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电力电子技术课程设计单相电压全桥逆变电路及其Simulink仿真开题报告题目名称：单相电压全桥逆变电路及其Simulink仿真完成日期：2012年授课教师：（1）简要背景与随着电力电子技术的发展，逆变电路得到了广泛的应用。 交流电动机调速的变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子设备的核心部分是逆变电路。 由于电压型逆变电路有直流侧作为电压源或并联有大电容，所以直流侧电压基本上是脉动的； 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同； 当阻性负载需要提供无功功率时，为将无功功率从交流侧反馈到直流侧提供通道，逆变桥的各臂并联一个反馈二极管，因此具有广泛的应用。 电压型逆变电路主要用于两个方面：①笼式交流电动机的变频调速系统。 由于逆变电路只具有单向传输电能的功能，因此更适用于不需要频繁制动和加减速的稳态运行。 ②不间断电源。 电源在逆变器输入端与蓄电池并联，类似于电压源。 图1 单相电压型全桥逆变电路 (2) 研究目的和意义 在教学和实验的基础上，设计单相电压型全桥逆变电路及其控制和保护电路，并使用simulink控制课程理论，对电路进行仿真和实现，进一步了解单相电压型全桥逆变电路的工作原理、波形和计算。

培养学生运用所学知识综合分析和解决问题的能力。 在电力电子技术的应用中，逆变电路是通用变频器的核心部件之一，起着非常重要的作用。 逆变电路是对应于整流电路，将直流电转换为交流电的电路。 逆变电路的基本功能是在控制电路的控制下，将中间直流电路输出的直流电转换成频率和电压可调的交流电。 无源逆变器电路被广泛使用。 在现有的各种电源中，电池、太阳能电池等都是直流电源。 当这些电源需要给交流负载供电时，需要经过无源逆变电路； 无源逆变电路与其他电力电子转换电路结合构成具有特殊功能的电力电子设备，如无源逆变器和整流器组合成AC-DC-AC变换器（交流电源提供的电能具有恒定的振幅并且频率先被整流成直流电，再通过无源逆变器输出可调频交流电供给负载）。 当电网提供的50Hz工频电能不能满足负载需要时，就需要采用AC-DC-AC变频电路进行电能交换。 例如，感应加热需要更高频率的电源； 交流电动机需要变频电源才能获得良好的调速特性。 （三）研究的主要内容 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及其控制电路和保护电路的设计（绘制原理图并注明元器件的选择）。

4 完成单相电压型全桥逆变电路的数学模型设计。 5 建立simulink仿真系统进行建模，设置模型参数。 6 仿真结果与分析。 (4) 研究的主要方法和手段首先建立单相电压型全桥逆变电路的电路拓扑图，利用MATLAB中的simulink工具箱建立相关控制模型，设置模型参数，得到通过仿真结果得到电路的电压和电流，并对结果进行分析。 说明目录摘要-------------------------------------------- - --------------------------5 第一章设计总体思路---------------- -- ---------------------------------------------- ---------------------------------------------- ---------------------------------------------- ---------------------------------------------- ------------------------------------------------ ------------------------5 两种整体设计思路-------------------- ------------------------ -----5 第2章基本原理和框图------------ --------------------------------------6-基本原则----- -------------------------------------------------- -6 二次单相电压全桥逆变电路分析------------------------7 第三章单元电路设计--- -------------------------------------------------- -8个触发电路-------------------------------------------- --------------8 二级保护电路-------- ---------- -------------------------------------- 第10四章Simulink仿真------ ------------------------------------------------10 成立一个电路模型--------------------------------------------10 两个组件介绍--------------------------------------------10三模参数设置---------------------------------------- --10 四次仿真结果---------------------------------------- ----------15 Chapter 5 总结与经验---------------------------- -------------------- -----17 致谢-------------------- ----------------------------------------------18 附录 1 Simulink三相整流电路仿真----------------------------19 附录二参考资料-------- ------------------ ------------------------------ --- 25 摘要 逆变电路 所谓逆变就是整流的反义词，是将直流电转换成固定或变频交流电的过程。 纳克电流（直流/交流）。

