，增加图形的整体视觉效果。 而三相SPWM波形，需要把三个正弦波形和三角波绘制在一起，故先用bus mux把这四个信号做在一起在输出，然后再在下面输出对应脉冲波形，这样就能较好的观察了。 四、实验总结 本次实验是第三次真正利用simulink进行仿真，通过上一次实验的摸索，大概熟悉了simulink里的模块原件。上次实验是单相全桥逆变电路，是自己做的脉冲模块，而本次是单相全桥逆变电路和三相电压型桥式逆变电路，通过SPWM技术进行仿真。 实验中出现了许多问题，对于单相双极型逆变电路，最开始主要就是调制三角波和正弦波的载波比，需要先单独比较，确定正确后再作为调制电路给逆变电路，这样才能找到问题的所在。而三相电压型桥式逆变电路也是同样的道理，用三个正弦波，依次相延迟120°，这样变得能到六个脉冲。 在三相电压型桥式逆变电路中使用的是系统提供的Universal bridge模块，需要注意的就是要将系统原始的晶闸管做桥臂换为IGBT，另外就是对通用桥的给触发脉冲的顺序要注意。 做完这些基础工作之后，虽然实验效果已初步达到，但在界面和可调性方面还相差很大，故又进一步进行封装和参数设置，使界面简洁美观，设置参数使载波比可调，方便做不同载波比的仿真。 通过这次实验，更好的熟悉了simulink的工作平台，加强了对其相关模块的理解，为日后更好的运用此软件打下了坚实的基础。 五、附图1：单相全桥逆变电路的工作波形 附图2：SPWM触发脉冲图形 附图3：三相电压型桥式逆变电路的工作波形 附图一单相全桥逆变电路的工作波形 附图二 SPWM触发脉冲图形 附图三 三相电压型桥式逆变电路的工作波形