逆变电路的Matlab仿真研究 开题报告.doc

本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。毕业设计开题报告题 目： 逆变电路的Matlab仿真研究 学生姓名： 郑红霞 学 号：0080801315 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 郭英军（副教授） 2012年03月20日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年2月26日”或“2004-02-26”。本文档系作者精心整理编辑，如有需要，可查看作者文库其他文档。本文档系作者精心整理编辑，实用价值高。1.文献综述1.1本课题的意义电能在现代社会的生产和生活中有着广泛的应用，我们的社会一刻也离不开电，电能应用的方式多种多样，既可以直接应用又可以间接应用，又可以转化应用还可以存储后携带移动应用。从能量的转换的角度而言，电能既可以转化成许多其他形式的能而为人们所利用：比如机械能、热能、光能、化学能等。对于当今社会，任何时候与任何地方都离不开电。一旦离开了电，人们将无法正常工作甚至无法正常生活。逆变，是对电能进行变换和控制的一种基本形式1，小型风力发电系统的使用日益广泛，逆变技术在风力发电系统中是一个极其关键的技术，它承担着将直流电调制成稳压稳频的交流电直接供给负载的任务。而现代逆变技术综合了现代电力电子器件的应用、现代功率变换、模拟和数字电子技术、PWM技术、频率及相位控制技术等一门实用技术，已被广泛的用于工业和民用领域中的各种功率变换系统和装置中。近年来，关于电力变换、电动机调速、不间断电源、逆变弧焊电源等各种系统都是逆变技术的应用领域，对于从事电力电子技术研究的工作人员来说，全面掌握现代逆变技术的系统知识就能容易的从事电力电子各方面的设计和研究工作。由于功率半导体元件的进步、微机处理机的快速发展以及现代控制理论的应用，使得逆变技术在现代工程领域中已经占有相当重要的地位。由于逆变领域的产品都是高频大功率的产品，这些相关领域的研究、制作与测试，对实验室的实验设备来说是一种重大的考验。因此使用一种仿真软件是十分重要的。MATLAB是当今世界上最优秀的高性能数值计算软件。MATLAB强大的计算功能，丰富方便的图形功能，适用范围广；编程效率特高，扩充能力强；语句简单，易学易用；功能齐备的电工技术与自动控制软件包等优点使其变为逆变技术计算与仿真的强有力的工具8。使用MATLAB对逆变电路进行仿真优点及好处基本如下：首先，由于电力电子所固有的非线性特性，使得电力电子电路及系统的分析困难，现代计算机仿真技术在计算机平台上模仿实际的物理系统为电力电子电路及系统的分析提供了有效地方法，大大简化了电力电子和传动系统的分析和设计过程，成为相关专业和和工程技术人员学习和研究电力电子技术的重要手段12。计算机仿真需要用数学模型代替实际的电力电子装置，通过数学方法求解数学方程，获得电力电子电路及系统中各状态变量的运动规律。但是，复杂的数学建模、数值计算及编程过程任然需要耗费巨大的工作量，阻碍了计算机技术在工程中的应用。为此，出现了MATLAB等适用于电力电子电路及系统仿真的专用仿真软件。这些软件将各种子功能程序模块化，提供了完善的部件模型，用户只需用简单的操作便可完成给定系统的仿真模型，是工程技术人员在科研和开发过程中的必备工具。其次，对于教师的教学工作，电力相关学科的学习比较抽象，学习过程也就相当乏味，而一般学校的实验室设备难于满足实体试验进而观察现象、记录数据，这给教师的教学工作造成很大困难。而MATLAB软件真好解决了这一问题，在节约实验室经费的同时又提高了学生接受新知识的效率。Simulink中的电力系统仿真模块集( SimPowerSystems)的使用大大提高了设计效率、缩短了设计周期。Matlab/ Simulink提供的电力电子电路系统建模与仿真工具为电力电子技术的研究与应用提供了较为理想的工具15。