基于Matlab的单相双极性spwm逆变电路仿真报告

基于Matlab的单相双极性spwm逆变电路仿真报告
基于Matlab的单相双极性spwm逆变电路仿真报告

单相双极性SPWM桥式逆变电路实验报告

学院:电气与电子工程班级:xxxxx 姓名:xx

一、理论介绍

SPWM控制技术是逆变电路中应用最为广泛的PWM型逆变电路技术。对SPWM型逆变电路进行分析,首先建立了逆变器控制所需的电路模型,采用IGBT作为开关器件,并对单相桥式电压型逆变电路和SPWM控制电路的工作原理进行了分析,运用MATLAB中的SIMULINK 模块对电路进行了仿真,给出了最终仿真波形。SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.

前面提到的采样控制理论中的一个重要结论:

冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同. (此处采用等面积法)

SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值.

二、主电路设计分析

根据设计要求,采用单相全桥PWM逆变电路,工作方式为单极性PWM方式,开关器件选用IGBT,直流电源电压为200V,电阻电感负载。设计主电路图如图一所示。

图一单相桥式PWM逆变电路

分析:

a、主电路

采用IGBT作为开关器件的单相桥式电压型逆变电路。采用负载

为阻感负载,工作时V1和V2的通断状态互补,V3和V4的通断状

态也互补。在输出电压u0的正半周,让V1保持通态,V2保持断态,

V3和V4交替通断。

当uco>utri,且-uco

源Ud经过VTA+、负载和VTB-构成电流回路,uo=-Ud,电流上升;

当uco

电流不能突变,因此负载电流经VDA-和VTB-续流,使VTA-不能导通,uo=0,同时电流下降;

当uco>utri,且-uco

电源Ud经过VTA+、负载和VTB-构成电流回路,uo=-Ud,电流上升;

当-uco>utri,使VTB-断开,触发VTB+,由于是感性负载,电

流不能突变,因此负载电流经VTA+和VDB+续流,使VTB+不能导通,uo=0,同时电流下降;直至下一个周期触发VTA+和VTB-导通。由此循环往复周期性的工作。

b、调制电路的产生控制原理

根据面积等效原理,可产生双极性PWM波

图二双极性PWM控制方式波形

双极性PWM控制方式:在ur的半个周期内,三角波载波有正有负,所得PWM波也有正有负,其幅值只有±Ud两种电平。同样在调

制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制器件的通断。ur正负半周,对各开关器件的控制规律相同。当ur >uc时,给V1和V4导通信号,给V2和V3关断信号。如io>0,V1和V4通,如io<0,VD1和VD4通, uo=Ud 。当ur

信号。如io<0,V2和V3通,如io>0,VD2和VD3通,uo=-Ud 。这

样就得到图二所示的双极性的SPWM波形。

三、仿真模型的建立及各模块参数设置

t 3.1、双极性PWM控制发生电路模型图如图a所示。

图a 双极性PWM逆变器触发脉冲发生电路为了得到PWM输出电压,可以采用将期望输出的电压波形(称为调制波)与载波信号(通常为三角波或锯齿波)相比较,即用调制波对载波进行调制,然后用比较产生的信号去控制电力电子器件的开通与关断,可以得到所需的PWM控制发生电路。

参数设置如下:

3.2、负载参数及IGBT参数设置

3.3、仿真模块参数设置

四、仿真结果分析

双极性PWM方式,直流电压200V,电阻负载,电阻10欧姆,电感10mH

a、载波频率fc=500HZ,调制信号频率fr=50HZ。将调制度ma设置为

0.5(Asin=100v,Ac=200v).

仿真图见附图:图一单相双极性SPWM桥式逆变电路仿真

b、双极性PWM方式下的单相桥式逆变电路仿真,fc=2000HZ,fr=50HZ,m=0.5.

c、双极性PWM方式下的单相桥式逆变电路仿真,fc=2000HZ,fr=50HZ,m=0.8

c、双极性PWM方式下的单相桥式逆变电路仿真,fc=500HZ,fr=50HZ,m=0.8

由上图结果分析可得:改变调制比m和载波比N,可改变输出电压和电流的谐波分量,如增大m和n有可能有效减小输出电压和电流的谐波分量。

六心得总结

本次实验要掌握的知识面较多,遇到的小问题也很多,不断在操作过程中发现漏洞,查找很多的资料,很欣慰最后问题大部分都可以解决。

通过对单相双极性SPWM逆变的计算机仿真,让我初步掌握FFT分析的基本做法,熟悉了Simulink工作环境,基本操作,仿真模型,仿真模型的子系统,重要模块库,加深了对电路原理的理解以及绘图技能。

不过此次实验做得是单相双极性的逆变,相对于单极性及三相逆变来说是最简单的一个,相信做好这步是走好下步的基础。希望在以后的学习,自己能继续前进。

附主仿真图及程序代码:subplot(4,1,1)

plot(A.time,A.signals(1).values)

hold on

subplot(4,1,1)

plot(A.time,A.signals(2).values)

subplot(4,1,2)

plot(A.time,A.signals(3).values)

subplot(4,1,3)

plot(A.time,A.signals(4).values)

subplot(4,1,4)

plot(A.time,A.signals(5).values)

hold on

subplot(4,1,4)

plot(A.time,A.signals(2).values)

单相半桥无源逆变器设计

电气与电子信息工程学院计算机控制课程设计

单相半桥无源逆变电路设计设计题目:(专升本)班专业班级:电气工程及其自动化2010 学号: 2 勇姓名:朱 组人:严康孙希凯同黄松柏指导教师:南光群 2011/11/21 设计时间:2011/11/13~ 电力电子室设计地点:课程设计成绩评定表电力电子 学勇 2 姓名朱单相半桥无源逆变电路设计课程设计题 26 / 1

