第三电力电子与MATLAB应用技术学习教案

1、会计学1第三电力电子与第三电力电子与MATLAB应用应用(yngyng)技术技术第一页，共50页。3.1 电力(dinl)电子器件与MATLAB3.1.1电力(dinl)二极管电力二极管是一种具有单向(dn xin)导电性的半导体器件，即正向导电、反向阻断。 1电力二极管基本特性第1页/共49页第二页，共50页。2电力(dinl)二极管在MATLAB中实现电力(dinl)二极管仿真模型:由一个电阻Ron、一个电感Lon、一个直流电压源Vf和一个开关串联组成 模块有两个输出（k、m端子）和一个输入（a端子），分别电力(dinl)二极管的阴极和测量信号输出端子以及二极管的阳极端子 第2页/共49页

2、第三页，共50页。参数设置界面(jimin)Resistance Ron：电力二极管元件(yunjin)内电阻Inductance Lon ：电力二极管元件(yunjin)内电感Forward voltage Vf：电力二极管元件(yunjin)正向管压降VfInitial current Ic：初始电流Snubber resistance Rs：缓冲电阻Snubber capacitance Cs：缓冲电容第3页/共49页第四页，共50页。3. 电力二极管元件(yunjin)的仿真举例单相(dn xin)半波整流器 第4页/共49页第五页，共50页。3.1.2晶闸管1.晶闸管工作(gngzu

3、)原理阳极(yngj)、阴极、门极分别表示为A、K、g2晶闸管伏安(f n)特性第5页/共49页第六页，共50页。3晶闸管在MATLAB中的实现(shxin)由一个电阻Ron、一个电感Lon、一个直流电压源Vf和一个开关(kigun)串联组成。开关(kigun)受逻辑信号控制，该逻辑信号由电压Vak、电流Iak和门极触发信号g决定。晶闸管仿真模型(mxng)原理 晶闸管模块的图标 第6页/共49页第七页，共50页。晶闸管元件(yunjin)参数设置 Resistance Ron：晶闸管元件内电阻RonInductance Lon ：晶闸管元件内电感LonForward voltage Vf（V

4、）： 晶闸管元件的正向管压降VfInitial current Ic（A）：初始电流IcSnubber resistance Rs（ohms）：缓冲(hunchng)电阻RsSnubber capacitance Cs（F）：缓冲(hunchng)电容Cs第7页/共49页第八页，共50页。4.晶闸管仿真(fn zhn)举例单相(dn xin)半波整流器模型 第8页/共49页第九页，共50页。Pulse的参数设置对话框 晶闸管模块(m kui)设置： Ron=0.001；Lon=0H；Vf=0.8V； Rs=20；Cs=4e6F；串联RLC元件模块(m kui)和接地模块(m kui)到Thyr

5、istor模型 R=1；L=0.01H仿真参数：选择ode23tb算法，将相对误差设置(shzh)为1e-3开始仿真时间设置(shzh)为0，停止仿真时间设置(shzh)为0.1 第9页/共49页第十页，共50页。=0单相半波整流桥仿真(fn zhn)结果 第10页/共49页第十一页，共50页。反并联(bnglin)续流二极管 第11页/共49页第十二页，共50页。3.1.3 可关断晶闸管1 .可关断晶闸管工作(gngzu)原理2. GTO的静态伏安(f n)特性第12页/共49页第十三页，共50页。3. GTO在MATLAB中的实现(shxin)GTO模型由电阻Ron电感Lon、直流电压源V

6、f和开关串联组成，该开关受一个逻辑(lu j)信号控制，该逻辑(lu j)信号又由GTO的电压Vak、电流Iak和门极触发信号（g）决定 第13页/共49页第十四页，共50页。参数设置 Resistance Ron（ohms）：元件内电阻RonInductance Lon（H）：元件内电感LonForward voltage Vf（v）:元件的正向管压降VfCurrent 10% fall time（s）： 电流下降到10%的时间Current tail time(s):电流拖尾时间TtInitial current Ic(A):初始(ch sh)电流IcSnubber resistance

7、Rs(ohms):缓冲电阻RsSnubber capacitance Cs(F):缓冲电容Cs， 第14页/共49页第十五页，共50页。5.可关断晶闸管元件的建模和仿真(fn zhn)应用实例单相(dn xin)半波整流器 仿真模型参数设置：交流电压源幅值5V，频率为50HZ，LRC分支参数R=1，L=0.01H，Cinf仿真算法选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3仿真开始(kish)时间为0，停止时间设置为0.1。 第15页/共49页第十六页，共50页。 =30GTO单相(dn xin)半波整流器仿真结果 第16页/共49页第十七页，共50页。3.1.4 绝缘(juyun)栅双极