1.2 相关技术及发展状况现代逆变技术是研究现代逆变电路的理论和应用设计方法的一门学科。这门学科是建立在工业电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、现代电力电子技术、半导体变流技术、脉宽调制技术、磁性材料等学科基础上的一门实用技术。现代逆变技术主要包括三部分内容：半导体功率集成器件及其应用、功率变换电路和逆变控制技术。逆变的目的是为了获得不同的稳定或变化形式的电能。在现代逆变技术的应用领域中，许多用电设备和系统都有一个发展的过程。由磁放大式到硅二极管整流式，再到可控硅（晶闸管）整流式，直至发展到逆变式（或者叫开关式），这不仅是因为现代电力电子技术的发展为逆变技术的采用提供了必要的条件，更重要的还是采用逆变技术有很多优越性。首先逆变电路能够灵活的输出电压和电流的幅度和频率。其次能够将蓄电池中的直流电转化成交流电。然后，可以明显的减小用电设备的体积和重量。最后逆变电路动态响应快，控制性能好，电气性能指标好，保护快，高效节能。随着电力电子技术的飞速发展和各行各业对电气设备控制性能要求的提高平，逆变技术在很多领域应用越来越广泛，其中主要包括交流电动机调速，电动机制动再生能量回馈，不间断电源系统，感应加热，弧焊电源，通信开关电源，变频电源，风力发电，直流输电，磁悬浮列车，通用型直流电源变换器等等多个方面。基于此研究逆变电路的工作迫在眉睫 ，而MATLAB仿真是研究逆变技术的高效使用的软件，掌握MATLAB软件的应用也显得尤其重要。MATLAB程序设计语言是美国MathWorks公司于20世纪八十年代中期推出的高性能数值计算软件。早期的MATLAB软件主要用于数值计算及控制系统的仿真和分析，该经过二十几年的开发、扩充、不断完善与更新换代，MATLAB已经发展成适合多学科、功能特强、特全的大型软件，2005年8月已推出MATLAB7.1版，2007年8月推出MATLAB7.5版。在国内外MATLAB已经经受了多年考验。MATLAB已经成为线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号分析与处理、动态系统仿真等各种课程的基本数学工具。MATLAB的主要特点有：(1)MATLAB直观、简单的电气系统SimPowerSystems(实体图形化仿真模型)，在MATLAB的Simulink里，提供了一个实体图形化仿真模型库，与数学模型库相对应。(2)功能强大，适用范围广，MATLAB可用于线性代数里的向量、数组、矩阵运算，复数运算，高次方程求根，差值与数值微商运算，常微分方程的数值积分运算、数值逼近、最优化方法等，即差不多所有科学研究与工程技术应用需要的各方面的运算，均可用MATLAB来实现。(3)编程效率高，MATLAB提供了丰富的库函数（称为M文件），既有常用的基本库函数，又有种类齐全的、功能丰富多样的专用工具箱Toolbox工具箱编程时可以直接调用，无疑，这会大大提高编程的效率。(4)界面友好，用户使用方便，(5)扩充能力强，用户可以根据个人需要，自行建立或扩充完成指定功能的M文件（即新的库函数）。(6)语句简单内容丰富(7)强大方便的图形功能(8)MATLAB的活笔记本功能总之，随着逆变技术在各领域的扩张，与MATLAB程序语言的应用的联系也愈加紧密，二者的发展相互促进，MATLAB语言已经成为逆变技术的研究和学习中不可缺少的一部分。参考文献1 王兆安,黄俊.电力电子技术.北京：机械工业出版社，1997.2 刘凤军.多电平逆变技术及其应用.北京:机械工业出版社,2007.3 陈坚.电力电子学.北京:高等教育出版社,2004.4 林渭勋.现代电力电子技术.北京:机械工业出版社,2006.5 陈怀琛.MATLAB及其在理工科程中的应用指南.西安:西安电子科技大学出版社,2000.6 黄忠霖.电力电子技术的MATLAB实践.北京:国防工业出版社,2008.7 黄忠霖.MATLAB符号运算及其应用.北京:国防工业出版社,2007.8 黄忠霖. 