電力電子應(yīng)用課程設(shè)計(jì)--1kw電壓電流瞬時(shí)值反饋的單相逆變器仿真研究

1、<p>　　電力電子應(yīng)用課程設(shè)計(jì)</p><p>　　課題： 1kw電壓電流瞬時(shí)值反饋的單相逆變 </p><p>　　器仿真研究 </p><p>　　班級(jí) 學(xué)號(hào) </p><p>　　姓名

2、</p><p>　　專業(yè) </p><p>　　系別 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　電氣工程系</b></p&

3、gt;<p><b>　　2013年3月</b></p><p>　　1kW電壓電流瞬時(shí)值反饋的單相逆變器仿真研究</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的：</b></p><p>　　(1) 加深理解SPWM單相逆變器工作原理及分析工作模態(tài)；</p><p>　　(2) 掌握SPW

4、M逆變器控制信號(hào)發(fā)生的方法；</p><p>　?。?）熟悉穩(wěn)定逆變器輸出電壓的電壓電流瞬時(shí)值反饋方法；</p><p>　?。?）應(yīng)用MATLAB仿真軟件中simulink工具箱建立仿真模型。</p><p><b>　　二、技術(shù)要求: </b></p><p>　　輸入：380V直流.</p><

5、p>　　輸出：220V/4.56A </p><p>　　要求：建立單相SPWM逆變器閉環(huán)仿真模型，并考察不同負(fù)載輸出電壓的調(diào)整率以檢驗(yàn)系統(tǒng)閉環(huán)性能是否達(dá)標(biāo)。</p><p>　　單相逆變器SPWM調(diào)制技術(shù)的仿真</p><p>　　單相逆變器SPWM調(diào)制電路的基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　單相橋式逆變器有四個(gè)帶反并聯(lián)續(xù)流二極管的IG

6、BT組成，分別為VT1~VT4，直流側(cè)由兩個(gè)串聯(lián)電容，他們共同提供直流電壓Ud，負(fù)載為阻感負(fù)載，調(diào)制電路分別由單相交流正弦調(diào)制波形和三角載波組成，其中三角載波和正弦調(diào)制波的幅值和頻率之比分別被稱為調(diào)制度和載波頻率，這是SPWM調(diào)制中的兩個(gè)重要參數(shù)。三角載波和正弦調(diào)制波相互調(diào)制產(chǎn)生四路脈沖信號(hào)分別給六個(gè)IGBT提供觸發(fā)信號(hào)。</p><p>　　在電路中輸入為380 V 直流，輸出為220 V ，輸出電流為4.46

7、A ，輸出功率為P=1000 W。</p><p><b>　　⑴ 并聯(lián)電容的選取</b></p><p>　?、?L C濾波器值的確定</p><p><b>　?、?調(diào)制比M</b></p><p>　　2、單相逆變器SPWM調(diào)制電路的工作模態(tài)</p><p><b

8、>　　⑴阻性負(fù)載</b></p><p>　　圖2 正半周期 負(fù)半周期</p><p><b>　　⑵感性負(fù)載</b></p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　感性負(fù)載的輸出波形相對(duì)于阻性負(fù)載滯后。<

9、;/p><p><b>　?、?容性負(fù)載</b></p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　容性負(fù)載的輸出波形相對(duì)于阻性負(fù)載超前。</p><p>　　電力電子電路Simulink仿真及其特點(diǎn)</p><p>　　電力電子電路的Simulink仿真流程如下：&

10、lt;/p><p>　　數(shù)學(xué)建模階段：將實(shí)際對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性用微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程或結(jié)構(gòu)圖等方式描述出來。</p><p>　　模型轉(zhuǎn)換階段：在Matlab環(huán)境下選擇仿真算法將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化成能被計(jì)算機(jī)接受的離散化模型，即仿真模型。建立模型后，設(shè)定每個(gè)模塊參數(shù)。</p><p>　　運(yùn)行仿真階段：在Simulink環(huán)境下設(shè)置仿真參數(shù)，包括仿真時(shí)間，仿真步長(zhǎng)，誤差值等

11、，采取快速仿真算法，既能達(dá)到實(shí)時(shí)仿真的目的，又能滿足一定的精度要求。</p><p>　　分析仿真結(jié)果：使用Scopes可以觀察仿真結(jié)果。并且能在仿真運(yùn)行過程中隨時(shí)改變參數(shù)，觀察變化情況。</p><p><b>　　具有以下特點(diǎn)：</b></p><p>　　（1）仿真研究方法簡(jiǎn)單、靈活、多樣。該仿真實(shí)驗(yàn)在仿真時(shí)還可以任意參數(shù)調(diào)整，體現(xiàn)了仿真