整流与逆变一直是电力电子技术研究的热点之一。 桥式整流是利用二极管的单向导电性进行整流的最常用电路。 它通常用于将交流电转换为直流电。 从整流器状态变为有源逆变器状态需要特定实验电路的正确时间和条件。 基本原理和方法已经成熟了十多年。 随着我国AC-DC转换器市场的快速发展，相应的核心先进技术在发展比较中的应用将成为业界关注的焦点。 第一章设计总体思路 1 课题概述 随着电力电子技术的发展，逆变电路得到了广泛的应用。 交流电动机调速的变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子设备的核心部分是逆变电路。 由于电压型逆变电路有直流侧作为电压源或并联有大电容，所以直流侧电压基本上是脉动的； 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同； 当阻性负载需要提供无功功率时，为将无功功率从交流侧反馈到直流侧提供通道，逆变桥的各臂并联一个反馈二极管，因此具有广泛的应用。 电压型逆变电路主要用于两个方面：①笼式交流电动机的变频调速系统。 由于逆变电路只具有单向传输电能的功能，因此更适用于不需要频繁制动和加减速的稳态运行。 ②不间断电源。 电源在逆变器输入端与蓄电池并联，类似于电压源。 2 设计基本思路 1 主电路设计 (1) 主电路结构设计 (2) 主电路保护设计 (3) 主电路计算及元件参数选择 2 Simulink 仿真系统设计 (1) 电路模型建立 (2) 介绍各元件 (3) 模型参数设置 (4) 仿真结果 第二章基本原理及框图 1 基本原理 逆变电路的基本工作原理： S1~S4 为桥式电路的四臂，由电力电子器件和辅助电路组成 图2-1 图2-2 逆变电路示例及其波形： 当S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 当S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负 图2-3 图2-4 改变两组开关的开关频率，可以改变输出交流频率。 阻性负载时，负载电流io和uo具有相同的波形和相位。 阻性负载时，io的相位滞后于uo，波形也不同。 图 2-5 图 2-6 t1 之前：S1 和 S4 导通，uo 和 io 均为正极。 t1时刻断开S1和S4，闭合S2和S3，uo变为负，但io不能立即反接io从电源负极流出，经负载S2和负载S3流回正极电感能量反馈给电源，io逐渐减小，t2时刻降为零，然后io反向上升两个单相电压全桥逆变器变压器电路分析1工作条件：图2-7 1和4为一对，2和3为另一对，成对桥臂同时导通，两对180°交替导通。 图2-8 uo波形与图中半桥电路的uo一样，幅度高一倍，Um=Ud。 io波形与半桥中的io相同，幅度加倍。 图2-9 2 输出电压uo 成傅里叶级数的定量分析 (2-1) 基波幅度值 (2-2) 基波有效值 (2-3) 当uo 正负180°时，基波的有效值输出电压只能通过改变Ud来实现 第三章单元电路设计——触发电路 触发电路 D触发器的触发 下图为D触发器及触发电路： 图3-1 D触发器原理flop：将控制信号转换成一定频率的脉冲或将控制信号转换成一定频率的脉冲或脉冲组，利用这些脉冲控制无源逆变电路中功率开关元件的通断，使逆变器可以利用这些脉冲来控制无源逆变电路中功率开关元件的通断。

主要用于变频调速装置或不间断电源的逆变器。 通用功能是：根据控制信号的要求产生相应频率的输出脉冲； 确定逆变器功率开关的驱动信号之间的相位关系； 产生足够的驱动功率来驱动功率开关元件； 完成电源开关元件之间的连接和控制电路之间的电气隔离。 图3-2 触发电路2 保护电路 在电力电子电路中，除了正确选择电力电子器件参数和良好的驱动电路设计外，采用合适的过压保护、过流保护、du⁄dt、di也很重要⁄dt 保护。 本课程设计中需要用到的过压过流保护电路如下图所示。 该电路也称为缓冲电路。 其作用是抑制电力电子器件中的过电压或过电流，以降低器件的开关损耗。 缓冲电路可分为关断缓冲电路和导通缓冲电路。 关断缓冲电路又称du⁄dt抑制电路，用于吸收器件的关断过电压和换流过电压，抑制du⁄dt，降低关断损耗。 开通缓冲电路也称为di ⁄ dt抑制电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和di ⁄ dt，降低器件的开通损耗。 关断缓冲电路和导通缓冲电路可以组合形成复合缓冲电路。 图 3-3 保护电路 第四章 Simulink 仿真 1 电路模型建立 Simulink 仿真电路图如下： 图 4-1 2 元件介绍 该电路涉及 8 个元件，即直流电源（DC Voltage Source）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、二极管（Diode）、脉冲发生器（Pulse Generator）、串联RLC支路（Series RLC Branch）、电流表（Current Measurement）、电压表（Voltage Measurement）、示波器（Scope）。