8、型晶体管1绝缘(juyun)栅双极型晶体管工作原理2.IGBT的伏安(f n)特性第17页/共49页第十八页，共50页。3IGBT在MATLAB中的实现(shxin)由电阻(dinz)Ron、电感Lon和直流电压源Vf与逻辑信号（g0或g=0）控制的开关串联电路组成 输入C和输出E对应于绝缘栅双极型晶体管的集电极C和发射极E输入g为加在门极上的逻辑控制(kngzh)信g输出m用于测量输出向量Iak,Vak 第18页/共49页第十九页，共50页。IGBT的参数设置 绝缘栅双极型晶体管: 内电阻(dinz)Ron 电感Lon 正向管压降Vf 电流下降到10%的时间Tf 电流拖尾时间Tt 初始电流I

9、c 缓冲电阻(dinz)Rs 缓冲电容Cs第19页/共49页第二十页，共50页。4.IGBT构成(guchng)的升压变换器建模与仿真第20页/共49页第二十一页，共50页。主要(zhyo)参数设置：电压源模块Vdc 100v；并联RLC分支(fnzh)元件参数R=50,C=3e-6F; 脉冲发生器模块周期参数设置为1e-4s；仿真算法选择ode23tb算法,将相对误差设置为1e-3,开始仿真时间为0,停止时间设置为0.0015, 第21页/共49页第二十二页，共50页。Boost变换器仿真(fn zhn)结果 第22页/共49页第二十三页，共50页。3.2晶闸管三相晶闸管三相(sn xin)

10、桥式整流器及其仿真桥式整流器及其仿真3.2.1 晶闸管三相(sn xin)桥式整流器构成第23页/共49页第二十四页，共50页。3.2.2晶闸管三相(sn xin)桥式整流器的仿真模型第24页/共49页第二十五页，共50页。（1）整流桥模型(mxng)通用(tngyng)桥臂模块（Universal Bridge） A、B、C端子：分别为三相交流电源的相电压输入端子；Pulses端子：为触发脉冲输入端子，如果选择为电力二极管，无此端子；、端子：分别为整流器的输出(shch)和输入端子，在建模时需要构成回路。第25页/共49页第二十六页，共50页。通用(tngyng)桥臂模块参数设置Number

11、 of bridge arms： 桥臂数量(shling)，可以选择1、2、3相桥臂，构成不同形式的整流器。Port configuration：端口形式设。Snubber resistance Rs(ohms):缓冲电阻Rs。Snubber capacitance Cs(F):缓冲电容Cs。Resistance Ron（ohms）：晶闸管的内电阻Ron，单位为。Inductance Lon（H）：晶闸管的内电感Lon，单位为H，电感不能设置为0。Forward voltage Vf（v）:晶闸管元件的正向管压降Vf，单位为V。Measurements：测量可以选择5中形式， 即无（None）

12、装置电压（Device voltages）装置电流（Device currents）三相线电压与输出平均电压（UAB UBC UCA UDC）或所有电压电流（All voltages and currents）选择之后需要通过万用表模块（Multimeter）显示。第26页/共49页第二十七页，共50页。（2）同步(tngb)脉冲触发器同步脉冲触发(chf)器用于触发(chf)三相全控整流桥的6个晶闸管，同步6脉冲触发(chf)器可以给出双脉冲,双脉冲间隔为60,触发(chf)器输出的16号脉冲依次送给三相全控整流桥对应编号的6个晶闸管. 同步脉冲触发器包括同步电源(dinyun)和六脉冲触发

13、器两个部分 alpha_deg：此端子为脉冲触发角控制信号输入；AB, BC, CA：三相电源的三相线电压输入即Vab, Vbc, and Vca；Block：触发器控制端，输入为“0”时开放触发器， 输入大于零时封锁触发器；Pulses：6脉冲输出信号。alpha_deg为30度时双6脉冲同步触发器的输入输出信号 第27页/共49页第二十八页，共50页。6脉冲(michng)同步触发器参数设置Frequency of synchronization voltages(Hz)：同步电压频率（赫兹(hz)）；Pulse width(degrees) ：触发脉冲宽度（角度）；Double puls

