运用MATLAB对直流、交流电路的建模--毕业设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上1 绪论所谓逆变，就是与整流相反，把直流电转化成某一固定频率或可变频率的交流电（DCAC）的过程。逆变电路的应用非常广泛。在众所周知的各种电源中，化学能电源、太阳能电池等都是直流电源，当这些电源向交流负载供电时，就必须经过逆变电路，将其转换为所需频率的交流电【1】。逆变电路的另一主要应用就是变频，在这种应用中，变频器多采用简介变频方式，负载可以是感应加热设备、调速电机或其它形式的用电设备。随着电力半导体器件的发展，逆变电路的应用范围不断得以拓宽，它几乎渗透到国民经济的各个领域。利用全控器件组成逆变电路是今后发展的趋势，因为它具有功率密度高、性能好、体积小、重量轻等优点

2、，因而必然会再不同容量范围内取代晶闸管组成逆变电路，尤其是随着半导体执照技术的发展，由IGBT等新型电力电子器件在这一领域独领风骚的时代已经来临【2】。无源逆变在交流电机变频调速、感应加热、不间断电源等方面应用十分广泛，要求其输出功率大、谐波含量小、逆变效率高、性能稳定可靠。本文力用MATLABSimulink中电力系统仿真工具箱Simulink powersystems对逆变电路进行仿真，并通过仿真三相工频电源进行比较并得出结论。2 电压型三相桥式逆变电路2.1 电压型三相桥式逆变器的基本电路 如图2.1所示为电压型三相桥式逆变器的基本电路，在实际电路中直流侧一般只有一个直流电源，但为了分析

3、方便常将其看成两个电源串联而成,其间假象一个中点。图2.1 电压型三相桥式电路 由于逆变电路输入端施加的是直流电压源，所以，若功率开关器件采用晶闸管时，就必须添加某种形式的强迫换流电路。而采用GTO、 GTR 、IGBT 、MOSFET等全控器件时，则可利用则可利用驱动信号控制其导通与关断。图中与反相并联的续流二极管，其作用是为感性负载提供续流回路，避免功率器件承受过高的瞬态电压。本仿真采用IGBT作为开关器件【3】。2.2 IGBT驱动类型 本仿真采用的是180°导电型如图a。所谓的180°导电型，是指每个开关元件在每个周期内连续导通180°，关断时间也是180

4、°，同一相即同一半桥上、下两个桥臂交替导电，即换相是在同一桥臂的上、下两个开关之间进行的，也成纵向换相或纵向换流。每隔60°有一个元件发生换相，在任一瞬间总有三个桥臂参与导电【3】。2.3 电压型三相桥式电路的工作原理 由于换相是在同一桥臂的上、下两个桥臂中进行，为避免同一桥臂上上、下两个元件同时到点发生直通现象造成的短路，实际电路工作要按照先关断、后开通的原则进行。即先关断一个开关，隔一小段的延时后在开通另一开关，这段延时称为互锁时间或死区时间。死区时间的长短要视器件的开关速度决定，器件的开关速度越快，所留的死区时间就越短。为简化分析过程，再以下的分析中将这段死区时间忽略

5、。对电压型逆变器，其直流电源侧通常是并联一个大电容，但为了分析方便，在图a中，将电容器画成两个相串联的电容组成，主要是为了得到假象的直流电源中点O，下面分析其工作过程。由于本仿真采用的是180°导电方式，即驱动信号的脉冲宽度为180°的方波，六个开关元件的的驱动信号依次相差60°。假设在此驱动信号下各开关元件可以可靠的开通和关断，则驱动信号的施加顺序就是开关元件的导通顺序，逆变桥中三个桥臂的上部和下部开关元件以180°间隔交替开通和关断，即以60°的相位差依次开通和关断，其导通顺序依次为、 、.每隔60°有一组元件参与导电。当上桥臂或

6、下桥臂元件导电时，U、V、W三相相对于直流电源中点来说其输出为+或-，再逆变器输出端形成三相电压。逆变器的输出电压波与电路接法和导通型有关，不受负载影响，输出波形如下图2.2：图2.2 三相桥式逆变电路工作波形 对U相来说，当导通时， =，当导通时=-，因此的波形是宽度为180°、幅值为的正负对称矩形波。VW两项的输出与U相类似，输出电压也是由在同一相的上、下桥臂两个元件分别导电180°得到， 、的波形形状和相同，只是相位上依次相差120°， 、波形如上图（a）、（b）、（c）所示。负载线电压可有下列公式求出：= - （式2.1）=- （式2.2）=- （式2.3