26 / 2 指导教师签字: 日20 12 月2011年 《电力电子课程设计》课程设计任务书 1学期2012 学年第~2011 2010电气工程及其自动化勇专业班级学生姓名:朱

专升本 工作部门:电气学院电气自动化教指导教师:南光群、黄松柏研室 一、课程设计题目: 单相桥式晶闸管整流电路设计1. 2. 三相半波晶闸管整流电路设计 3. 三相桥式晶闸管整流电路设计降压斩波电路设计 4. 升压斩波电路设计5. 单相半桥无源逆变电路设计6. 7. 单相桥式无源逆变电路设计单相交流调压电路设计8. 逆变器设计SPWM9. 三相桥式26 / 3 二、课程设计内容 1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件,能独立而正确地进行方案论证和电路设计,要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整; 2. 学会查阅有关参考资料和手册,并能正确选择有关元器件和参数; 3. 编写设计说明书,参考毕业设计论文格式撰写设计报告(5000字以上)。

注:详细要求和技术指标见附录。 三、进度安排 1.时间安排 .执行要求2电力电子课程设计共9个选题,每组不得超过6人,要求学生在教师的指导下,独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计(包括计算和器件选型)。严禁抄袭,严禁两篇设计报告基本相同,甚至完全一样。 四、基本要求 (1)参考毕业设计论文要求的格式书写,所有的内容一律打印;

半桥逆变电路工作原理的分析

电子镇流器中半桥逆变电路工作原理的分析 陈传虞 引言 半桥逆变电路是电子镇流器和电子节能灯中最常用也是最基本的电路,正确地理解它的工作原理,将有助于我们合理地选择元器件如磁环变压器、扼流电感、启动电容等元件的参数,正确地安排三极管的驱动电路,以降低它的功耗与热量,提高整灯的可靠性。遗憾地是过去受观测仪器(如示波器)和测试手段的局限,我们无法观测到电路中关键点如三极管各个电极电流的正确波形(如文献4的电流i B 、i c 的起始波形就是错误的),因而无法作出符合实际情况的定量分析和判断,以至形成一些错误的概念。最近看到深爱公司叶文浩先生发表在中国照明电器(刊载于04年11、12期)的文章,受到不少启发,到欧普照明公司后,利用比较先进的示波器TDS5000,对电路关键点的电流和电压波形,进行了仔细的测试,感到认识上有所提高,澄清了过去不少胡塗概念,特撰写本文,抛砖引玉,与叶先生商榷,并就教于国内方家。 首先讨论半桥逆变电路的工原理,尽管这个电路是众所周知的,但人们对它的理解却并不十分正确,存在一些错误观念。因此,本文拟对它作较为仔细的探讨。讨论时以图1所示的基本电路作为讨论的出发点,后面所引用的元件名称及符号,均按图1所给出的为准。为支持和验证所提出的观点,文中給出了许多用示波器实际观测到的波形。 图1、半桥逆变电路的基本形式 一. 三极管如何由导通变为截止(以VT 2为例) 不论是用触发管DB 3还是由基极偏置电阻产生基极电流i B2(后者用在基极回路中带电容的半桥逆变电路中),两种触发方式中的哪一种,在接通电源后,都会由于i B2的出现而产生VT 2的集电极电流i c2,通过磁环变压器的正反馈,引起电压v BE2上升, i B2进一步增加, i c2也随之增加。出现以下的连锁反应: 2b i ↑ 2C i ↑ 2b ↑ 这种再生反馈的结果,产生了雪崩效应,三极管迅速导通并饱和(在半桥逆变电路正常工作期间, 三极管VT 1或VT 2如何由截止变成导通的原因,我们将在后面文章中加以讨论)。导通后的三极管可以看成闭合的开关,三极管的电流i c2不再受基极电流i B2控制,而仅由外电路元件的参数来确定。 在三极管开始导通的一段时间内,i c2增加,通过磁环变压器绕组间的正反馈使磁环绕组N 2上的感应电动势增加,v BE2及 i B2均增加,由图2知,i B2同磁环绕组N 2上的电压v N2触发 电流 通过T r N 3与N 2

单相半桥逆变电路

目录 摘要 (1) 第一章系统方案设计及原理 (2) 1.1、系统方案 (2) 1.2、系统工作原理 (2) 1.2.1、逆变电路的基本工作原理 (2) 1.2.2、单相半桥阻感负载逆变电路 (3) 1.2.3、单相半桥纯电阻负载逆变电路 (4) 1.3、IGBT的结构特点和工作原理 (4) 1.3.1、IGBT的结构特点 (4) 1.3.2、IGBT对驱动电路的要求 (6) 第二章硬件电路设计与参数计算 (7) 2.1、系统硬件连接 (7) 2.1.1、单相半桥无源逆变主电路如图下所示 (7) 2.2、整流电路设计方案 (8) 2.2.1、整流变压器的参数运算 (8) 2.2.2、整流变压器元件选择 (9) 2.2.3、整流电路保护元件的选用 (9) 2.3、驱动电路设计方案........................................................................... 错误!未定义书签。 2.3.1、IGBT驱动器的基本驱动性能.............................................. 错误!未定义书签。 2.3.2、驱动电路................................................................................ 错误!未定义书签。 2.4、触发电路设计方案........................................................................... 错误!未定义书签。第三章系统仿真.............................................................................................. 错误!未定义书签。 3.1、建立仿真模型................................................................................... 错误!未定义书签。 3.2、仿真结果分析................................................................................... 错误!未定义书签。第四章小结...................................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献............................................................................................................ 错误!未定义书签。

