精選電力電子和應(yīng)用技術(shù)講義

（優(yōu)選）電力電子與應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二3電力電子與MATLAB應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二3.1電力電子器件與MATLAB電力二極管電力二極管是一種具有單向?qū)щ娦缘陌雽?dǎo)體器件，即正向?qū)щ?、反向阻斷?．電力二極管基本特性現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二2．電力二極管在MATLAB中實(shí)現(xiàn)電力二極管仿真模型:由一個(gè)電阻Ron、一個(gè)電感Lon、一個(gè)直流電壓源Vf和一個(gè)開(kāi)關(guān)串聯(lián)組成模塊有兩個(gè)輸出（k、m端子）和一個(gè)輸入（a端子），分別電力二極管的陰極和測(cè)量信號(hào)輸出端子以及二極管的陽(yáng)極端子現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二參數(shù)設(shè)置界面ResistanceRon：電力二極管元件內(nèi)電阻InductanceLon：電力二極管元件內(nèi)電感ForwardvoltageVf：電力二極管元件正向管壓降VfInitialcurrentIc：初始電流SnubberresistanceRs：緩沖電阻SnubbercapacitanceCs：緩沖電容現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二3.電力二極管元件的仿真舉例單相半波整流器現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二晶閘管1.晶閘管工作原理陽(yáng)極、陰極、門極分別表示為A、K、g2．晶閘管伏安特性現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二3．晶閘管在MATLAB中的實(shí)現(xiàn)由一個(gè)電阻Ron、一個(gè)電感Lon、一個(gè)直流電壓源Vf和一個(gè)開(kāi)關(guān)串聯(lián)組成。開(kāi)關(guān)受邏輯信號(hào)控制，該邏輯信號(hào)由電壓Vak、電流Iak和門極觸發(fā)信號(hào)g決定。晶閘管仿真模型原理晶閘管模塊的圖標(biāo)現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二晶閘管元件參數(shù)設(shè)置ResistanceRon：晶閘管元件內(nèi)電阻RonInductanceLon：晶閘管元件內(nèi)電感LonForwardvoltageVf（V）：晶閘管元件的正向管壓降VfInitialcurrentIc（A）：初始電流IcSnubberresistanceRs（ohms）：緩沖電阻RsSnubbercapacitanceCs（F）：緩沖電容Cs現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二4.晶閘管仿真舉例單相半波整流器模型現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二Pulse的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框晶閘管模塊設(shè)置：

Ron=0.001Ω；Lon=0H；Vf=0.8V；

Rs=20Ω；Cs=4e—6F；串聯(lián)RLC元件模塊和接地模塊到Thyristor模型

R=1Ω；L=0.01H仿真參數(shù)：選擇ode23tb算法，將相對(duì)誤差設(shè)置為1e-3開(kāi)始仿真時(shí)間設(shè)置為0，停止仿真時(shí)間設(shè)置為0.1現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二α=0°單相半波整流橋仿真結(jié)果現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二反并聯(lián)續(xù)流二極管現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二3.1.3可關(guān)斷晶閘管1.可關(guān)斷晶閘管工作原理2.GTO的靜態(tài)伏安特性現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二3.GTO在MATLAB中的實(shí)現(xiàn)GTO模型由電阻Ron電感Lon、直流電壓源Vf和開(kāi)關(guān)串聯(lián)組成，該開(kāi)關(guān)受一個(gè)邏輯信號(hào)控制，該邏輯信號(hào)又由GTO的電壓Vak、電流Iak和門極觸發(fā)信號(hào)（g）決定現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二參數(shù)設(shè)置ResistanceRon（ohms）：元件內(nèi)電阻RonInductanceLon（H）：元件內(nèi)電感LonForwardvoltageVf（v）:元件的正向管壓降VfCurrent10%falltime（s）：電流下降到10%的時(shí)間Currenttailtime(s):電流拖尾時(shí)間TtInitialcurrentIc(A):初始電流IcSnubberresistanceRs(ohms):緩沖電阻RsSnubbercapacitanceCs(F):緩沖電容Cs，現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二5.可關(guān)斷晶閘管元件的建模和仿真應(yīng)用實(shí)例單相半波整流器仿真模型參數(shù)設(shè)置：交流電壓源幅值5V，頻率為50HZ，LRC分支參數(shù)R=1Ω，L=0.01H，C＝inf仿真算法選擇ode23tb算法，將相對(duì)誤差設(shè)置為1e-3仿真開(kāi)始時(shí)間為0，停止時(shí)間設(shè)置為0.1?，F(xiàn)在是17頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二