7、）其波形如上图（d）所示，这些线电压可以直观的由波形图中的相电压波形叠加得出【4】。逆变电路的输出侧接有Y形连接的三相对称负载，负载的中点为N，则负载上相电压、可有等效电路分析得出，其波形如上图（e）所示，为一对称阶梯波。由于一个周期可以划分为六个阶段每个阶段参与导电的元件各不相同。所以其等效电路也有六种不同模式。再0180°的半个周期内的工作过程可以归纳为三个模式： 模式一 等效电路如下图2.3 图2.3 等效模式一在模式一中，、导通，根据基尔霍夫定律可知= (式2.4) =- (式2.5)=- (式2.6) 模式二 等效电路如图2.4：图2.4 等效模式二在模式二中，、导通，根据

8、基尔霍夫定律可知：= (式2.7)=- (式2.8)=- (式2.9) 模式三 等效电路如图2.5： 图2.5 等效模式三 在模式三中, 、 导通，同理可知： = (式2.10)= (式2.11)=- (式2.12)在180°360°的后半个周期内，等效电路与前三种模式相似，只需要把直流电源的极性反向，于是负载上得到各段相电压的极性恰恰与前述三种模式相反，即所得波形与前三种模式形状相同，方向相反【3】。负载的参数不同时，其阻抗角就不同，则负载电流的波形形状和相位就有所不同。但当负载参数一定时其负载抗角也就一定，于是便可以由每项负载电压的波形确定该项电流的波形。图2.2（g）

9、给出了电感性负载下<时的波形。桥臂1和桥臂4之间的换流过程好板桥电路相似，。上桥臂中的从通态转换到断态时，因负载电感中的电流不能突变，下桥臂4中的先导通续流，带负载电流降到0，桥臂4中电流反相时，才开始导通，。负载阻抗角越大，的导通时间就越长。的上升段即为桥臂1导电的区间，其中<0是为导通，>0时为导通；的下降段即为桥臂4导电的区间，其中>0时为导通，<0时为导通。、的波形和的形状相同，相位依次相差120°。三相电流的叠加就是直流电源提供电流，其波形如图2.2（h）所示，。可以看出每隔60°脉动一次，而直流侧电压是其本无脉动的，因此逆变器从电网

10、侧向直流侧传送的功率是脉动的，且脉动情况和的脉动情况大体相同。这也是电压型逆变器的一个特点。根据2.2（e）所示的波形，以U相为例，输出到负载的相电压的傅氏函数表达式为：=（sint+） =（sint+ ） (式2.13)式中n=6k1，k为自然数。负载相电压有效值为： =0.471 (式2.14)输出的基波幅值为： =0.637 (式2.15)输出基波电压有效值为： = = =0.45 (式2.16)输出线电压的傅氏级数表达式为：=） =+） (式2.17)式中n=6k1，k为自然数。有效值输出线电压为： = =0.816 (式2.18)其中输出线电压的基波幅值为： = = =1.11 (式

11、2.19)输出线电压的基波有效值为：= =0.78 (式2.20)【2】2.4 三相桥式逆变电源驱动电动机模型驱动电路图如图2.6 图2.6 三相桥式逆变电源下三相电机模型三相桥式逆变电路的一个应用就是就是在吧改变三相异步电机转子调速的情况下改变定子电流。当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在2：1以上的场合应

12、采用反馈控制以达到自动调节转速目的【5】。 调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。3 无源逆变原理3.1 逆变器分类 逆变器分类方法多种多样，以下是几种不同的分类方法。按照按照直流电源性质，可分为电压型逆变器和电流型逆变器两大类。逆变电路的直流侧是电压源的，属于电压型逆变器。电压型逆变器再直流侧接有储能电容器，用于稳定直流电压。直流侧是电流源的属于电流性逆变器。电流性逆变器在直流侧接有储能电感，用以稳定直流电源。 按照输出相数，可分为单相逆变电路好三相逆变电路。 按照输出波形，可分为正弦波逆变器和

13、非正弦波逆变器。 按照电路结构，可分为半桥式逆变电路、全桥式逆变电路好非桥式逆变电路。 按照使用的功率器件，可分为半控器件电路好全控器件电路【2】。3.2 器件换流方式 所谓换流（也称为换相）就是电流从一个导电支路转移到另一个导电支路的过程换流过程，就是使原来处于阻断状态的某个支路变为导通状态，而原来处于导通状态的某个支路变为阻断状态。对于全控型器件来说，这种状态的改变，只需要改变加在门极的驱动信号来实现即可。但是对于晶闸管这种半控型器件，虽然由短态到通态的转变只需通过改变加在门级的驱动信号即可实现，然而要使器件从通态转变为短态就不那么简单了。只能利用外部电路条件或采取以一定措施，使晶闸管的电