基本半桥逆变电路分析

节能灯产品节能灯产品基本半桥逆变电路分析基本半桥逆变电路分析 一、各元件的作用 FUSE 保险电阻:过电流和短路电流保护元件,抑制浪涌电流; L1,C1,C2:组成π型EMI 滤波器,减轻高频逆变电路产生的电磁干扰; D1,D2,D3,D4:组成桥式整流电路,将输入的交流变为直流; C3 滤波电容:将整流出的电压进行平滑滤波,使其接近直流电压; R1,C5:RC 积分电路,滤波后的电压经过R1对C5进行充电,提供DB3导通电压; DB3双向触发二极管:当 C5上的电压高于DB3的导通电压时,DB3导通, 向Q2的基极注入电流,使T2导通,电路起振后, DB3不再导通; D5:隔离启动电路和振荡电路,使振荡电流不会经过C5到地; R2,C4:C4为续流电容,R2为C4提供放电网络。当Q1和Q2在交替开关 的同时截止阶段,使灯丝有电流流过,C4通常为1000~3300pF ; R2,C4组成的放电网络同时避免两个三极管电流重叠,提供一个 死区时间。、

积分电容在启动时为触发管提供导通电压,电源电压经过R1对其进行充电,充电达到DB3的28V导通电压,下管导通. 移相电容,在上下管轮流导通工作过程当中,存在一个管子截止而另一个管子尚未导通的现象,而流过灯管的电流需要是连续的,利用电容电流可以突变的特性,把这一缺陷弥补上! 移相电容比较好!电容减小时电流滞后电压,三极管关断功耗加大,三极管打开时功耗减小,所谓电路呈感性;电容增加时电流超前电压,三极管关 断功耗减小,三极管打开时功耗增加,所谓电路呈容性.T5灯管管压 略高,启辉电容略小电路本身就接近中性,如果还是将移相电容容量 增加大会超成三极管滞后打开,三极管在因导通时有较高电压而产 生功耗!如T8T9灯管管压略低启辉电容略高,电路容易呈感性,如果 还是将移相电容容量减小会超成三极管超前打开,三极管在因关闭 时有较高电压而产生功耗!可能有朋友要说了,那我后面灯管的管压 和启辉电容选一定参数达到一定呈中性时就不是可以不用这个电 容了吗?那不行!我们这里讲的感容性是基波电流相对于矩形波电压 而言,矩形波内的高次谐波无法通过选频网络,经电感反势迭加到三 极管上,这样三极管有可能瞬态导通和关断时被硬性击穿!有时象 T5灯管不加移相电容时也没事,是因为管压过高时,高次谐波电流经 过高的管压强度大大减弱,三极管反而安全了!所以加一定容量的电 容也吸收了这些谐波,所以一定要加! 补充一点具体操作方法:用示 波器观看三极管的电流波形,调节该电容和磁环的参数就能使三极

单相半桥无源逆变器设计

电气与电子信息工程学院 计算机控制课程设计 设计题目:单相半桥无源逆变电路设计 专业班级:电气工程及其自动化2010(专升本)班 学号: 201020210128 姓名:朱勇 同组人:严康孙希凯 指导教师:南光群黄松柏 设计时间:2011/11/13~2011/11/21 设计地点:电力电子室

电力电子课程设计成绩评定表 姓名朱勇学号201020210128 课程设计题目:单相半桥无源逆变电路设计 课程设计答辩或质疑记录: 1、单相半桥无源逆变电路的原理是什么? 答:见图1.2。在一个周期内,电力晶体管T1和T2的基极信号各有半周正偏,半周反偏,且互补。若负载为阻感负载,设t2时刻以前,T1有驱动信号导通,T2截止。t2时刻关断的T1,同时给T2发出导通信号。由于感性负载中的电流i。不能立即改变方向,于是D2导通续流。t3时刻i。降至零,D2截止,T2导通,i。开始反向增大。在t4时刻关断T2,同时给T1发出导通信号,由于感性负载中的电流i。不能立即改变方向,D1先导通续流;t5时刻i。降至零,T1导通。 2、将直流电转换为交流电的电路称为逆变电路,根据交流电的用途可分为哪几类?答:有源逆变和无源逆变。 成绩评定依据: 课程设计考勤情况(20%): 课程设计答辩情况(30%): 完成设计任务及报告规范性(50%): 最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定) 指导教师签字: 2011年12 月20 日

《电力电子课程设计》课程设计任务书 2011 ~2012 学年第1学期 学生姓名:朱勇专业班级电气工程及其自动化2010专升本 指导教师:南光群、黄松柏工作部门:电气学院电气自动化教研室 一、课程设计题目: 1. 单相桥式晶闸管整流电路设计 2. 三相半波晶闸管整流电路设计 3. 三相桥式晶闸管整流电路设计 4. 降压斩波电路设计 5. 升压斩波电路设计 6. 单相半桥无源逆变电路设计 7. 单相桥式无源逆变电路设计 8. 单相交流调压电路设计 9. 三相桥式SPWM逆变器设计 二、课程设计内容 1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件,能独立而正确地进行方案论证和电路设计,要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整; 2. 学会查阅有关参考资料和手册,并能正确选择有关元器件和参数; 3. 编写设计说明书,参考毕业设计论文格式撰写设计报告(5000字以上)。 注:详细要求和技术指标见附录。 三、进度安排 1.时间安排 序号内容学时安排(天) 1 方案论证和系统设计 1 2 主电路设计 1 3 保护电路设计 1 4 驱动电路设计 1

