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逆变电路的MATLAB仿真研究论文

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1 绪论

1.1 MATLAB仿真技术简介

MATLAB是一种集数学、分析、可视化、算法开发与发布于一体的软件平台，本课题要求逆变器变换电路的工作原理，利用MATLAB和Simulink为基础，完成电力电子器件以及逆变器变换电路的建模及仿真和各种负载下的输出波形分析。并以此为基础掌握MATLAB/Simulink对一个动态系统进行建模、仿真和分析的基本方法[2]。

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。Simulink具有使用面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号的复杂仿真和设计。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统[3]。

Simulink是MATLAB中的一种可视化工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一种软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的系统中的不同部分有不同的采样速率[5]。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以直接看到系统的仿真结果,这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

构架在Simulink基础之上提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具,同时其他产品扩展了Simulink多领域建模功能。Simulink可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。

本文主要用到电子库中的电力电子元器件和电力电子组件。进行电力电子仿真时主电路可以直接直接使用苦力使用的桥式电路，也可以自己使用分立元件构建。这些电力电子器件中含有电感，如果电感值不是设置为0则电力器件具有电流源的性质，器件的缓冲电路一般不能去掉，因为在没有连接缓冲电路时不能事先与电感或电流源相连接，也不能开路工作，因此。在含有电力电子器件的电路或系统仿真时，仿真算法一般采用如ode23tb、ode15s等刚性积分算法，这样可以得到较快的仿真速度。

1.2 研究逆变技术的意义

逆变，是对电能进行变换和控制的一种基本形式，逆变技术在风力发电系统中是一个极其关键的技术，在小型风力发电系统中的使用日益广泛，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[11]。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。

逆变电路是通用变频器核心部件之一，起着非常重要的作用。它的基本作用是在控制电路的作用下将中间直流电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。同时逆变电路也是UPS的重要组成部分。

由于通常的电力能源例如发电机、电网和蓄电池等均属于电压源，在储能效率和储能元件的体积、价格方面，VIS中的储能元件电容器与CSI中的储能元件电感器相比都具有明显的优势。随着超导技术的发展，电流型逆变器中的储能效率问题得到很好地解决，但是电压型逆变器及其控制方法的研究工作一直是人们的研究重点。虽然电流型逆变器相关理论的研究相对较少应用也不如电压型逆变器应用广泛，但是电流型逆变器在实际应用中也有其独特性，尤其适用于大功率变流系统已经有特殊需求的应用领域。

1.3逆变电路的发展现状

现代逆变技术这门学科是建立在工业电子技术、现代电力电子技术、半导体器件技术、现代控制技术、脉宽调制技术、半导体变流技术、磁性材料等学科基础上的一门实用技术，是研究现代逆变电路的理论和应用设计方法的一门学科。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是现代逆变技术主要的三个部分，逆变的目的是为了获得不同的稳定或变化形式的电能[11]。

在现代逆变技术的