14、流为零后再施加一定时间的反向电压，才能使其可靠关断。可见，对于不同电力电子器件所组成的不同电力电子电路，其要求换流方式是不同的。电力电子电路中采用的换流方式有以下几种: 负载换流（Load Commutation） 利用负载自身提供换流电压的换流方式称为负载换流。采用负载换流时，要求负载电流的相位必须超前于负载电压的相位，即负载为电容性负载，且负载电流超前电压的时间应大于晶闸管的关断时间，才能实现负载换流。电网换流（Line Commutation）利用电网提供换流电压进行换流称为电网换流。在换流时，利用电网电压给欲关断的晶闸管施加一反向电压并保持一定时间，即可使其关断。这种换流方式主要适用于

15、半控型器件，而且不需要为换流添加任何器件。 .强迫换流（Forced Commutation）强迫换流是采用专门的换流电路，给欲关断的晶闸管施加反向电压或反向电流的换流方式。这种换流方式一般是利用预先储存有足够能量的换流电容器来实现，所以也称为电容换流。强迫换流又分为电压强迫换流和电流强迫换流两种。器件换流（Device Commutation）利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流。器件换流是换流方式中最简单的一种适用于各种由全控型器件组成的电力电子电路【1】。3.3 逆变器的工作原理图3.1所示为单相桥式逆变电路原理图。当开关S1、S4闭合S2、S3断开时负载电压为正;当开关S1、

16、S4断开，S2、S3闭合时，为负，如此交替进行下去，就在负载上得到了由直流电变化的交流电，的波形图如图2.2所示。输出交流电的频率与两组开关的切换频率成正比。这样就实现了直流电到交流电的逆变。图3.1 逆变电路原理图图3.2 逆变电路输出波形当负载Z为纯电阻型负载时，负载电流和电压的波形和相位完全相同，当负载为阻感性时，由于电感的作用，滞后于，其相位关系好的波形图如图3.2所示。设时刻之前S1、S4导通，和 均为正。在时刻断开S1、S4，同时合上S2、S3，则的极性立刻变为负。但是因为负载中电感的作用其电流的变化滞后于电压的变化，电流方向不变仍维持原有的方向继续流通。这时负载电流由负载有段流出

17、。经S3流入直流电源正极、由负极流出，再经S2流回到负载左端。实质上是将负载电感中储存的能量向直流电源反馈，负载电流因得不到能量补充而逐渐减小。，到时刻电感中的能量电感中的能量全部释放完毕，电流下降为零，之后在电源电压的作用下反相并逐渐增大。到时刻，S2、S3断开，S1、S4闭合，之后的情况与前诉类似。结果，在负载上就得到了正负交替变化的电压和电流，实现了直流电到交流电的逆变【6】。4 三相异步电机概述4.1 三相异步电机基本结构 （一）定子（静止部分）1、定子铁心 作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕 2、定子绕组 作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。 3、机座作用

18、：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。（二）转子（旋转部分）1磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。、三相异步电动机的转子铁心 作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。2、三相异步电动机的转子绕组 作用：切割定子旋转4.2 工作原理的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。三相异步电机是感应电机，通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分

19、产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场。通电启动后，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，即旋转与存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁，使转子转起来，实现能量变换【8】。5 IGBT5.1 IGBT剖面结构 IGBT的结构剖面图如图5.1所示。它在结构上类似于MOSFET ，其不同点在于IGBT是在N沟道功率MOSFET 的N+基板（漏极）上增加了一个P+ 基板（IGBT 的集电极），形成PN结j1 ，并由此引出漏极、栅极和源极则完全与MOSFET相似。 IGBT相当于一个由MOSFET驱动的厚基区GTR ，其简化等效电路如图3所示。图中Rdr是厚基区GTR的扩展电阻。IGBT

