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基于simulink的单相全桥逆变电路仿真实验

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关键字：单相 全桥 逆变 simulink

本次实验主要为利用simulink中的块原件来构建电力电子中的一种基本整流电路——单相全桥逆变电路，电路的功能是将直流电逆变为交流电，在逆变电路的设计过程中，需要对设计电路及有关参数选择是否合理、效果好坏进行验证。如果通过实验来验证， 需要经过反复多次的元件安装、调试、重新设计等步骤， 这样使得设计耗资大，效率低， 周期长。现代计算机仿真技术为电力电子电路的设计和分析提供了崭新的方法， 可以使复杂的电力电子电路、系统的分析和设计变得更加容易和有效。

Matlab 是一种计算机仿真软件， 它是以矩阵为基础的交互式程序计算语言。Simulink 是基于框图的仿真平台， 它挂接在Matlab 环境上，以Matlab 的强大计算功能为基础， 用直观的模块框图进行仿真和计算。其中的电力系统

（Power System）工具箱是专用于RLC电路、电力电子电路、电机传动控制系统和电力系统仿真用的模型库。以Matlab7.0 为设计平台， 利用Simulink 中的Pow er System工具箱来搭建整流电路仿真模型，设置参数进行仿真。 一、 单相全桥逆变电路工作原理

1、 电路结构 V1,V4V2,V3Id uo V1VD1V3VD3b) ioZ感性负载io t3t4t0Udc) t2t1 uoD1,D4D2,D3 V1,V4V2,V3 V2VD2V4VD4Id d) a)

单相电压型全桥逆变电路的原理图及波形(阻感性负载）（图a） 输出电压（图 b）输出电流（图 c）直流输入电流（图 d） 2、 工作原理

a) 两个半桥电路的组合；

b) V1和V4一对，V2和V3另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导

通180°；

c) uo波形同半桥电路的uo，幅值高出一倍Um=Ud； d) io波形和半桥电路的io相同，幅值增加一倍； e) 单相逆变电路中应用最多的； 3、 输出电压参数分析

ttt

uo成傅里叶级数

基波有效值

4Ud11uosintsin3tsin5t35基波幅值

Uo1mUo14Ud1.27Ud0.9Ud22Ud

+ Ud -

当uo为正负各180°时，要改变输出电压有效值只能改变Ud来实现 4、 移相调压方式（通过逆变器本身开关控制,适用于单相）

uG1OV1CV2VD1uoV4V3VD3uG2OuG3OuG4OuoioOiot1t2b)t3uotttRioLVD2VD4tta)图示单相全桥逆变电路的移相调压方式

图5-7可采用移相方式调节逆变电路的输出电压，称为移相调压

各栅极信号为180°正偏，180°反偏，且V1和V2互补，V3和V4互补关系不变

但V3的栅极信号只比V1落后q ( 0uo成为正负各为q 的脉冲，改变q 即可调节输出电压有效值 uo成傅里叶级数

 d

o

n1,3,5

输出电压的有效值:

u4Unsinsinntn2 Uo Ud

基波有效值

22 Ud

Uo(1)sin

2

随着 的变化，谐波幅值也发生变化，特别是当 较小时，较低次的谐波幅值将与基波的幅值相当，所以，这种调压方式不适合大范围的调压。注意：移相调压方法不适用于单相半桥逆变电路。 二、 在simulink中建立仿真模型

1、 模块调取

打开matlab中的simulink，在电力系统（Power System）中调取出单相交流电源、晶闸管、触发脉冲和RLC等相关模块。根据图示电路连接电路图

+v-VMgCgCIGBTD1IGBT2D3mmEOut1Out2Out3DC Out4RLSubsystemEScopegCgCIGBT1D2IGBT3D4mEm2，设置各元件参数

触发脉冲为V1和V4一对，V2和V3另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导通180°； 三、实验仿真

设置好个参数后便可进行仿真。观察示波器中的波形后可选择autoscale键，调整波形。现需要对波形进行编辑，所以先把保存文件，并且把数据传入到工作空间中。再到matlab的工作空间中调出文件，然后对文件中的数据进行绘图，绘制五行一列的图形，在一个图中表现单相直流输入电压、四个输入脉冲以及阻感性负载的电压电流模型。然后对脉冲波形进行调整，因为绘出的脉冲波形与坐标轴线的上顶想重合，虽然是彩色，但还是调整为脉冲的形式比较好，可以通过编辑坐标轴进行调整，脉冲高度为1，则将坐标轴y轴调整为1.2。还可以调整各个图形的高度，增加图形的整体视觉效果。 四、实验总结

本次实验是第二次真正利用simulink进行仿真，通过上一次实验的摸索，大概熟悉了simulink里的模块原件。上次实验基于单相桥式整流电路的原理，这次

E

是反过来运用，进行直流变交流的逆变。利用simulink的平台，对相关参数进行设置后仿真。

实验中出现了许多问题，例如在选取阻感性负载时，选择了电路图中常见的电阻图样的模块，而实际上是电力系统的线路，应该选择RLC元件，并且将电容设置为inf。另外要根据提示修改算法对于电压有两个端无法用示波器直接检测所以要用一个电压检测模块。

而晶闸管则按正常使用，对于另外的信号检测端则可用一个示波器检测即可。对于电流信号则和电压信号类似。电流信号则和电压信号检测模块同时连接在负载两端时会无法检测出电压。

脉冲在示波器里观察一切正常，但传入工作空间后画出来的图会出现脉冲失真现象，找了很久也不知道是什么原因。

通过这次实验，更好的熟悉了simulink的工作平台，加强了对其相关模块的理解，为日后更好的运用此软件打下了坚实的基础。 五、附图：单相全桥逆变电路不同相位角时阻感负载波形