α=30°GTO單相半波整流器仿真結(jié)果現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二3.1.4絕緣柵雙極型晶體管1．絕緣柵雙極型晶體管工作原理2.IGBT的伏安特性現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二3．IGBT在MATLAB中的實(shí)現(xiàn)由電阻Ron、電感Lon和直流電壓源Vf與邏輯信號(hào)（g>0或g=0）控制的開(kāi)關(guān)串聯(lián)電路組成

輸入C和輸出E對(duì)應(yīng)于絕緣柵雙極型晶體管的集電極C和發(fā)射極E輸入g為加在門極上的邏輯控制信g輸出m用于測(cè)量輸出向量[Iak,Vak]現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二IGBT的參數(shù)設(shè)置絕緣柵雙極型晶體管:

內(nèi)電阻Ron

電感Lon

正向管壓降Vf

電流下降到10%的時(shí)間Tf

電流拖尾時(shí)間Tt

初始電流Ic

緩沖電阻Rs

緩沖電容Cs現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二4.IGBT構(gòu)成的升壓變換器建模與仿真現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二主要參數(shù)設(shè)置：電壓源模塊Vdc＝100v；并聯(lián)RLC分支元件參數(shù)R=50Ω,C=3e-6F;脈沖發(fā)生器模塊周期參數(shù)設(shè)置為1e-4s；仿真算法選擇ode23tb算法,將相對(duì)誤差設(shè)置為1e-3,開(kāi)始仿真時(shí)間為0,停止時(shí)間設(shè)置為0.0015,現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二Boost變換器仿真結(jié)果現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二3.2晶閘管三相橋式整流器及其仿真3.2.1晶閘管三相橋式整流器構(gòu)成現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二晶閘管三相橋式整流器的仿真模型現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二（1）整流橋模型通用橋臂模塊（UniversalBridge）A、B、C端子：分別為三相交流電源的相電壓輸入端子；Pulses端子：為觸發(fā)脈沖輸入端子，如果選擇為電力二極管，無(wú)此端子；＋、－端子：分別為整流器的輸出和輸入端子，在建模時(shí)需要構(gòu)成回路?，F(xiàn)在是27頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二通用橋臂模塊參數(shù)設(shè)置Numberofbridgearms：橋臂數(shù)量，可以選擇1、2、3相橋臂，構(gòu)成不同形式的整流器。Portconfiguration：端口形式設(shè)。SnubberresistanceRs(ohms):緩沖電阻Rs。SnubbercapacitanceCs(F):緩沖電容Cs。ResistanceRon（ohms）：晶閘管的內(nèi)電阻Ron，單位為Ω。InductanceLon（H）：晶閘管的內(nèi)電感Lon，單位為H，電感不能設(shè)置為0。ForwardvoltageVf（v）:晶閘管元件的正向管壓降Vf，單位為V。Measurements：測(cè)量可以選擇5中形式，即無(wú)（None）裝置電壓（Devicevoltages）裝置電流（Devicecurrents）三相線電壓與輸出平均電壓（UABUBCUCAUDC）或所有電壓電流（Allvoltagesandcurrents）選擇之后需要通過(guò)萬(wàn)用表模塊（Multimeter）顯示?，F(xiàn)在是28頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二（2）同步脈沖觸發(fā)器同步脈沖觸發(fā)器用于觸發(fā)三相全控整流橋的6個(gè)晶閘管，同步6脈沖觸發(fā)器可以給出雙脈沖,雙脈沖間隔為60°,觸發(fā)器輸出的1～6號(hào)脈沖依次送給三相全控整流橋?qū)?yīng)編號(hào)的6個(gè)晶閘管.同步脈沖觸發(fā)器包括同步電源和六脈沖觸發(fā)器兩個(gè)部分alpha_deg：此端子為脈沖觸發(fā)角控制信號(hào)輸入；AB,BC,CA：三相電源的三相線電壓輸入即Vab,Vbc,andVca；Block：觸發(fā)器控制端，輸入為“0”時(shí)開(kāi)放觸發(fā)器，輸入大于零時(shí)封鎖觸發(fā)器；Pulses：6脈沖輸出信號(hào)。alpha_deg為30度時(shí)雙6脈沖同步觸發(fā)器的輸入輸出信號(hào)現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二6脈沖同步觸發(fā)器參數(shù)設(shè)置Frequencyofsynchronizationvoltages(Hz)：同步電壓頻率（赫茲）；Pulsewidth(degrees)：觸發(fā)脈沖寬度（角度）；Doublepulsing：雙脈沖觸發(fā)選擇?，F(xiàn)在是30頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二三相線電壓具體實(shí)現(xiàn)是通過(guò)VoltageMeasurement（電壓測(cè)量）模塊，電壓測(cè)量模塊可以將電路中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓值，并提供其他電路或者用于輸出現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二（3）其他模塊主回路負(fù)載這里為了模擬直流電動(dòng)機(jī)模型，選擇電阻、電感與直流反電動(dòng)勢(shì)構(gòu)成，電阻、電感模型選擇RLC串聯(lián)分支實(shí)現(xiàn)。