20、是以GTR 为主导件、MOSFET 为驱动件的复合结构。图5.1 IBGT剖面图5.2 IGBT基本结构及符号IGBT是电力电子电路中应用十分广泛的元件之一IGBT导通时象一个三极管，工作时的电流密度很高，可通过电压控制，这个特性使得不仅可以通过栅级关断IGBT，而且还可以用来控制集电极电流。使得IGBT不仅具有与MOSFET一样的高的输出阻抗，而且象GTR一样，在输出很大的工作电流时，仍具有较小的压降。IGBT的等效电路如图5.2所示，可以看出，IGBT是以GTR为主导元件，MOSFET为驱动元件的达林顿电路结构的复合器件。N沟道IGBT的图形符号有两种.实际应用时，常使用图5.3所示的符号

21、。对于P沟道，图形符号中的箭头方向恰好相反。 图5.2 IGBT简化等效电路 图5.3 N-IGBT的图形符号5.3 IGBT驱动原理IGBT 的开通和关断是由栅极电压来控制的。当栅极加正电压时，MOSFET 内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通，此时，从P+区注到N一区进行电导调制，减少N一区的电阻 Rdr值，使高耐压的 IGBT 也具有低的通态压降。在栅极上加负电压时，MOSFET 内的沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT 即关断。 正是由于 IGBT 是在N 沟道 MOSFET 的 N+ 基板上加一层 P+ 基板，形成了四层结构，由PNPNPN晶体管构

22、成 IGBT 。但是，NPN晶体管和发射极由于铝电极短路，设计时尽可能使NPN不起作用。所以说， IGBT 的基本工作与NPN晶体管无关，可以认为是将 N 沟道 MOSFET 作为输入极，PNP晶体管作为输出极的单向达林顿管。 采取这样的结构可在 N一层作电导率调制，提高电流密度。这是因 为从 P+ 基板经过 N+ 层向高电阻的 N一层注入少量载流子的结果。 IGBT 的设计是通过 PNPNPN 晶体管的连接形成晶闸管。5.4 IGBT模块的术语及其特性术语说明表5.1术语符号定义及说明（测定条件参改说明书）集电极、发射极间电压 VCES 栅极、发射极间短路时的集电极，发射极间的最大电压 栅极

23、发极间电压 VGES 集电极、发射极间短路时的栅极，发射极间最大电压 集电极电流 IC 集电极所允许的最大直流电流 耗散功率PC 单个IGBT所允许的最大耗散功率 续表5.1结温 Tj 元件连续工作时芯片温厦 关断电流 ICES 栅极、发射极间短路，在集电极、发射极间加上指定的电压时的集电极电流。漏电流 IGES 集电极、发射极间短路，在栅极、集电极间加上指定的电压时的栅极漏电流 饱和压降V CE(sat) 在指定的集电极电流和栅极电压的情况下，集电极、发射极间的电压。输入电容 Clss 集电极、发射极间处于交流短路状态，在栅极、发射极间及集电极、发射极间加上指定电压时，栅极、发射极间的电容

24、5.5 IGBT的的静态工作特性 IGBT的静态工作特征主要有传输特性与转移性，其传输特性如图5.4所示，传输特性表达了集电极电流IC与集电极发射极间电压Uce之间的关系，可分为饱和区、放大区及击穿区，饱和导通时管压降比PMOSFET低得多，一般为25V，IGBT传输特性的特点是集电极电流Ic由栅级电压Ug控制，Ug越大Ic越大，在发射极电压作用下，器件呈反向阻断特性，一般只流过微小的反向漏电流。图5.4 IGBT传输特性曲线 IGBT的转移特性表示了栅级电压Ug对集电极电流Ic的控制关系。在大部分范围内，Ic与Ug呈线性关系，只有当Ug略大于开启电压Ug(th)时才呈现非线性关系，这时Ic变

25、得很小，当Ug<Ug(th)时，Ic=0，IGBT处于关断状态，由于Ug对Ic有控制作用，故最大栅级电压应受最大集电极电流Icm的限制，其最佳值为15V。5.6 IGBT的动态工作特性 动态特性主要是指与开通和关断两过程有关的特性，如电流、电压与时间的关系，其特性主要由MOSFET结构决定。并与负载的性质有关。IGBT的动态特性与其自身结构中的寄生电容密切相关，在研究其动态特性时不能使用静特性的等效电流图，应将结构中的寄生电容考虑在内，所采用的等效电路如图313所示，IGBT的栅极和源极之间有一个栅电容Cgs，栅极和漏极之间也存在栅和PN结串联而成的电容Cdg，漏源之间存在结电容Cds。

