三相橋式有源逆變電路的仿真

1、2011-2012學年第二學期工作室項目研究報告 研究題目：三相橋式有源逆變電路的仿真 班級：姓名： 同組人：指導教師：2012年6月10日 1、 前言通常把交流電能變換成直流電能的過程稱之為整流，而把直流電能變換成交流電能的過程稱之為逆變，它是整流的逆過程。在逆變電路中，按照負載性質(zhì)的不同，逆變分為有源逆變和無源逆變。Matlab軟件是一種用于科學工程的高級語言，也是當今控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真中重要的工具軟件，Matlab提供的仿真工具箱Simulink是一個功能十分強大的仿真軟件，可以根據(jù)用戶的需要方便地為系統(tǒng)建立模型，并且十分直觀，仿真精度高，結(jié)果準確。本次工作室項目主要對有源逆變電路進行討

2、論,并應(yīng)用Matlab的可視化仿真工具Simulink對三相全橋有源逆變電路進行建模,并對仿真結(jié)果進行了分析, 并得出了正確的仿真結(jié)果。采用Matlab來仿真電力電子技術(shù)課程中的傳統(tǒng)實驗,和傳統(tǒng)的硬件實驗對比,此實驗方法有很大優(yōu)越性。2、 變換器工作原理所謂逆變，就是要求把負載（電機）吸收的直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔芊答伝仉娋W(wǎng)。三相橋式有源逆變電路實質(zhì)上是三相橋式可控整流電路工作的一個特定狀態(tài)，三相橋式逆變電路原理圖如圖1所示。要使整流電路工作于逆變狀態(tài)，必須有兩個條件：(1)變流器的輸出Ud能夠改變極性。因為晶閘管的單向?qū)щ娦?，電流Id不能改變方向，為了實現(xiàn)有源逆變，必須去改變Ud 的電極性。只

3、要使變流器的控制角>90°即可。(2)必須要有外接的直流電源E，并且直流電源E也要可以改變極性，并且|E|>|Ud|。上述條件必須同時滿足，才能實現(xiàn)有源逆變。圖（1）三相橋式有源逆變電路原理圖3、 仿真模型的建立3.1 三相半波可控整流及有源逆變電路的建模和參數(shù)設(shè)置（1）建立一個新的模型窗口，命名為YYNB。（2）打開電源模塊組,分別復制三個交流電壓源到Y(jié)YNB模型窗口中,重命名為Ua、Ub、Uc。打開參數(shù)設(shè)置對話框,按三相對稱正弦交流電源要求設(shè)置參數(shù)(Um=50V、f=50Hz、初相位依次為0°、-120°、-240°)；打開電力電子模塊組

4、，復制一個通用變流器橋到Y(jié)YNB窗口中，選擇Thyristor類型，橋的結(jié)構(gòu)選擇三相。（3）打開附加模塊組中的控制模塊，復制一個同步六脈沖發(fā)生器到窗口中。從輸入源模塊組中復制兩個常數(shù)模塊到窗口中，一個常數(shù)設(shè)置為0，一個設(shè)置為30.從數(shù)學運算模塊組中復制一個Gain模塊，參數(shù)設(shè)置為10，即將六路脈沖放大了10倍，使觸發(fā)脈沖的功率滿足晶閘管觸發(fā)要求；再復制三個電壓表模塊，將三相線電壓同步。（4）打開電源模塊組，復制一個直流電源到Y(jié)YNB窗口中，設(shè)置參數(shù)為50V。（5）打開元件模塊組，復制一個RLC元件，參數(shù)設(shè)置為，R=2，L=0.01H,C=inf，即為阻感性負載。（6）打開測量模塊組，分別復制一

5、個電流表和一個電壓表。在sinks模塊組中復制一個示波器到窗口中。（7）所有元件復制完成之后，通過適當連線之后得到如圖2所示的仿真模型。 圖（2）三相橋式有源逆變電路的MATLAB仿真模型3.2 三相橋式有源逆變電路的仿真打開仿真參數(shù)窗口,選擇ode23tb算法,相對誤差設(shè)置為1e-03,開始仿真時間設(shè)置為0,停止仿真時間設(shè)置為0.08s,=30°、90°、120°、150°，參數(shù)設(shè)置完畢后,啟動仿真。4、仿真結(jié)果分析啟動仿真之后，點擊示波器，觀察負載電壓，電流的波形，所取不同角度的仿真波形分別如以下各圖所示。 圖（3）=30°仿真波形 圖（4

6、）=60°仿真波形 圖（5）=90°仿真波形 圖（6）=120°仿真波形圖（7）=150°仿真波形從仿真結(jié)果可以看到，=30°和=60°時，電路工作在整流狀態(tài)，負載電壓為正值，變流電路輸出電壓波形正面積大于負面積,平均電壓大于零。當=120°和=150°時，負載電壓為正值，輸出電壓波形正面積大于負面積，平均電壓為負，電路工作在逆變狀態(tài)；=90°時，電路工作在中間狀態(tài)，平均電壓為0。5 、結(jié)論通過以上的仿真過程分析，得到三相橋式有源逆變電路實質(zhì)上是三相橋式整流電路工作于移相控制角>90°,且

7、存在一個極性與晶閘管導通方向一致的反電動勢時的特殊情況。利用Matlab/Simulink對三相橋式可控整流及有源逆變電路的仿真結(jié)果進行了詳細分析, 并且只需改變負載參數(shù)及移相控制角范圍就可實現(xiàn)整流電路的仿真，驗證了仿真結(jié)果的正確性。6、心得體會采用Matlab/Simulink對三相半波有源逆變電路進行仿真分析,避免了常規(guī)分析方法中繁瑣的繪圖和計算過程,使得仿真運算更加方便快捷。同時,能用Scope隨時地觀察仿真波，使得仿真更具有直觀性，實性。 通過這次課題研究，激發(fā)我們學習電力電子技術(shù)的興趣,使我對整流電路和逆變電路有了深刻的理解，提高了對MATLAB軟件的操作能力。應(yīng)用Matlab/Simulink進行仿真,在仿真過程中可以靈活改變仿真參數(shù),并且能直觀地觀察