单相单极性SPWM逆变电路matlab仿真

计算机仿真实验报告 专业:电气工程及其自动化班级:11电牵4班 姓名:江流 在班编号:26 指导老师:叶满园 实验日期:2014年5月15日

一、实验名称: 单相单极性SPWM逆变电路MATLAB仿真 二、目的及要求 了解并掌握单相单极性SPWM逆变电路的工作原理; 2.进一步熟悉MA TLAB中对Simulink 的使用及构建模块; 3.进一步熟悉掌握用MA TLAB绘图的技巧。 三、实验原理 1.单相单极性SPWM逆变的电路原理图 2、单相单极性SPWM逆变电路工作方式 单极性PWM控制方式(单相桥逆变):在Ur和U c的交点时刻控制IGBT的通断,Ur正半周,V1保持通,V2保持断,当Ur>cu时使V4通,V3断,U0=Ud,当UrUc时使V3断,V4通,U0=0。

输出电压波形 四、实验步骤及电路图 1、建立MATLAB仿真模型。以下分别是主电路和控制电路(触发电路)模型:

2、参数设置 本实验设置三角载波的周期为t,通过改变t的值改变输出SPWM矩形波的稠密,从而调节负载获取电压的质量。设置正弦波周期为0.02s,幅值为1。直流电源幅值为97V,三角载波幅值为1.2V,三角载波必须正弦波正半周期输出正三角载波,而在正弦波负半周期输出负三角载波,这可以通过让三角载波与周期与正弦波相同、幅值为1和-1的矩形波相乘实现。 五、实验结果与分析 1、设置三角脉冲波形的周期t=0.02/9s时的仿真结果:

单相全桥和半桥无源逆变电路

单相全桥和半桥无源逆变电路 学生姓名: 学号: 学院: 信息与通信工程学院专业: 自动化题目: MOSFET单相桥式无源逆变电路设计 (纯电阻负载) 指导教师: 职称: 2011年12月31日 中北大学 课程设计任务书 11/12 学年第一学期 学院: 信息与通信工程学院专业: 自动化学生姓名: 学号: 课程设计 题目: MOSFET单相桥式无源逆变电路设计 (纯电阻负载) 起迄日期: 12月25日, 12月31日课程设计地点: 电气工 程系实验中心指导教师: 系主任: 下达任务书日期: 2011年 12月 25 日 课程设计任务书 1(设计目的: 1)培养学生文献检索的能力,特别是如何利用Internet检索需要的文献资 料。 2)培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3)培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。 4)提高学生课程设计报告撰写水平。 2(设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等): 设计内容:

1、设计一个MOSFET单相桥式无源逆变电路(纯电阻负载) 设计要求: 1)输入直流电压:U=100V; d 2)输出功率:300W; 3)输出电压波形:1KHz方波。 2、设计MOSFET单相半桥无源逆变电路(纯电阻负载) 设计要求: 1)输入直流电压:U=100V; d 2)输出功率:300W; 3)输出电压波形:1KHz方波。 3(设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计说明书、图纸、实物样品 等〕: 设计工作任务及工作量的要求: 1)根据课程设计题目,收集相关资料、设计主电路和触发电路; 2)用Multisim等软件制作主电路和控制电路原理图; 3)撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图,说明主电路的工作原理,完成元器件参数计算,元器件选型,说明控制电路的工作原理,用Multisim 或EWB等软件绘出主电路典型的输出波形(比较实际波形与理论波形),绘出触发信号(驱动信号)波形,说明设计过程中遇到的问题和解决问题的方法,附参考资料。 课程设计任务书 4(主要参考文献: 1、樊立萍,王忠庆.电力电子技术.北京:北京大学出版社,2006 2、徐以荣,冷增祥.电力电子技术基础.南京:东南大学出版社,1999 3、王兆安,黄俊.电力电子技术.北京:机械工业出版社,2005 4、童诗白.模拟电子技术.北京:清华大学出版社, 2001

pwm逆变电路仿真

题目如下: 使用IGBT完成逆变电路仿真,直流电压300V。阻感负载,电阻值1Ω,电感值3mH。调制深度m=0.5。输出基波频率50Hz,载波频率为基频15倍,即750Hz。分别按下列要求仿真输入输出波形,进行谐波傅里叶分析。绘制主要器件的工作波形。 1,单极性SPWM方式下的单相全桥逆变电路仿真,及双极性SPWM方式下的单相全桥逆变电路仿真。对比两种调制方式的不同。 题目中需要做单极性与双极型SPWM的单相全桥逆变电路仿真,那么首先了解一下SPWM的原理。 SPWM控制的基本原理 PWM(Pulse Width Modulation)控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要的波形。PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛,对逆变电路的影响也最为深刻,PWM控制技术在逆变电路中的应用也最具代表性。面积等效原理是PWM控制技术的重要理论基础,即在采样控制中,冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的同一环节上时,其效果基本相同。其中,冲量指的是窄脉冲的面积;效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。如图1.1所示,三个窄脉冲形状不同,但是它们的面积都等于1, 图1.1 SPWM控制如下:

如图1-2是单相PWM逆变电路VT1~VT4是四个IGBT管,VD1~ VD4是四个二极管,调制电路作为控制电路控制IGBT导通与关断来得到所需要的波形。 图1-2 计算法和调制法: SPWM逆变电路主要有两种控制方法:计算法和调制法。计算法是将PWM脉冲宽度的波形计算出来,显然这种方法是很繁琐的,不采用。调制法是用一个三角波作为载波,将一正弦波作为调制信号进行调制。我们采用调制法。因为等腰三角波上下宽度与高度呈线性关系且左右对称,当它与一个平缓变化的正弦调制信号波相交时,在交点时刻就可以得到宽度正比于正弦信号波幅度的脉冲 单极性与双极型的控制方法如下: 1单极性PWM控制方式: 如图1-3所示,在u r和u c的交点时刻控制IGBT的通断 u r正半周,VT1保持通,VT2保持断 . 当u r>u c时使VT4通,VT3断,u o=u d当u r

