电力电子课设

课程设计任务书

学生姓名：_________ 专业班级：自动化0905

指导教师：_______ 工作单位：自动化学院

题目：交流变换器仿真研究

初始条件：

输入单相交流电：220V, 50HZo

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及英技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、输出单相交流电：220V, 400HZo

2、采用两级变换：AC/DC、DC/AC,变换。

3、建立Mat 1 ab仿真模型。

4、进行仿真实验，得到实验波形。

时间安排：

第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资

料，此阶段约占总时间的20%。

第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。

第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。

指导教师签名:

系主任（或责任教师）签名:

1概论 (1)

2方案论证 (2)

2.1设计要求 (2)

2.2设计方案 (2)

3电路设计 (2)

3. 1升压斩波电路 (3)

3.2单相桥式PWM逆变电路 (4)

4 Mat lab 仿真模型 (5)

4.1升压斩波电路仿真模型 (5)

4.2PWM逆变电路仿真模型 (6)

4.3PWM逆变电源仿真模型 (7)

5仿真的实现 (8)

5.1升压斩波电路仿真实现 (8)

5.2PWM逆变电路仿真实现 (9)

5.3PWM逆变电源仿真实现 (9)

6心得体会 (11)

参考文献 (12)

交流变换器仿真研究

1概论

近年来，随着各行各业的技术水平和操作性能的提高，它们对电源品质的要求也在不断提高。为了高质量和有效地使用电能，许多行业的用电设备都不是直接使用交流电网提供的

交流电作为电能源，而是根据用电设备的要求采用电力电子技术对电能进行变换，从而得到

各自所需的电能形式。而实现这一功能的装置就是交流变换器。将一种频率变换为另一种频

率的交流变换器称之为变频器。

从结构上看，变频电源可分为直接变频和间接变频两大类。直接变频乂称为交一交变频，是一种将工频交流电直接转换为频率可控的交流电，中间没有直流环节的变频形式。间接变频乂称为交一直一交变频，是将工频交流电先经过整流器成直流电，再通过逆变器将直流电变换成频率可变的交流电的变频形式，因此这种变频方式乂被称为有直流环节的变频方式。其中，把直流电变成交流电的过程叫做逆变，完成逆变功能的电路称为逆变电路。

交一直一交变频是U前变频电源的主要形式。本文所研究的变频电源即釆用这种形式。

按照电压、频率的控制方式，交一直一交变频器一种主要结构是釆用单相桥式全控整流器整流、脉宽调制型(PWM)逆变器同时实现调圧调频方式。此时全控整流提高了装置输入功率因数，减小了对电网的谐波污染，乂因采用高开关频率的逆变器，输出谐波很小，性能优良。

本文所研究的交流变频器可以分为四个功能模块：整流电路、逆变电路、输出滤波器和控制电路。整流电路是一个单相AC/DC变换电路，功能是把AC 220V / 50Hz的电源进行整流滤波后转换成稳定直流电源供给逆变电路。逆变电路是该电源的关键电路，其功能是实现DC / AC 的功率变换，即在在控制电路的控制下把直流电源转换成单相SPWM波形供给后级滤波电路，形成标准的正弦波。

2方案论证

2.1设计要求

本次设计要求对输入的单相交流220V/50H乙采用两级变换，AC/DC、DC/AC,输出

220V/400HZ的交流信号，并利用Matlab建立仿真模型，得到最终的仿真波形。

2.2设计方案

根据要求，输入的是单相交流50H乙输出的是400H乙而且采用两级变换，因此属于交一直一交变频。需要先对输入电压进行整流，电容滤波后再采用电压型单相桥式PWM 逆变电路，利用调制电路设置信号波的频率400H乙调制信号设置成5000HZ的SPWM正弦波，最后利用LC 滤波电路将得到的交流方波变成正弦波。最终得要的就是220V, 400HZ 的交流电，满足设计的要求。整体的设计系统框图如图一所示。

滤波

220V/400HZ

电路

3电路设计

3.1整流电路

整流电路的原理图如图2所示。该电路中使用一个全控器件。

图2单相桥式全控整流电路

在电源电压u2正半周期间，VT1、VT4承受正向电压，若在触发角a处给VT1、VT4 加触发脉冲，VT1、VT4导通，电流从电源a端经VT1、负载、VT4流回电源b端。当u2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VT1和VT4关断。在电源电压u2负半周期间，仍在触发延迟角a处触发VT2和VT3, VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经过VT3、R、VT2流回电源a端。到u2过零时，电流乂降为零，VT2和VT3关断。此后乂是VT1和VT4导通，如此循环的工作下去。该电路的移向范围是0—兀。另外, 山于该整流电路带的是反电动势负载，因而不是正半轴的任意时刻都能开通晶闸管的，要开通晶闸管必须在交流电瞬时值大于E的时候去触发。提前触发的话，晶闸管会在E 的作用下承受反向电压，无法导通。