三种型号参数设置 1 直流电源参数设置 图 4-2 2 IGBT、IGBT1 脉冲参数设置 图 4-33 IGBT2、IGBT3 脉冲参数设置及波形： 图 4-4 图 4-5 4 IGBT 参数设置： 图 4- 6 四种仿真结果 1 负载为电阻时的 RLC 参数设置： 图 4-7 负载为电阻时的电流电压波形 图 4-8 2 负载为电感时的电感参数设置 图 4-9 负载时的电流电压是电感波形： 图4-10 3 阻性负载的阻性参数设置 图4-11 阻性负载的电压和电流波形： 图4-12 第5章我们所学课程的总结和体会以及我们的专业决定 因此，我们的学习一定要联系实际。 目前全桥逆变电路原理图，电压型逆变电路已广泛应用于工业自动化领域。 因此，对于电气工程及其自动化专业的学生来说，做这样的设计是非常有意义和必要的。 通过本次课程设计全桥逆变电路原理图，我们所学的知识得到了进一步的巩固，不仅拓展了我们的视野，还学会了使用MATLAB进行simulink仿真。 从电路设计到绘图，从参数设置到运行结果，每一步看似简单，却都付出了很多心血的研究和调试。 虽然在设计和实施的过程中遇到了很多问题，但对我们来说也是一次挑战，也是一次锻炼的机会。

也收获颇丰。 通过本次学习，我们进一步加深了对电力电子技术基础理论和一些比较抽象的理论知识的理解，对整流电路和逆变电路的工作原理，以及各电路的控制电路有了更深入的了解。 在查阅了大量相关资料的同时，对电压型逆变电路的当前领域和未来发展的概况也有了一定的了解。 我们深刻体会到书本上的知识是远远不够的，模拟的过程也有些生涩。 因此，为了更深入地了解控制领域，我们需要不断的学习和实践，才能与时俱进。 本次课程设计的顺利完成，离不开老师、朋友、同学们的指导和支持。 本次设计的实现主要是在导师的亲切关怀和悉心指导下完成的。 作为我们的教学老师，刘老师在之前的学习中给了我们很多帮助。 他对我们对课程知识的掌握起到了很大的作用。 他严肃的科学态度、严谨的治学精神、精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。 从选题到项目的最终完成，老师一直给予我细心的指导和不懈的支持。 在此向老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。 另外，感谢对本次设计提出建议和修改意见的老师、同学和朋友。 附录附录1：三相整流电路的Simulink仿真1电路模型建立图附录-1 2参数设置及仿真结果 1 A 相电压设置图 附录-2 B 相图 附录-3 C 相图 附录-4 2 晶闸管参数设置图 附录-5 3 脉冲参数设置图 附录-6 4 阻性负载电阻参数设置图 附录- 7 波形图附录-8 5 阻性电感负载RL 参数设置图附录-9 波形图附录-10 附录2 参考文献[1] 主编黄兆安、刘进军。 电力电子技术。 第五版。 北京：机械工业出版社，2009 [2]黄军主编．电力电子变流技术[M]． 北京：机械工业出版社，2004 [3]彭宏才主编． 电机原理与驱动[M]． 北京：机械工业出版社，1998 [4]主编王兆安、黄军．电力电子技术[M]． 第 4 版。 北京：机械工业出版社，1996 [5]王立久，主编。 电传动自动控制系统[M]． 武汉：华中科技大学出版社，1991 [6]吴奇． 自动控制原理[M]． 北京：机械工业出版社，1990 [7]] 谢宗安，主编。 自动控制系统[M]． 重庆：重庆大学出版社，1996 [8] 陈博时，主编。 电气传动自动控制系统[M]． 第 2 版。 北京：机械工业出版社，1992 [9]] 吕汝良，沈汉昌，卢惠军，郭文华主编。 电气手册[10]赖福新． 电机控制系统[M]． 上海：上海交通大学出版社，1995 [11]秦祖印主编。 电力电子学基础[M]． 西安：交通大学西安电气教研室，1990 [12]赵明，徐辽． 工厂电气控制设备[M]． 北京：机械工业出版社，1994[M]． 上海：上海科学技术出版社，1999 [13] 丁道红主编． 电力电子技术[M]． 北京：航空工业出版社，1992 [14]林维勋主编。 电力电子技术基础[M]． 北京：机械工业出版社，1990 [15] 主编 张力，赵永健． 现代电力电子技术[M]． 北京：科学技术出版社，1992 本文件由向当网用户上传()