26、一般的，有Cgs>>Cdg。IGBT的开通与关断受上述几个电容，尤其是Cgs与Cdg的影响相当大。在IGBT开通过程中，vge由负向电压向正的方向变化，这时栅电容充电，引起栅源极图313 IGBT的动态等效电路图吉林大学硕士学位论文之间电压的变化，从而驱动IGBT工作；在IGBT关断的过程中，其工作过程正好相反，但由于IGBT是少子载流器件，在其关断过程中存在少子复合，所以其关断过程会存在一拖尾电流。在IGBT的使用过程中，值得注意的是，当在DS之间加电压时，通过Cdg和Cgs有一个位移电流ir，它主由Cdg而定，即： （式5.1） 这个位移电流会给栅电容Cgs充电。当大到一定值并

27、持续一定时间时，Cgs两端因积累电荷而产生的电压会达到并超过IGBT的栅极开启电压，而使IGBT导通， (式5.2)即IGBT两端的电压变化时，会通过寄生电容感应一栅极电流，改变栅极电压，进而影响IGBT的门极驱动，如果处理不当，会造成IGBT的损坏。从以上原理分析可知，IGBT卡作为一种理想的开关元件【13】。6. MATLAB6.1 MATLAB简介 MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业，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，主要包括MATLAB和两大部分【14】。MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，

28、和、并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在方面首屈一指。MATLAB可以进行运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、金融建模设计与分析等领域。6.2 MATLAB发展历程 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【15】.6.3

29、 MATLAB应用 MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作： 数值分析 数值和符号计算 工程与科学绘图 控制系统的设计与仿真 数字图像处理 数字信号处理 通讯系统设计与仿真 财务与金融工程 MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用 MATLAB 函数集）扩展了 MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。本仿真实验用MATLABSimulink中电力系统仿真工具箱Simulink powersystems对逆变电路进行仿真【15】。 6.4 Matlab/Sim

30、ulink仿真工具1990年MathWorks软件公司为Matlab提供了新的控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink。作为对Matlab语言运算环境的扩展，在保持Matlab的一般性能基础上，Simulink又增加了许多功能。它与Matlab及其工具箱结合使用，可以完全对连续系统、离散系统、连续和离散混合系统的动态性能进行仿真与分析。Simulink与传统的仿真软件包用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提供了8个子模型库:Continuous(持续环节)、Diserete(离散系统)、Funetion&Tables(函数及图表)、Math

31、(数学计算)、Nonlinear(非线形环节)、Signals&system(信号及系统)、Sink(输出方式)、50盯。e(输入源)。在以上每个子模型库中还包含有相应的功能模块，如Source子模块中包含有sinewave(正弦波)、pulseGenerator(脉冲信号)、Step(阶跃信号)等，Sink子模块中包含有scope(示波器)、Toworkspaee(传送到工作空l旬)、xyGraph(Xy图表)等。Simulink提供了动态系统建模、分析和仿真的交互环境，能够实现交互建模、交互仿真，并允许用户扩展仿真环境等功能。Simulink的专用模型库(B10cksets)提供了

32、一些专用元件集，使得Simulink的功能进一步扩展。交互建模Simulink提供了采用鼠标拖放的方法建立系统框图模型的图形交互界面。Simulink在子模型块中提供了大量的功能模块，用户在建模时只需使用鼠标将功能模块拖放到模型编辑窗口，并将它们连接起来，就可以快速地建立动态系统仿真模型【15】。7 建模仿真7.1 对电压型三相桥式逆变电路接电阻性负载的建模仿真(1) 在MATLAB 命令窗口下建立一个新的模型窗口,命名为jmfz ; (2) 打开电源模块组,复制直流电压源到jmfz模型中，重命名为。打开对话框进行参数设置，如图7.1：打开对话框进行参数设置如图7.2:图7.2 IGBT V1

33、的参数设置(3) 打开连接模块组，复制六个T型接头,分别与六个IGBT管连接。(4) 打开输入模块组，复制六个脉冲发生器模块到jmfz模型中，依次命名为Pulse 1、Pulse 2、Pulse 3、Pulse 4、Pulse 5、Pulse 6，由于本建模采用的是180°导电方式，在参数设置中Pulse 1 Pulse 6的幅值、周期和占空比都相同，只是相位延迟依次相差0.0033s，Pulse 1参数设置如图7.3：图7.1电压源参数设置 （3）打开电力电子模块组,复制六个IGBT模块，分别命名、图7.3触发器Pulse 1的参数设置 （5）打开元件模块组,复制三个串联RLC 元