12、研究和數(shù)學(xué)的方便性和靈活性。</p><p>　　（2）仿真結(jié)果直觀。通過仿真研究可以得到有關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大量、充分而且直觀的曲線與數(shù)據(jù)，方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析、改進(jìn)。</p><p><b>　　開環(huán)控制的仿真</b></p><p>　　如圖5，直接把控制信號(hào)加在主電路上而不加入反饋環(huán)節(jié)，則是SPWM 開環(huán)逆變系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)的經(jīng)過LC 濾波器后，

13、一周期的輸出電壓波形見圖6。</p><p>　　圖5圖6開環(huán)輸出電壓波形</p><p><b>　　閉環(huán)控制的仿真</b></p><p>　　1、如圖7，對(duì)電壓電流進(jìn)行采樣，與正弦波一起經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器，并比較做差，然后進(jìn)入驅(qū)動(dòng)電路，形成閉環(huán)回路。</p><p><b>　　圖7</b>&l

14、t;/p><p>　　圖8 閉環(huán)輸出電壓波形</p><p>　　工作原理：上圖是一個(gè)單相的SPWM逆變器閉環(huán)仿真模型，380V的直流電壓加在電力電子仿真橋上，通過半導(dǎo)體功率開關(guān)器件的開通和關(guān)斷作用，把直流電能變換成交流電能，再通過R、C濾波器到負(fù)載，使負(fù)載的輸出為穩(wěn)定的正弦波。</p><p>　　在這過程中需要有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，如圖所示，驅(qū)動(dòng)信號(hào)是由雙極性倍頻調(diào)制電路形成

15、的。正弦波作為輸入量，與主電路的電壓、電流一起比較做差，并經(jīng)過PID調(diào)節(jié)，和三角波同時(shí)輸入到驅(qū)動(dòng)電路。然后MUX模塊將多路信號(hào)集成一束，送到電力電子仿真橋，從而形成一個(gè)閉環(huán)回路，電壓的反饋量使得輸出電壓變得穩(wěn)定。</p><p>　　圖8閉環(huán)電壓輸出波形</p><p><b>　　PID1參數(shù)</b></p><p><b>　　圖

16、9</b></p><p><b>　　PID2參數(shù)</b></p><p><b>　　圖10</b></p><p>　　檢驗(yàn)不同負(fù)載時(shí)的輸出電壓：</p><p><b>　?、抛栊载?fù)載</b></p><p><b>　?、?/p>

17、容性負(fù)載</b></p><p><b>　?、歉行载?fù)載</b></p><p>　　從以上數(shù)據(jù)可以看出，輸出電壓是比較穩(wěn)定的，輸出電壓的THD 很小，是穩(wěn)定的系統(tǒng)，有很好的工作特性。</p><p><b>　　七、總結(jié)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一個(gè)星期，通過這個(gè)星

18、期的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識(shí)的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)非常缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力急需提高。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考?；仡櫞舜坞娏﹄娮蛹夹g(shù)課程設(shè)計(jì)，至今我們?nèi)愿锌H多，在整整一星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且

19、學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，有時(shí)候被一些細(xì)小的問題難住，從而花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。有時(shí)還要四處查閱書籍才能找出解決的辦法。自己看起來完美的設(shè)計(jì)在實(shí)踐下就漏洞百出了。并且我在做設(shè)計(jì)的過程中學(xué)到了很多東西，也知道自己的很多不足之處，知道自己對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。以前認(rèn)為學(xué)了沒用的課程現(xiàn)在也用到了。</p>

20、<p>　　雖然受挫頗多，但收獲也不少。課程設(shè)計(jì)開始的時(shí)候思緒全無，舉步維艱，對(duì)于理論知識(shí)學(xué)習(xí)不夠扎實(shí)的我們深感“書到用時(shí)方恨少”，便重拾教材與實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，對(duì)知識(shí)系統(tǒng)而全面進(jìn)行了梳理，遇到難處也時(shí)不時(shí)向老師請(qǐng)教，終于掌握了基本理論知識(shí)，找到了設(shè)計(jì)的靈感。思路即出路，一開始沒有思路，舉步維艱，在對(duì)理論知識(shí)梳理掌握之后，終于茅塞頓開。盡管課程設(shè)計(jì)是在本學(xué)期開始后不久，我們的教材學(xué)習(xí)完畢，掌握許多知識(shí)，但是還有很多地方理解，領(lǐng)悟不到位

21、。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，最后在老師的悉心指導(dǎo)和與同學(xué)的討論，努力思索下終于迎刃而解。同時(shí)從中發(fā)現(xiàn)了還有很多工具及理論還未掌握，在以后的學(xué)習(xí)生活中更應(yīng)加深對(duì)這方面內(nèi)容的理解與學(xué)習(xí)。這次課程設(shè)計(jì)還培養(yǎng)了我們嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的思維，通過它架起理論與實(shí)踐橋梁。與一般的課程相比， 通過利用Simulink仿真軟件，只要對(duì)模塊的參數(shù)作相應(yīng)的修改，不需再重新構(gòu)建仿真模型，便可得到各輸