MOSFET单相桥式无源逆变电路设计

目录 MOSFET和电压型无源逆变电路简介 (1) 1.MOSFET简介 (1) 2.电压型无源逆变电路简介 (1) 主电路图设计和参数计算 (2) 1.主电路图设计 (2) 2.相关参数计算 (2) 驱动电路的设计和选型 (4) 1.驱动电路简介 (4) 2.驱动电路的选用 (4) 电路的过电压保护和过电流保护设计 (5) 1.过电压保护 (5) 2.过电流保护 (7) 3.保护电路的选择以及参数计算 (8) MATLAB仿真 (10) 1.主电路图以及参数设定 (10) 2.仿真结果 (14) 总结与体会 (15) 附录:电路图 (16)

一、MOSFET和电压型无源逆变电路的介绍 1.MOSFET简介 金属-氧化层半导体场效晶体管,简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor)。MOSFET依照其“通道”的极性不同,可分为“N型”与“P型”的MOSFET,通常又称为NMOSFET与PMOSFET,其他简称尚包括NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET等。其特点是用栅极电压来控制漏极电流,驱动电路简单,需要的驱动功率小,开关速度快,工作频率高,热稳定性优于GTR,但其电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW 的电力电子装置。 2.电压型无源逆变电路简介 把直流电变成交流电称为逆变。逆变电路分为三相和单相两大类。其中,单相逆变电路主要采用桥式接法。主要有:单相半桥和单相全桥逆变电路。而三相电压型逆变电路则是由三个单相逆变电路组成。 如果将逆变电路的交流侧接到交流电网上,把直流电逆变成同频率的交流电反送到电网去,称为有源逆变。 无源逆变是指逆变器的交流侧不与电网连接,而是直接接到负载,即将直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载。它在交流电机变频调速、感应加热、不停电电源等方面应用十分广泛,是构成电力电子技术的重要内容。 电压型逆变电路有以下特点:直流侧为电压源,或并联有大电容,相当于电压源。直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗。由于直流电压源的钳位作用,交流侧输出电压波形为矩形波,并且与负载阻抗角无关。

单相单极性SPWM逆变电路matlab仿真

单相单极性SPWM逆变电路matlab仿真

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计算机仿真实验报告 专业:电气工程及其自动化班级:11电牵4班 姓名:江流 在班编号:26 指导老师:叶满园 实验日期:2014年5月15日

一、实验名称: 单相单极性SPWM逆变电路MATLAB仿真 二、目的及要求 了解并掌握单相单极性SPWM逆变电路的工作原理; 2.进一步熟悉MA TLAB中对Simulink 的使用及构建模块; 3.进一步熟悉掌握用MA TLAB绘图的技巧。 三、实验原理 1.单相单极性SPWM逆变的电路原理图 2、单相单极性SPWM逆变电路工作方式 单极性PWM控制方式(单相桥逆变):在Ur和U c的交点时刻控制IGBT的通断,Ur正半周,V1保持通,V2保持断,当Ur>cu时使V4通,V3断,U0=Ud,当UrUc时使V3断,V4通,U0=0。 输出电压波形

四、实验步骤及电路图 1、建立MATLAB仿真模型。以下分别是主电路和控制电路(触发电路)模型:

2、参数设置 本实验设置三角载波的周期为t,通过改变t的值改变输出SPWM矩形波的稠密,从而调节负载获取电压的质量。设置正弦波周期为0.02s,幅值为1。直流电源幅值为97V,三角载波幅值为1.2V,三角载波必须正弦波正半周期输出正三角载波,而在正弦波负半周期输出负三角载波,这可以通过让三角载波与周期与正弦波相同、幅值为1和-1的矩形波相乘实现。 五、实验结果与分析 1、设置三角脉冲波形的周期t=0.02/9s时的仿真结果:

三相半桥逆变和全桥逆变介绍和参数对比

半桥逆变和全桥逆变的介绍 一、典型的单相半桥电路图: ?半桥逆变电路有两个桥臂,每个桥臂有 一个IGBT 模块和一个反并联二极管组成。 ?在直流侧接有两个相互串联的足够大的 电容,两个电容的联结点是直流电源的中点。 ?负载联结在直流电源中点和两个 桥臂联结点之间。 对于三相半桥逆变,则由3套同样的 电路组合而成,每套电路的控制时序 不同。 二、典型的全桥逆变电路图: 全桥逆变电路可看成由两个 半桥电路组合而成,共4个桥臂, 桥臂1和4为一对,桥臂2和3为 另一对,成对桥臂同时导通, 两对交替各导通180° 三相逆变全桥电路示意图如下: + - R L a) U d i o u o V 1 V 2 VD 1 VD 2 U d 2 U d 2 + - C R L U d V 1 V 2 V 3 V 4 VD 1 VD 2 VD 3 VD 4 u o i o

