MWORKS电力电子与电机系统建模与仿真 课件 第三章 基于MWORKS的电力电子变换电路仿真

第三章基于MWORKS的电力电子变换电路仿真目录3.1整流电路（AC/DC）3.2斩波电路（DC/DC）

3.3逆变电路（DC/AC）3.4AC/AC变换电路3.1整流电路AC/DC变换器又称整流器、AC/DC变流器，其作用是将交流电转换为直流电，一般也称整流，并且在整流的同时对直流电压、电流进行调节，以满足用电设备的要求。常用的整流器有单相整流器和三相整流器，从控制角度来区分，有不控、半控和全控整流电路之分，从输出直流的波形角度来区分，又有半波和全波整流之分。二极管、晶闸管是常用的整流器件，现在采用全控型器件的PWM方式整流器也越来越多。整流电路的仿真可以用Modelica或TYElectrical模型库中的功率二极管和晶闸管等模块来构建。复杂的大功率多相整流器可以在三相桥的基础上构建。3.1整流电路阻性负载单相桥式全控整流电路如图所示，该电路由交流电源、整流变压器、晶闸管、负载及触发电路组成阻性负载单相桥式全控整流电路在整流变压器二次电压U2的正半周触发晶闸管VT1和VT4，在U2的负半周触发晶闸管VT2和VT3，由于晶闸管的单向可控导电性能，在负载上可以得到方向不变的直流电，改变晶闸管的控制角，调节输出直流电压Ud和电流id的大小。晶闸管触发电路输出脉冲与电源同步是电路正常工作的重要条件。单相桥式全控整流电路3.1整流电路新建模型：如图所示，通过单击“新建模型”按钮，可以创建一个名为Model的仿真平台，在这个平台上，可以绘制电路的仿真模型，同时可以对该文件进行重命名提取相关电路器件模型：相关器件模型主要在Modelica模型库中，组成单相桥式全控整流电路的主要器件有交流电源、晶闸管、RLC串联电路等，如表所示器件名称路径交流电源（SineVoltage）Modelica/Electrical/Analog/Sources变压器（IdealTransformer）Modelica/Electrical/Analog/Ideal晶闸管VT1～VT4（Thyristor）Modelica/Electrical/Analog/SemiconductorsRLC串联电路（SeriesRLCBranch）Modelica/Electrical/Analog/Basic脉冲发生器

（Pulse）Modelica/Blocks/Sources门极驱动（gateDriver）TYElectrical/Semiconductors3.1整流电路搭建仿真模型：首先将鼠标指针指向需要移动的器件，按住鼠标左键，将器件拖到合适位置。然后将器件按单相全控桥的原理连接起来，组成仿真模型。3.1整流电路设置模型参数设置模型参数是保证仿真准确和顺利的重要一步，有些参数是由仿真任务规定的，如仿真中的电源电压、电阻等；有些参数是需要通过仿真来确定的。交流电压源(AC)电压220V|频率50Hz|初始相位0°晶闸管(VT1~VT4)直接使用模型默认参数脉冲发生器同步频率50Hz|脉冲宽度10°模型参数设置步骤第一步，单击要修改参数的器件；第二步，单击相应的参数即可开始修改。3.1整流电路设置仿真参数：仿真前，必须先设置仿真参数，包括仿真开始时间、终止时间、积分算法等。在连续系统中，一般将开始时间设置为0，步长设置为0.002，步数设置为500。启动仿真：仿真参数设置完成后即可开始仿真，单击“仿真”按钮，仿真立即开始，仿真完成后，即可看到对应器件的波形图。3.1整流电路模型由单相交流电压源、变压器、晶闸管、脉冲发生器、门极驱动、纯电阻及参考地组成。参数幅值单位备注单相交流电压源Uac220V输出电压变压器参数默认晶闸管（选取Modelica模型库中的器件）VDRM220V正向击穿电压VRRM220V反向击穿电压其他参数默认———电阻R2Ω电阻值参数幅值单位备注脉冲信号1amplitude3V脉冲幅值width10%脉冲占空比period0.02s脉冲周期startTime0.0025s脉冲开始时间脉冲信号2amplitude3V脉冲幅值width10%脉冲占空比period0.02s脉冲周期startTime0.0125s脉冲开始时间仿真设置仿真时间0.04s

