钦 州学院系统仿真课程报告院 系 机械与船舶海洋工程学院专 业 自动化 学 生 班 级 . 自动本 131 班 姓 名 冯慧生 学 号 1305402115 指导教师单位 钦州学院 指导教师姓名 谢积锦 指导教师职称 讲师 2017年 6月目录三相逆变电路的设计及其研究 .21引言 .22 设计依据及框图 .32.1 设计平台 .32.2 设计思想 .42.3 设计结构框图 .42.4 三相全桥逆变的理论分析 .43 SIMULINK仿真调试分析 .93.1 三相逆变电路 SIMULINK 仿真调试分析 .93.2 SIMULINK示波器观察的波形图 .123.3 谐波分析 .134 结语 .164.1 结论与讨论 .164.2 心得体会 .17参考文献 .18三相逆变电路的设计及其研究摘要：本课程设计报告主要研究了三相逆变电路的设计的问题，根据逆变电路相关理论知识，利用 MATLAB软件的 SIMULINK进行仿真，对仿真出的相关波形与理论分析得出的结论比较，总结出三相逆变电路的设计是否正确，逆变电路负载特性，再对其进行进一步研究，本课程设计主要采用应用非常广泛的三相全桥逆变电路进行研究。关键字：逆变；全桥；SIMULINK；负载1 引言上学年我们开设了电力电子技术这门课，这是一门非常基础和有用的课程。学会了这门课之后可以实现 AC/DC， DC/AC（本课程设计主要涉及的逆变） ，DC/DC，AC/AC 这些变换，还可以利用这些变换对电机进行控制，例如可以实现电机的变频调速等控制。MATLAB 这个软件不仅在数学上应用广泛，在电机学，自动控制原理、电力电子技术这些课程上的应用也十分广泛。本次课程设计的目的是为了：一、进一步理解和消化书本知识，运用所学知识和技能进行简单的设计。二、通过课程设计提高应用能力，为专业课的学习打下基础。 三、培养查阅资料的习惯 ,训练和提高独立思考和解决问题的能力。 四、对得出的仿真结果与理论分析结果进行比较，得出相关结论。2 设计依据及框图2.1 设计平台2.1.1 MATLA的基本介绍MATLAB（矩阵实验室）是 MATrix LABoratory的缩写，是一款由美国 The MathWorks公司出品的商业数学软件。MATLAB 是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。除了矩阵运算、绘制函数/数据图像等常用功能外，MATLAB还可以用来创建用户界面及与调用其它语言（包括 C，C+和 FORTRAN）编写的程序。2.1.2 MATLAB的发展历史20世纪 70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任 Cleve Moler为了减轻学生编程的负担，用 FORTRAN编写了最早的 MATLAB。1984 年由 Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的 MathWorks公司正式把 MATLAB推向市场。到 20世纪 90年代，MATLAB 已成为国际控制界的标准计算软件。2.1.3 MATLAB的特点1) 高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来；2) 具有完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化;3) 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握；4) 功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等) ,为用户提供了大量方便实用的处理工具。2.1.4 MATLAB的 SIMULINK仿真优势SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样频率的系统。在 SIMULINK环境中，利用鼠标就可以在模型窗口中直观地“画”出系统模型，然后直接进行仿真。它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型就像你用手和纸来画一样容易。它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。SIMULINK包含有 SINKS（输入方式） 、SOURCE（输入源） 、LINEAR（线性环节） 、NONLINEAR（非线性环节） 、CONNECTIONS（连接与接口）和 EXTRA（其他环节）子模型库，而且每个子模型库中包含有相应的功能模块。用户也可以定制和创建用户自己的模块。 用 SIMULINK创建的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。用户可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容，以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。在定义完一个模型后，用户可以通过 SIMULINK的菜单或MATLAB的命令窗口键入命令来对它进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行一大类仿真非常有用。采用 SCOPE模块和其他的画图模块，在仿真进行的同时，就可观看到仿真结果。除此之外，用户还可以在改变参数后来迅速观看系统中发生的变化情况。仿真的结果还可以存放到 MATLAB的工作空间里做事后处理。 模型分析工具包括线性化和平衡点分析工具、MATLAB 的许多工具及 MATLAB的应用工具箱。由于 MATLAB和 SIMULINK的集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。2.2 设计思想2.2.1三相逆变设计电路思想三相全桥 1、问题重述：将 380V 的直流电源逆变成频率为 50HZ 的有效值为 220V 的三相交流电源，采用应用非常广泛的三相全桥逆变电路，开关管采用六个 IGBT，三个单相逆变器的开关管驱动信号之间互差 ，三相输出电压 、 、 大小相等，基波互差 ，构成一个对称的120AvBC120三相交流电源。逆变器的负载选用三角形联结进行研究。2、设计思想：问题中的六个 IGBT 采用 MATLAB 里的六脉波触发器进行控制，使得每个开关管的导通角为 ，同一个桥臂的上、下两个开关管互补通、断，对每个桥臂按 导电方180 180式且相位上互差 进行驱动。22.3 设计结构框图图 1：三相全桥逆变电路设计结构框图2.4 三相全桥逆变的理论分析2.4.1 电压型三相全桥逆变电路的工作原理1、逆变器逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为 DC-AC 变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。12、三相全桥逆变电路三相全桥逆变电路要求直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为 120的交流电。负载输出三相逆变仿真电路的设计六脉 冲触发图 2：三相逆变主电路图 2是一种应用非常广泛的三相桥式逆变电路。如果以直流电源中间点 O为参考电位，该电路可以看做是由三个单相半桥逆变器组合而成的三相逆变器。同一桥臂的上、下两个开关管互补通、断。如 A相桥臂上臂 T1管导通时，下管 T4截止；T4 导通，T1 截止。每个桥臂按 导电方式且相位上互差 进行驱动，则在任何时刻都有三个开关管同时导180120通，导通顺序为 1、2、3 2、3、4 3、4、5 4、5、6 5、6、1 6、1、2，如此循环。3、三相星形负载图 3：三相星形负载逆变器的三相负载可按星形或三角形联结。当负载如图 3 所示的星形接法时，必须先求出负载的相电压 ，才能求出相应的逆变器输出的电流。ANV4、三相全桥逆变总电路图 4：三相全桥逆变总电路2.4.2 周期内，三相全桥逆变电路的定量电路分析6T模式一：第一个 周期期间， 、 、 有驱动信号分别使得开关管 5、6、1 导通。5T61由上图 4可知。三相桥的 A、C 两端接正端 P，而 B点接负端 Q。（a）模式一等效电路由上图（a） ，A 相和 C 相负载并联，等效电阻为 。在与 B 相负载 R 串联。由分压公2R式易知： ， 。3DNV32DBNV模式二：第二个 周期期间， 、 、 有驱动信号分别使得开关管 6、1、2 导通。6T61T由上图 4 可知，A 点接正端 P，B、C 接负端 Q。（b）模式二等效电路如上图（b）易知： ， 。32DANV3DCNBV模式三：第三个 周期期间， 、 、 有驱动信号分别使得开关管 1、2、3 导通。6T12T由上图 4 可知，三相桥的 A、 B两端接正端 P，而 C点接负端 Q。（c）模式三等效电路2.4.3 电路分析后得到的理论波形：1、六脉冲触发器应输出的理论波形2、对应模式下输出的线电压、相电压 线电压相电压3 SIMULINK 仿真调试分析3.1 三相逆变电路 SIMULINK 仿真调试分析3.1.1六脉波脉冲触发器的仿真参数设计3.1.1.1理论分析： 图 5：六