半桥电路与全桥电路的区别如下: ①半桥电路由一个臂就可以形成正/负半波,每个逆变模块和其他臂上的功率管不发生任何关系。而全桥电路中是一个桥臂上的功率管和其它桥臂的功率模块同时导通,分时控制。 ②半桥电路的输出本身就是具有中线的三相四线制结构,一般采用高频调制脉冲进行控制,不用加输出变压器。而全桥电路必须有输出变压器。 ③半桥电路需要正负两组电池,直流电压高,需要单独的充电器,否则充电能力不足,而全桥电路只需一组电池,整流器具备大功率的充电能力。 ④半桥电路的每一组输出电压均需经过一个高频lc滤波器将脉宽调制波解调成正弦波,在解调过程中,每次谐波经电容器的低阻抗旁路到中线n,又由于三相输出电压在相位上互差120o,不能将高次谐波互相抵消,所以其中线n上具有不易消除的高次谐波。全桥逆变器必然需要一个工频隔离变压器,其原边与电容构成低通滤波将脉宽调制波解调成正弦波,高次谐波不会传递到负载侧。 半桥逆变电路特点 ●优点:简单,使用开关器件少,电路实现简单; ●缺点:输出交流电压幅值只有U d/2,直流侧需两电容器串联,工作时要注意两侧直流电压均衡,否则容易引起器件发生故障。 ?半桥逆变电路常用于几kW~十几kW以下的小功率UPS逆变电源 全桥逆变电路特点 ●优点是电压不高,输出功率大 ●缺点是使用的开关器件多,驱动较复杂,适用于大功率的逆变器 ?若逆变输出功率为数千瓦到数百千瓦,一般都采用IGBT等高频自关断器件. UPS输出隔离变压器的说明 相对半桥逆变器而言,全桥逆变器的开关电流减小了一半,因而在中大功率场合得到了广泛应用。在全桥逆变器中,为实现输入输出之间的电气隔离和得到合适的输出电压幅值,务必在输出端接有交流变压器,其作用如下: 1)降低零地电压,优化UPS末端配电; 2)滤除负载端谐波,提高供电质量; 如果不带隔离变压器,其输出零线存在高频电流,主要来自UPS整流器和高频逆变器脉动电流、负载的谐波干扰等,其干扰电压不仅数值高而且难以消除。采用隔离变压器则输出零地电压低,而且不存在高频分量,对于计算机网络的通信安全来讲,更加重要。 3)供电与负载隔离,增强过载短路保护能力,抗冲击能力强; 4)通交流阻直流,保护负载;

单相桥式逆变电路设计

《电力电子技术》课程设计说明书单相桥式逆变电路的设计 院、部:电气与信息工程学院 学生姓名: 指导教师:桂友超职称副教授 专业:电气工程及其自动化 班级: 完成时间: 2014年6月

电力电子技术》课程设计任务书 一、课程设计的目的 通过课程设计达到以下目的 1、加强和巩固所学的知识,加深对理论知识的理解; 2、培养学生文献检索的能力,特别是如何利用Internet检索需要的文献资料; 3、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力; 4、培养学生综合运用知识的能力和工程设计能力; 5、培养学生运用仿真软件的能力和方法; 6、培养学生科技写作水平。 二、课程设计的主要内容 1、关于本课程学习情况简述 2、主电路的设计、原理分析和器件的选择; 3、控制电路的设计; 4、保护电路的设计; 5、利用MATLAB软件对自己的设计进行仿真。 三、课程设计的要求 1、通过查阅资料,确定自己的设计方案; 2、按学号尾数定课题,即课题一的学号尾数为1,以此类推。自拟参数不能雷同; 3、要求最后图纸是标准的CAD图; 4、课程设计在第18周五前交上来。 四、课题 1、课题一:单相桥式可控整流电路的设计 已知单相交流输入交流电压220V,负载自拟,要求整流电压在0~100V连续可调,其它性能指标自定。 2、课题二:三相半波可控整流电路的设计 已知三相交流输入线电压380V,要求整流电压在0~100V连续可调,负载自拟,其它性能指标自定。 3、课题三:三相桥式可控整流电路的设计

已知三相交流输入线电压380V,要求整流电压在0~100V连续可调,负载自拟,其它性能指标自定。 4、课题四:直流降压斩波电路的设计 已知直流输入电压200V,负载自拟,要求输出电压在50~100V可调,其它性能指标自定。 5、课题五:直流升压斩波电路的设计 已知直流输入电压200V,负载自拟,要求输出电压在300~400V可调,其它性能指标自定。 6、课题六:直流升降压斩波电路的设计 已知直流输入电压200V,负载自拟,要求输出电压在100~300V连续可调,其它性能指标自定。 7、课题七:单相桥式逆变电路的设计 已知直流输入电压100V,负载自拟,要求交流输出电压频率范围在30~60HZ,电压在30~50V范围可调,其它性能指标自定。 8、课题八:单相交流调压电路设计 已知单相交流输入交流电压220V,负载自拟,要求输出交流电压在0~220V 可调,其它性能指标自定。 9、课题九:三相交流调压电路的设计 已知三相交流输入交流线电压380V,负载自拟,要求输出交流电压在0~200V可调,其它性能指标自定。 10、课题十:三相桥式逆变电路的设计 已知直流输入电压100V,负载自拟,要求交流输出电压频率范围在30~60HZ,电压在30~50V范围可调,其它性能指标自定。 注意:若已经按上课时我讲解的内容和安排的课题进行了设计,则不必再更改。 五、格式要求 1、格式严格按照教务处规定的毕业设计格式; 2、文档内容: 1)绪言:主要介绍对本课程学习情况;本设计内容的掌握情况;拟出设计任务书。 2)主电路设计: (1)电路原理图:用CAD绘制电路; (2)原理分析:用自己的语言;

H桥逆变器SPWMMATLAB仿真

H桥逆变器 S P W M M A T L A B仿真文档编制序号:[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

MATLAB仿真技术大作业 题目:H桥逆变器SPWM仿真 单相逆变器(H桥)。直流电压500V,使用直流电压源模块;逆变器用Universal Bridge模块,器件选IGBT。负载用阻感串联负载,电阻1,电感15mH。 使用三角波作为载波,载波频率750Hz,调制度,基波频率50Hz。仿真时间秒,使用ode23tb求解器。 本次仿真关注稳态时的情况。分析谐波成分时,取秒之后的2个工频周期的波形进行分析,基波频率50Hz,最大频率3500Hz。 1、双极性SPWM仿真 采用双极性SPWM,完成以下内容:

