Matlab电力电子技术应用的实现探讨.pdf

科技与质量 Science and technology and quality 126质量管理 【文章摘要】 信息技术的快速发展推动许多学科 进一步完善， 以电力电子技术为例， 其 本身具有较强的理论性、 实践性等特 征， 涉及的波形图、 电路图也较多， 相 关设计人员需掌握较多相关理论， 且 在设计分析中面临较多的难题。 在此 背景下便提出仿真技术， 即 Matlab， 其 可通过相应模型的构建使所有波形结 果具有可视化特征。 对此， 本文将对电 力电子设计中 Matlab 应用的必要性、 基 于 Matlab 的系统模块构建以及系统仿 真思路进行探析。 【关键词】 Matlab ； 电力电子技术 ； 应用 0 前言 作为近年来能够合理控制电能形态 的技术， 电力电子技术在信息技术推动下 得到快速发展， 其以自身相关器件转换与 控制电能， 无论数瓦电器或数千瓦输电系 统， 都可通过电力电子装置进行控制。 据 统计分析， 国外许多发达国家依托于电力 电子技术所转换的电能达到 90%， 而这一 转换过程的实现主要得益于其在仿真过 程中能够取得精确的结果。 因此， 本文对 电力电子技术中 Matlab 的应用研究， 对促 进电力电子技术发展具有十分重要的意 义。 1 电子电路设计中 Matlab 应用的必 要性 目前， 电子电路设计中逐渐强调以 自动化为主， 通过原理图设计与仿真相应 的电路， 使电子电路的设计达到最优， 并 分析电路中的最坏条件等。 然而这些设计 自动化目标的实现， 要求将控制领域中 的典型代表 Matlab 引入其中， 其具备基 本交互式编程能力， 且较多图像或数据处 理以及原理图设计等都可利用其完成。 特 别 Matlab 近年来发展中， 版本处于不断 更新态势， 且有较多系统模块与模型如电 力电子器件、 电路以及电机等都被囊括 其中。 加上完善中将 Sinulink 环境引入其 中， 更能容纳较多关于电力电子的相关模 块， 为电路电子设计提供具体的指导。 同 时， 电力电子系统在构造中， 将 Matlab 引 入其中， 也可直接通过仿真计算以测出相 关电路结果， 无需考虑以往因硬件试验条 件缺失而难以仿真的难题， 保证设计精准 性的同时减轻设计人员的负担。 因此， 将 Matlab 电力电子技术应用 的实现探讨 肖淑琴 福建省莆田市湄洲湾职业技术学院 351254 Matlab 引入电子电路设计中极为必要。 2 基于 Matlab 的模型构建 模型构建中主要需考虑到 Simulink 环境， 根据电气系统设计要求， 将其融入 SinPowerSystems 中， 该仿真系统对电力电 子系统以及电路都较为适用， 而且能够仿 真电路传输过程以及电机拖动系统等。 其 中，SinPowerSystems 模块在内容上应以 晶闸管、 整流二极管、Mosfet 模块、Diode 模块等为主， 同时的也容纳较多集成度 较高的模块与底层模块等， 如 Universal bridge、Thyristor 模块。 实际建模过程中 由于需考虑整流系统， 所以对各模块要求 合理建模。 具体建模过程中， 主要需考虑 Sinulink 系统构建、 仿真等问题， 实现的步 骤体现在 ： 将 Sinulink 进行打开， 可从 Matlab 中寻找具体内容 ； 完成 Sinulink 构建后， 对其进行命名， 可使模型后缀名 界定在mdl上； 根据电子电路设计需要， 在模块集中进行相应模块的寻找， 将其向 所构建的模型放置 ； 进行电力电子系统 的构造， 并对该系统进行仿真 ； 综合分 析仿真结果， 得出最终结论。 3 基于 Matlab 系统仿真研究 电力电子技术实际设计过程中， 其 目标多集中在如何控制与变换电能方面， 其中电力可细化为直流电力、 交流电力为 主， 前者多表现在干电池、 蓄电池方面， 而 后者集中在公用电网方面。 但电力由电源 获取， 应在电力变换的基础上才可满足电 力电子设计要求， 所以应做好电力变换工 作。 现行电力变换中， 常用的方式主要以 直流变与交流变直流、 交流为主。 一般被 叫做整流的为交流变直流， 而作为逆变的 则为直流变交流 ； 直流变直流主要指不同 电压下直流的转变， 交流变交流则叫做的 交流电力控制， 侧重于变换电力或电压。 明确这些内容的基础上， 便可引入 Matlab 完成仿真。 具体仿真过程主要表现在以下 几方面。 3.1 仿真过程在整流电路中的实现 近年来整流电路在应用过程中， 多以 三相桥式类型为主， 所以将 Matlab 引入 后， 主要对三相桥式类型电路进行仿真。 具体仿真中， 首先需做好 Sinulink 环境的 构建， 在此基础上完成三相桥式系统结构 模型的构建。 实践研究发现， 该系统结构 中要求电桥模块需保证具有较高的精度， 且在触发脉冲方面， 也需引入具体的脉冲 发生器， 这样可达到整流电路要求。 完成 仿真模型构建后， 便可得到仿真结果， 若 利用相应的波形图表示， 整个三相桥式电 路在整流结果上将更清晰的显示出来， 仅 需对控制角进行操作， 便可得到整流波形 变化结果， 为电路设计提供准确的参考。 3.2 仿真过程在逆变电路中的实现 对于逆变电路， 其主要指直流电转 换为交流电。 目前， 逆变电路的应用也较 为常见， 如较多直流电源包括太阳能电池 或蓄电池等， 在对交流负载进行供电时要 求逆变电路作用充分发挥。 同时， 也有许 多电力电子装置， 如感应加热或不间断电 源以及变频器等， 其在设计过程中都需将 逆变电路作为核心内容。 所以电力电子技 术中关键的内容在于逆变电路方面。 需注 意的是， 区别于直流侧电源， 逆变电路通 常以电流型、 电压型两种形式为主， 在仿 真过程中需通过 Matlab 做好全桥电路的 构建， 在此基础上完成仿真过程。 根据实 践发现， 整个构建的结构中， 全桥逆变在 构成上主要以四个桥臂为主， 且各桥壁 需依托于 PWM 发生器向其提供脉冲， 这 样便可通过仿真结果判断逆变后负载电 流、 电压波形等。 综合来看， 无论将 Matlab 用于整流电路或逆变电路中， 仅需保证 Sinulink 环境合理构造， 将相关电路与具 体设计内容进行仿真， 便可得到相关的波 形与设计性能指标， 为电路电子设计提供 合理指导。 4 结论 电力电子技术中引入 Matlab 能够为 设计提供更多的指标数据。 实际引入中应 正确认识电力电子技术、Matlab 的基本内 涵， 以 Matlab 为依托进行电路电子模型的 具体构建， 在此基础上将整流电路与逆变 电路引入具体仿真过程中， 可结合仿真结 果分析实际设计中需注意的问题， 能够保 证电路电子的设计更为完善， 推动电力电 子技术的进一步发展。 【参考文献】 1 龚爱平 . 基于嵌入式机器视觉的 信息采集与处理技术研究 D. 浙江 大学 ,2013. 2 牛天林 , 樊波 , 张强 , 赵广胜 . Matlab/Simulink 仿真在电力电子技术 教学中应用 J. 实验室研