仿真步数500

积分算法Dassl

3.1整流电路在单相桥式全控整流电路中，晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。在输入电压的正半周（A点电位高于B点电位），若4个晶闸管均不导通，则负载电流为零，输出电压也为零，VT1和VT4串联承受输入电压,设VT1和VT4的漏电阻相等，则两者各承受输入电压的一半。若在触发角处给VT1和VT4加触发脉冲，则VT1和VT4即导通，电流从A点经VT1、R、VT4流回B点。当输入电压过零时，流经晶闸管的电流也减小到零，VT1和VT4关断。在输入电压的负半周，仍在触发角a处触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从b点流出，经VT3、R、VT2流回A点。当输入电压过零时，电流又减小到零，VT2和VT3关断。此后又是VT1和VT4导通，如此循环地工作下去。3.1整流电路取α=45°，整流输出电压的波形、VT1和VT4两端电压的波形与负载电流（输出电流）的波形如图所示。晶闸管承受的最大正向电压和最大反向电压分别为与。3.1整流电路阻感负载仿真模型由单相交流电压源、变压器、晶闸管、脉冲发生器、门极驱动、电阻、电感及参考地组成。3.1整流电路阻感负载仿真参数如表所示。参数幅值单位备注交流电压源Uac220V输出电压变压器参数默认晶闸管（选取Modelica库中的器件）VDRM220V正向击穿电压VRRM220V反向击穿电压其他参数默认电阻R2Ω电阻值电感L1H电感值参数幅值单位备注脉冲信号1amplitude3V脉冲幅值width10%脉冲占空比period0.02s脉冲周期startTime0.0025s脉冲开始时间脉冲信号2amplitude3V脉冲幅值width10%脉冲占空比period0.02s脉冲周期startTime0.0125s脉冲开始时间仿真设置仿真时间0.06/4s—仿真步数500——积分算法Dassl——3.1整流电路假设电路已工作于稳态。在输入电压的正半周，在触发角a处给VT1和VT4施加触发脉冲使其导通，输出电压等于输入电压；负载中有电感存在，使负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流连续且波形近似为一水平线，如图所示。3.1整流电路输入电压过零变负时，由于电感的作用，VT1和VT4中仍流过电流，并不关断。至ωt=π+a时刻，给VT2和VT3施加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正向电压，所以两管导通。VT2和VT3导通后，输入电压通过VT2和VT3分别向VT1、VT4施加反向电压，使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称为换相，也称换流。至下一周期重复上述过程，如此循环下去晶闸管承受的最大正向电压和最大反向电压均为U2。3.1整流电路三相桥式全控整流电路是应用最广泛的整流电路，完整的三相桥式全控整流电路由整流变压器、6个桥式连接的晶闸管、负载和触发器组成三相桥式全控整流电路6个晶闸管依次相隔60°触发，将电源交流电整流为直流电。三相桥式全控整流电路必须采用双脉冲触发或宽脉冲触发方式，以保证在每一瞬时都有两个晶闸管同时导通(上桥臂和下桥臂各一个)，整流变压器采用三角形/星形连接三相桥式全控整流电路3.1整流电路简化模型完整模型3.1整流电路器件名称路径三相交流电源（SineVoltage）Modelica/Electrical/Polyphase/Sources接地电阻（MultiStarResistance）Modelica/Electrical/Polyphase/Basic变压器Dy11（Transformer）Modelica/Electrical/Machines/BasicMachines/Transformers/Dy整流集成模块（ThyristorBridge2mPulse）Modelica/Electrical/PowerConverters/ACDC多脉冲触发器（VoltageBridge2mPulse）Modelica/Electrical/PowerConverters/ACDC/Control交流电源（SineVoltage）Modelica/Electrical/Analog/Sources晶闸管VT1到VT4（Thyristor）Modelica/Electrical/Analog/SemiconductorsRLC串联电路（SeriesRLCBranch）Modelica/Electrical/Analog/Basic脉冲发生器（Pulse）Modelica/Blocks/Sources门极驱动（gateDriver）TYElectrical/Semiconductors电压表（VoltageSensor）Modelica/Electrical/Analog/Sensors仿真模型中主要使用的器件名称及路径参数设置要点触发角为30°时，多脉冲触发器中的constantFiringAngle设置为"30*Modelica.Constants.pi/180"三相电源中的phase要调用函数symmetricOrientation3.1整流电路三相电源参数•峰值：220V|频率：50Hz•相位：0°/-120°/-240°整流变压器•接法：D11(一次)/Y(二次)•电压：U1=270V|U2=10V主电路与负载•拓扑：三相桥式全控整流•RLC负载：R=5Ω脉冲与控制角设置脉冲：50Hz，脉冲宽度10°控制角：0°、30°、60°仿真求解器配置时长：0.04s(2个周期稳态)|算法：Dassl积分算法阻性负载仿真3.1整流电路触发角不同时，阻性负载整流器仿真结果如图所示。随着控制角的增大，输出电压减小。输出电压的瞬时值波形与电源线电压波形不完全重合，其峰值比电源线电压的峰值小，这是晶闸管导通电阻造成的电压降。3.1整流电路图为α=30°时的晶闸管电压波形。晶闸管导通时，其电压为零；晶闸管关断时，其承受电源线电压3.1整流电路结论：随着控制角（触发角）的增大，输出电压和输出电流都减小了，反映了控制角对整流器输出的控制作用。α=30°α=60°3.1整流电路由交流电源、二极管、电容和电阻组成。电路模型的主要参数为：交流电源电压220V，50Hz；二极管使用默认参数，C200μF，电阻按需设置。模型中用相关电压表和电流表分别获取电压与电流信号。仿真参数设置：仿真时间为0.06s，积分算法为Dassl。由电力二极管组成的不控整流电路是一种常用的整流器，在充电器、逆变器中广泛应用，其直流侧连接电容滤波。不控整流电路不控整流电路单相桥式不控整流电路3.1整流电路负载开路：电压恒定310V(峰值)R=200Ω：波动小，平均值高R=20Ω：波动增大，均值降低R=2Ω：波动显著，近似正弦半波结论：随着电阻的减小，负载电流增大，输出电压波形越来越接近正弦半波。不控整流电路中的电容滤波电路输出电压的平均值与R的大小有关，R越小，输出电压波动越大，为了减小输出电压波动，可以增大滤波电容，因此不控整流电路一般采用大电容进行滤波由于电容充电后没有放电的回路，因此电容充电后输出电压保持为电源电压的峰值Ud=,Us=310V3.1整流电路三相桥式不控整流电路的电容负载电路的仿真可以使用二极管来重新搭建，也可以在可控整流电路的基础上设置控制角α=0°。模型由三相电源、二极管和阻容负载组成。三相桥式不控整流电路仿真模型如图所示。模型中设电源电压为220V、50Hz，阻容负载C=500μF，R=200Ω或2000Ω。三相桥式不控整流电路3.1整流电路不同R值时整流电路的输出电压不同R值时整流电路的输入电流结论总结：三相整流时，整流电路的输出电压波动较单相整流电路的小，整流电路的输出电压随着负载的减小略微增大，整流电路的输入电流随着负载的减小而减小。3.2斩波电路（DC/DC）BUCK电路BUCK电路是一种常见的直流降压转换电路，通过高频开关控制实现输入大直流电压向较小直流电压的高效转换。工作原理开关VT导通时，输入电压施加到电感两端，电感电流增大并储存磁能开关VT断开时，电感通过续流二极管VD释放储存的能量电容起到平滑输出电压的作用，确保输出电压稳定输出电压公式BUCK电路原理图通过调节占空比，BUCK电路可以灵活调整输出电压，满足不同的负载需求3.2斩波电路（DC/DC）由直流电源、IGBT（在TY→Electrical→Ideal→IGBT中）、pulse（在Modelica→Blocks→