(1)在同一副图中,画出载波与调制波的波形 ; (2)记录逆变器的输出电压(即负载两端的电压)波形,采用Powergui模块中FFT Analysis子模块进行谐波分析, (3) (a)分析基波电压是否与理论公式相符; 基本相符,理论值为500*=400,实际值,相对误差% (b) 分析电压谐波成分,并给出结论; 谐波集中在载波频率(750hz)及其整数倍附近

(3)记录负载电流的波形,并进行谐波分析。 谐波分析 负载电流谐波成分与电压基本一致。 2、单极性SPWM仿真 采用单极性SPWM,重复上述仿真,即,完成以下内容: (1)在同一副图中,画出载波与调制波的波形; (2) 记录逆变器的输出电压(即负载两端的电压)波形,采用Powergui模块中FFT Analysis子模块进行谐波分析, 谐波分析 (a) 分析基波电压是否与理论公式相符; 基本相符 (b) 分析电压谐波成分,并给出结论; 谐波分别很散,与理论不符 (3)记录负载电流的波形,并进行谐波分析。 (4)对比分析单极性SPWM,双极性SPWM输出电压谐波成分的特点,在相同LC 滤波器参数时,其负载电流THD的情况。 单极性谐波应该少,实际仿真结果反而多 3、级联H桥逆变器仿真 两个H桥级联,每个桥的逆变器参数都与前面的相同。负载为阻感串联负载,电阻1,电感15mH。

IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计

IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计

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1 引言 本次课程设计的题目是IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计,根据电力电子技术的相关知识,单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路,与整流电路相比较,把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。当交流侧接在电网上,称为有源逆变;当交流侧直接和负载相接时,称为无源逆变,逆变电路在现实生活中有很广泛的应用。 电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的各种变流电路原理的基础知识,独立完成查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力,使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用,为今后的学习和工作打下坚实的基础。 2 工作原理概论 2.1 IGBT单相电压型半桥无源逆变电路 2.1.1单相电压型逆变电路 (1)半桥逆变电路结构及其工作原理 V 1和V 2 栅极信号各半周正偏、半周反偏,二者互补。输出电压u o 为矩形波,幅 值为Um=Ud/2,输出电流i o 波形随负载而异,感性负载时,V 1 或V 2 通时,i o 和u o 同方向,直流侧向负载提供能量,VD 1或VD 2 通时,i o 和u o 反向,电感中贮能向直流 侧反馈,VD 1、VD 2 称为反馈二极管,还使i o 连续,又称续流二极管。 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形

优点:简单,使用器件少。缺点:交流电压幅值U d/2,直流侧需两电容器串联,要控制两者电压均衡,用于几k W以下的小功率逆变电源。 2.1.2 IGBT绝缘栅双极型晶体管 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR 饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 2.2电压型逆变电路的特点及主要类型 根据直流侧电源性质的不同可分为两种:直流侧是电压源的称为电压型逆变电路;直流侧是电流源的则称为电流型逆变电路。电压型逆变电路有以下特点:直流侧为电压源,或并联有大电容,相当于电压源。直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗。 由于直流电压源的钳位作用,交流侧输出电压波形为矩形波,并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因为负载阻抗的情况不同而不同。 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧想直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。又称为续流二极管。 逆变电路分为三相和单相两大类。其中,单相逆变电路主要采用桥式接法。主要有:单相半桥和单相全桥逆变电路。而三相电压型逆变电路则是由三个单相逆变电路组成。 2.3 根据设计题目要求的指标,通过查阅有关资料分析其工作原理,确定各器件参数,设计电路原理图; 设计条件: =100V 1.电源电压:直流U d 2.输出功率:300W

单相全桥逆变器matlab仿真

用MATLAB 仿真一个单相全桥逆变器,采用单极性SPWM 调制、双极性SPWM 调制或者单极倍频SPWM 调制的任意一种即可,请注明仿真参数,并给出相应的调制波波形,载波波形,驱动信号波形、输出电压(滤波前)波形。 本文选用双极性SPWM 调制。 1双极性单相SPWM 原理 SPWM 采用的调制波的频率为s f 的正弦波t U U s sm S ωsin =,s s f πω2=;载波c u 是幅值为cm U ,频率为c f 的三角波。载波信号的频率与调制波信号的频率之比称为载波比,正弦调制信号与三角波调制信号的幅值之比称为深度m 。通常采用调制信号与载波信号相比较的方法生成SPWM 信号.当Us>Uc 时,输出电压Uo 等于Ud,当Us

IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计

1 引言 本次课程设计的题目是IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计,根据电力电子技术的相关知识,单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路,与整流电路相比较,把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。当交流侧接在电网上,称为有源逆变;当交流侧直接和负载相接时,称为无源逆变,逆变电路在现实生活中有很广泛的应用。 电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的各种变流电路原理的基础知识,独立完成查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力,使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用,为今后的学习和工作打下坚实的基础。 2 工作原理概论 2.1 IGBT单相电压型半桥无源逆变电路 2.1.1单相电压型逆变电路 (1)半桥逆变电路结构及其工作原理 V 1和V 2 栅极信号各半周正偏、半周反偏,二者互补。输出电压u o 为矩形波,幅 值为Um=Ud/2,输出电流i o 波形随负载而异,感性负载时,V 1 或V 2 通时,i o 和u o 同方向,直流侧向负载提供能量,VD 1或VD 2 通时,i o 和u o 反向,电感中贮能向直流 侧反馈,VD 1、VD 2 称为反馈二极管,还使i o 连续,又称续流二极管。 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形