14、ing：双脉冲触发选择。 第28页/共49页第二十九页，共50页。三相线电压(diny)具体实现是通过Voltage Measurement（电压(diny)测量）模块，电压(diny)测量模块可以将电路中两个节点的电压(diny)值，并提供其他电路或者用于输出 第29页/共49页第三十页，共50页。（3）其他(qt)模块主回路负载这里为了模拟直流电动机模型，选择电阻、电感与直流反电动势(fn din dn sh)构成，电阻、电感模型选择RLC串联分支实现。直流反电动势(fn din dn sh)通过直流电源实现，因为电流反向的原因需要将其设为负值实现反电动势(fn din dn sh)功能。

15、三相交流电源通过三个频率50、幅值220、相位滞后120交流电压源实现。再加入相应的测量模块和输出模块，完成电气连接。 第30页/共49页第三十一页，共50页。仿真算法选择ode23s算法,仿真时间为0 0.05 秒，其他参数为默认值。在负载(fzi)选择R1欧、L1mH，反电动势V5V时进行仿真。 第31页/共49页第三十二页，共50页。3.3基于PWM技术(jsh)逆变器及其仿真3.3.1 PWM技术(jsh)逆变器原理第32页/共49页第三十三页，共50页。3.3.2基于PWM技术(jsh)逆变器仿真第33页/共49页第三十四页，共50页。1.PWM发生器MATLAB在SimPowerS

16、ystems工具箱的Extras库中Control Blocks子库下的PWM发生器（PWM Generator ）Signal（s）：当选择为调制信号内部产生模式时，无需连接此端子；当选择为调制信号外部产生模式时，此端子需要连接用户定义的调制信号。Pulses：根据选择主电路桥臂形式，定制(dn zh)产生2，4，6，12路PWM脉冲。 第34页/共49页第三十五页，共50页。PWM发生器参数设置 Generator Mode： 分别选择为1-arm bridge（2 pulses）、2-arm bridge（4 pulses）、3-arm bridge（6 pulses）、double 3

17、-arm bridge（6 pulses）。Carrier frequency (Hz)：载波频率 Internal generation of modulating signal (s)：调制信号内、外产生方式选择信号。Modulation index (0 m 1) ：调制索引值m，调制信号内产生方式下可选，其范围在01之间。大小决定(judng)输出信号的复制。Frequency of output voltage (Hz)：调制信号内产生方式下可选，输出电压的频率设定Phase of output voltage (degrees)：调制信号内产生方式下可选，输出电压初始相位值设定。第

18、35页/共49页第三十六页，共50页。（2）逆变器模型(mxng)逆变器模型(mxng)采用通用桥臂构成 第36页/共49页第三十七页，共50页。（3）电源(dinyun)模型由于逆变器模型为双极性方式，输入典型选择正负(zhn f)两相直流电压源，实现过程将两个直流电压源串联连接，中间接地。二者都设定为20伏。（4）其他模型在模型窗口(chungku)中增加输入与输出型中性接地模块各一只；逆变器负载选择LRC串联分支，参数为R1欧，L2mH，Cinf；以及输入、输出接地模块和相关的测量和输出模块。第37页/共49页第三十八页，共50页。（5）仿真设置与结果输出(shch)参照模型图进行电气连

19、线完成模型的建立，仿真算法选择ode15s算法，仿真时间为0-0.05秒，其他参数为默认值。 第38页/共49页第三十九页，共50页。3.4交流(jioli)调压器及应用仿真1.电阻性负载(fzi)的交流调压器第39页/共49页第四十页，共50页。2.电阻电感性(gnxng)负载的交流调压器第40页/共49页第四十一页，共50页。3.晶闸管交流(jioli)调压器的仿真第41页/共49页第四十二页，共50页。主要模块参数设置：交流峰值电压为100V、初相位为0、频率为50HZ；晶闸管参数进行(jnxng)设置：Ron=0.001；Lon=0H；Vf=0；Rs=20；Cs=4e-6F，RC缓冲电路Lon=0.01H；负载RLC分支，电阻性负载时，R=2，L=0H，C =inf；脉冲发生器：Pulse 和Pulse1模块中的脉冲周期为0.02s,脉冲宽度设置为脉宽的确10%，脉冲高度为12，脉冲移相角通过“相位角延迟”对话框进行(jnxng)设置。第42页/共49页第四十三页，共50页。4.晶闸管单相交流调压电路的仿真结果仿真算法选择(xunz)为ode23tb算法，仿真时间设置为0-0.03s，开始仿真。给出了移