34、件模块到jmfz 模型中作为负载,分别命名为R1、R2、R3。三个串联RLC 元件模块参数设置相同，R1的参数设置如图7.4：图7.4电阻R1的参数设置(6）打开电力电子模块组,复制六个二极管模块到jmfz模块中，依次命名为D1、D2、D3、D4、D5、D6,六个二极管参数设置相同，D1的参数设置如下图7.5：图7.5二极管的参数设置(7）打开测量模块组,分别复制两个电压测量模块到jmfz模型中，分别命名ScopeU、ScopeUV,用来测量三相负载的相电压和线电压。另复制两个示波器,显示U相相电压和UV线电压。、(8） 通过信号线的适当连接后,得到下图7.6 所示的电压型三相逆变电路的仿真模

35、型。图7.6 三相逆变电路仿真电路图(9)在模型jhfz工具栏上点击Simulation设置输出波形起始时间一级，扫描步长，参数设置如图7.7所示【16】【17】：图7.7 仿真步长参数设置(10)点击仿真示波器，并导出仿真图形如下7.8、7.9所示：图7.8 电压型三相桥式逆变电路的相电压输出波形图7.9 电压型三相桥式逆变电路的线电压输出波形7.2 对三相异步电机的建模比较7.2.1 在三相桥式逆变电源下对电动机的建模仿真应用Matlab/Simulink对系统进行仿真,电机类型选为鼠笼机,额定功率PN=12kW,额定频率fN=60Hz,N=0. 95Wb,Rs=0. 168 91,Rr=

36、0. 139 73,Ls=0. 02877 H,Lm=0. 027 77 H,Lr=0. 028 9H,np=2,J=0. 134 9 kg·m2。三相逆变器开关器件采用IGBT,反并联反馈二极管, IGBT的缓冲电阻R=10 k,缓冲电容Cs=103F。控制系统参数:*s=0. 95Wb,速度给定为120 rad/s,负载转矩给定Tm=30N·m,转矩限幅值为80N·m,PI调节器的比例系数Kp=50,积分系数Ki=130,直流侧电压Udc=600 V。【18】设定数据后导出波形如图7.11、7.12所示：图7.11 三相桥式逆变电源下三相异步电机定子电流图7.

37、12 三相桥式逆变电源下三相异步电机转子转速7.2.2 在三相工频电源下对三相电机的建模仿真【19】【20】参数如上所述，现直接导出仿真波形如下7.13、7.14所示：图7.13 三相工频正弦波电源下定子电流图7.14 三相工频正弦波电源下转子转速8 分析及结论从以上波形图中可看出，星形负载上的相电压波形是180°正负对称的阶梯波。三相负载电压相位相差120°，而负载线电压为120°对称的矩形波。图7.13 是利用三相工频正弦波电源带三相异步电动机启动过程中定子电流的变化规律，而图7.11 是采用电压型三相桥式逆变电源的情况。通过对两图的比较发现，电动机在启动过程

38、中定子电流的变化规律相似，不同的是达到平稳运行后，三相桥式逆变电路由于其电压输出波形中含有谐波分量，因此其电流波动较大。图7.14和图7.12分别是三相工频正弦波电源和逆变电源下电动机启动过程的转速变化图。从这两个图上分析，二者在转速变化规律上基本一致，电动机平稳运行后，转速都不再产生波动，而且转速上升也都比较平稳，这也说明逆变电源带电动机运行对转速影响不大。通过仿真研究，三相桥式逆变电源输出波形为按正弦波变化的矩形波，含有一定谐波分量，这些谐波分量对对电动机定子电流产生较大影响，而对转速基本没有影响。 参 考 文 献1王兆安,黄俊. 电力电子技术M . 北京:机械工业出版社,2004.2 周

39、渊深. 电力电子与MATLAB 仿真M . 北京:中国电力出版社,2004.3 王远，模拟电子技术 .机械工业出版社，2006.8.4 王兆安，黄俊。电力电子技术（第4版）.机械工业出版社，2001.6 5葛跃田 徐春霞，MATLAB在三相桥式逆变电路仿真中的应用. 机械工业出版社，2008.6.6 张志涌. 精通MATLAB 6. 5 版M . 北京:北京航空航天大学出版社,2003.7 华亮,沈申生.Matlab/ Simulink 在单相交流调压电路仿真中的应用J . 电力学报,2005 ,20.8 顾绳谷主编.电机及拖动基础.机械工业出版社，19949 朱晓东,高继贤. SIMULINK在电力电子中的应用J . 东北电力学院学报,2005 ,24.10 张宝生, 王念春.MATLAB 在电力电子教学中的应用J . 电气电子教学学报,2004 ,2