直流反電動(dòng)勢(shì)通過(guò)直流電源實(shí)現(xiàn)，因?yàn)殡娏鞣聪虻脑蛐枰獙⑵湓O(shè)為負(fù)值實(shí)現(xiàn)反電動(dòng)勢(shì)功能。三相交流電源通過(guò)三個(gè)頻率50、幅值220、相位滯后120交流電壓源實(shí)現(xiàn)。再加入相應(yīng)的測(cè)量模塊和輸出模塊，完成電氣連接。現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二仿真算法選擇ode23s算法,仿真時(shí)間為0－0.05秒，其他參數(shù)為默認(rèn)值。在負(fù)載選擇R＝1歐、L＝1mH，反電動(dòng)勢(shì)V＝－5V時(shí)進(jìn)行仿真?，F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二3.3基于PWM技術(shù)逆變器及其仿真3.3.1PWM技術(shù)逆變器原理現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二基于PWM技術(shù)逆變器仿真現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二PWM發(fā)生器MATLAB在SimPowerSystems工具箱的Extras庫(kù)中ControlBlocks子庫(kù)下的PWM發(fā)生器（PWMGenerator）Signal（s）：當(dāng)選擇為調(diào)制信號(hào)內(nèi)部產(chǎn)生模式時(shí)，無(wú)需連接此端子；當(dāng)選擇為調(diào)制信號(hào)外部產(chǎn)生模式時(shí)，此端子需要連接用戶定義的調(diào)制信號(hào)。Pulses：根據(jù)選擇主電路橋臂形式，定制產(chǎn)生2，4，6，12路PWM脈沖。現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二PWM發(fā)生器參數(shù)設(shè)置GeneratorMode：分別選擇為1-armbridge（2pulses）、2-armbridge（4pulses）、3-armbridge（6pulses）、double3-armbridge（6pulses）。Carrierfrequency(Hz)：載波頻率Internalgenerationofmodulatingsignal(s)：調(diào)制信號(hào)內(nèi)、外產(chǎn)生方式選擇信號(hào)。Modulationindex(0<m<1)：調(diào)制索引值m，調(diào)制信號(hào)內(nèi)產(chǎn)生方式下可選，其范圍在0－1之間。大小決定輸出信號(hào)的復(fù)制。Frequencyofoutputvoltage(Hz)：調(diào)制信號(hào)內(nèi)產(chǎn)生方式下可選，輸出電壓的頻率設(shè)定Phaseofoutputvoltage(degrees)：調(diào)制信號(hào)內(nèi)產(chǎn)生方式下可選，輸出電壓初始相位值設(shè)定?，F(xiàn)在是37頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二（2）逆變器模型逆變器模型采用通用橋臂構(gòu)成現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二（3）電源模型由于逆變器模型為雙極性方式，輸入典型選擇正負(fù)兩相直流電壓源，實(shí)現(xiàn)過(guò)程將兩個(gè)直流電壓源串聯(lián)連接，中間接地。二者都設(shè)定為20伏。（4）其他模型在模型窗口中增加輸入與輸出型中性接地模塊各一只；逆變器負(fù)載選擇LRC串聯(lián)分支，參數(shù)為R＝1歐，L＝2mH，C＝inf；以及輸入、輸出接地模塊和相關(guān)的測(cè)量和輸出模塊?，F(xiàn)在是39頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二（5）仿真設(shè)置與結(jié)果輸出參照模型圖進(jìn)行電氣連線完成模型的建立，仿真算法選擇ode15s算法，仿真時(shí)間為0-0.05秒，其他參數(shù)為默認(rèn)值?，F(xiàn)在是40頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二3.4交流調(diào)壓器及應(yīng)用仿真1.電阻性負(fù)載的交流調(diào)壓器現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二2.電阻電感性負(fù)載的交流調(diào)壓器現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二3.晶閘管交流調(diào)壓器的仿真現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有49頁(yè)\編輯于星期二主要模塊參數(shù)設(shè)置：交流峰值電壓為100V、初相位為0、頻率為50HZ；晶閘管參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：Ron=0.001Ω；Lon=0H；Vf=0；Rs=20Ω；Cs=4e-6F，RC緩沖電路Lon=0.01H；負(fù)載RLC分支，電阻性負(fù)載時(shí)，R=2Ω，L=0H，C=inf；脈沖發(fā)生器：Pulse和Pulse1模塊中的脈沖周期為0.02