电工学的MATLAB仿真.北京: 国防工业出版社,2010.9 朱桂萍,陈建业.电力电子电路的计算机仿真.北京:清华大学出版社.2008.10 李爱文,张承慧.现代逆变技术及其应用.北京:科学出版社.2000.11 林飞,杜欣.电力电子应用技术的MATLAB仿真.北京:中国电力出版社.2009.12 张志勇.精通MATLAB6.5版.北京：北京航空航天大学出版社.2003.13 周渊深.电力电子与MATLAB仿真.北京：中国电力出版社.2004.14 华亮，沈申生。Matlab/Simulink在单相交流调压电路仿真中的应用.电力学报.2005,(20)：350352.15朱晓东，高继贤.SIMULINK在电力力电子中的应用.东北电力学院报.2005,(24):8589.16张宝生，王念春.MATLAB在电力电子教学中的应用.电气电子教学学报.2004,(26):102104.17 Milipitas. Power Electrics Technology,2009.(8):101318 Liu Guangpu, Gao Yuchun. The Application of MATLAB in Communication Theory. SciVerse ScienceDirect,2012,29:321-324. 19 蔡光军，罗慧谦.有源逆变电路的MATLAB仿真分析.电工文摘.2010,(3): 2022. 20 葛跃田，徐春霞.MATLAB在三相桥式逆变电路仿真中的应用.中国科技信息.2008,(14):170171 21 张全柱，黄成玉，邓永红.逆变器用IGBT吸收电路的MATLAB仿真研究.电气传动自动化.2009，(6):2731 22 王辉，胡氢.基于MATLAB/Simulink有源逆变电路的仿真.平顶山工学院学报.2008，(1)：1315 23 邬大雷.基于MATLAB/Simulink的正弦波有源逆变电路的仿真研究.信息系统工程.2010，（6）：3536本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径：2.1 课题要求本课题要求学生利用所学电力电子技术、Matlab仿真软件，完成单相、三相逆变电路的仿真研究工作。通过本课题设计，使学生能够进一步理解逆变电路的工作原理；锻炼学生利用Matlab仿真工具进行电力电子电路分析及设计的实践能力。通过综合运用所学专业知识，完成本课题的设计任务，使学生初步具备利用专用工具对电力电子电路或装置进行仿真研究的能力。2.2 拟采用的研究手段及途径 单相、三相逆变电路虽然复杂程度不同，具体实现电路不同，但是在MATLAB仿真过程中实现途径大相径庭，基于参考文献，其实现框图如图1所示：结束建立仿真模型设置模块参数结果分析不合理正确图1 逆变仿真实现框图以单相方波逆变电路为例，其仿真步骤如下：第一步建立主电路的仿真模型。在Simpowersystems的Electrical Sources库中选择直流电压源模块；然后在Power Electronics库中选择四个IGBT/Diode模块，组成全桥电路；在Elements库中选择串联RLC支路模块，；按照如图所示将各模块相连接，就完成了单相全桥方波年变电路的主电路部分。第二步构造控制部分。在Simulink的Sources库中选择Pulse Generator模块，并设置幅值、周期、占空比。第三步完成波形观测及分析部分。在串联RLC支路模块的对话框最下方选中测量电压和电流，再利用measurements库中的Multimeter模块即可观察逆变器的输出电压、电流。第四步分析仿真结果。设置仿真时间仿真算法以及绝对误差，运行后即可得到仿真结果。指导教师意见：该同学根据任务书要求，通过查阅相关文献资料，首先阐述了利用Matlab仿真软件对逆变电路进行仿真研究的重要现实意义，然后对Matlab仿真软件在相关专业领域中的应用现状进行了综述。论述结合所设计课题，条理清楚，格式符合规范要求。本课题要求学生通过查阅参