优点:简单,使用器件少。缺点:交流电压幅值U d/2,直流侧需两电容器串联,要控制两者电压均衡,用于几k W以下的小功率逆变电源。 2.1.2 IGBT绝缘栅双极型晶体管 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR 饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 2.2电压型逆变电路的特点及主要类型 根据直流侧电源性质的不同可分为两种:直流侧是电压源的称为电压型逆变电路;直流侧是电流源的则称为电流型逆变电路。电压型逆变电路有以下特点:直流侧为电压源,或并联有大电容,相当于电压源。直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗。 由于直流电压源的钳位作用,交流侧输出电压波形为矩形波,并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因为负载阻抗的情况不同而不同。 当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧想直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。又称为续流二极管。 逆变电路分为三相和单相两大类。其中,单相逆变电路主要采用桥式接法。主要有:单相半桥和单相全桥逆变电路。而三相电压型逆变电路则是由三个单相逆变电路组成。 2.3 根据设计题目要求的指标,通过查阅有关资料分析其工作原理,确定各器件参数,设计电路原理图; 设计条件: =100V 1.电源电压:直流U d 2.输出功率:300W

单相半桥型逆变电路原理

单相半桥型逆变电路原理 在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容,两个电容的联结点是直流电源的中点。 半桥逆变电路有两个桥臂,每个桥臂有一个可控器件和一个反并联二极管组成。 负载联结在直流电源中点和两个桥臂联结点之间。 设开关器件V1和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半 周反偏,两者互补。当负载为感性时,工作波形如图所示 + -a) U VD 1 VD 2

t3时刻io 降为零时,VD2截止,V2开通,io 开始反向并逐渐增大。 t4时刻给V2关断信号,给V1开通信号,V2关断,VD1先导通续流,t5时刻V1才开通。 O O u o U m -U m i o V D 1 V D 2 V D 1 V D 2 O O u o U m -U m i o V D V D V D V D

V1或V2通时,负载电流io 和电压uo 同方向,直流侧向负载提供能量 VD1或VD2通时,io 和uo 反向,负载电感中贮藏的能量向直流侧反馈 负载电感将其吸收的无功能量反馈回直流侧,反馈 回的能量暂时储存在直流侧电容器中,直流侧电容 器起着缓冲这种无功能量的作用。 反馈二极 续流二极管 是负载向直流侧反馈能量的通道 使负载电流连续 O O u o U m -U m i o V D 1 V D 2 V D 1 V D 2

可控器件是不具有门极可关断能力的晶闸管时,须附加强迫换流电路才能正常工作。 半桥逆变电路特点 优点:简单,使用器件少 缺点:输出交流电压幅值Um仅为Ud/2,直流侧需两电容器串联,工作时要控制两个电容器电压均衡 半桥逆变电路常用于几kW以下的小功率逆变电源

单相半桥无源逆变电路的设计文档

1概述 1.1课题背景和意义 功率MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)是最重要的一种功率场效应晶体管,除此之外还有MISFET、MESFET、JFET等几种。功率MOSFET为功率集成器件,内含数百乃至上万个相互并联的MOSFET单元。为提高其集成度和耐压性,大都采用垂直结构(即VMOS),如VVMOS(V型槽结构)、VUMOS、SIPMOS等。 图1 如图1显示了一种SIPMOS(n沟道增强型功率MOSFET)的部分剖面结构。其栅极用导电的多晶硅制成,栅极与半导体之间有一层二氧化硅薄膜,栅极与源极位于硅片的同一面,漏极则在背面。从总体上看,漏极电流垂直地流过硅片,漏极和源极间电压也加在硅片的两个面之间。该器件属于耗尽型n沟道的功率MOSFET,其源极和漏极之间有一n型导电沟道,改变栅极对源极的电压,可以控制通过沟道的电流大小。耗尽型器件在其栅极电压为零时也存在沟道,而增强型器件一定要施加栅极电压才有沟道出现。与n沟道器件对应,还有p沟道的功率MOSFET。

图2 图2为图1所示SIPMOS的输出特性。它表明了栅极的控制作用及不同栅极电压下,漏极电流与漏极电压之间的关系。图2中,在非饱和区(Ⅰ),源极和漏极间相当于一个小电阻;在亚阈值区(Ⅲ)则表现为开路;在饱和区(Ⅱ),器件具有放大作用。 功率MOSFET属于电压型控制器件。它依靠多数载流子工作,因而具有许多优点:能与集成电路直接相连;开关频率可在数兆赫以上(可达100MHz),比双极型功率晶体管(GTR)至少高10倍;导通电阻具有正温度系数,器件不易发生二次击穿,易于并联工作。与GTR相比,功率MOSFET的导通电阻较大,电流密度不易提高,在100kHz以下频率工作时,其功率损耗高于GTR。此外,由于导电沟道很窄(微米级),单元尺寸精细,其制作也较GTR困难。在80年代中期,功率MOSFET的容量还不大(有100A/60V,75A/100V,5A/1000V等几种)。功率MOSFET是70年代末开始应用的新型电力电子器件,适合于数千瓦以下的电力电子装置,能显著缩小装置的体积并提高其性能,预期将逐步取代同容量的GTR。功率MOSFET的发展趋势是提高容量,普及应用,与其他器件结合构成复合管,将多个元件制成组件和模块,进而与控制线路集成在一个模块中(这将会更新电力电子线路的概念)。此外,随着频率的进一步提高,将出现能工作在微波领域的大容量功率MOSFET。 同时运用MOSFET晶体管来进行电路的整流和逆变有很大的优点功率场效应晶体管(VF)又称VMOS场效应管。在实际应用中,它有着比晶体管和MOS场效应管更好的特性。即是在大功率范围应用的场效应晶体管,它也称作功率MOSFET,其优点表现在以下几个方面: 1. 具有较高的开关速度。 2. 具有较宽的安全工作区而不会产生热点,并且具有正的电阻温度系数,因此适合进行并联使用。 3. 具有较高的可靠性。 4. 具有较强的过载能力。短时过载能力通常额定值的4倍。

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