Sources→Pulse中）、GateDriver（在TY→

Electrical→Semiconductors→GateDriver中）、储能元件、二极管、电阻及参考地组成IGBT的驱动信号由脉冲发生器pulse产生，设定脉冲发生器的脉冲宽度可以调节脉冲占空比注意：在连接IGBT与驱动时，需要将IGBT的GateControlPort改为电气控制端口；gateDriver的栅极连接IGBT的栅极，输出源极连接IGBT的发射极3.2斩波电路（DC/DC）设BUCK电路的电源电压为200V，输出电压为Ud，阻性负载为10Ω。BUCK电路参数设置如下表所示。参数幅值单位备注直流电压源Vdc200V输入电压IGBT（选取TYElectrical库中的器件）参数幅值单位备注参数默认电路元件R10Ω电阻值L0.25mH电感值C100μF电容值参数幅值单位备注脉冲信号amplitude101010V脉冲幅值width505050%脉冲占空比period0.00010.00010.0001s脉冲周期仿真设置仿真时间0.01s—仿真步数500——积分算法Dassl——例3-2IGBT的开关频率为10kHz，占空比为0.5。输出电压波动较小，是因为选取的电感和滤波电容可以有效减小输出电压波动。增大电感可以减小输出电压波动，但是大电感的体积也会大。一般既要减小输出电压波动，又要使电感不太大，可以采取的措施是提高Buck电路的频率和采用滤波电容，本仿真中采取的滤波电容大小为100μF。3.2斩波电路（DC/DC3.2斩波电路（DC/DC）BOOST电路BOOST电路是一种常见的直流升压转换电路，用于将较小的输入直流电压转换为较大的输出直流电压，被广泛应用于电池供电设备、可再生能源系统和电源管理中。工作原理导通阶段（充电过程）：开关VT闭合时，电流从电源正极流经电感到达开关管，并最终回到电源负极。此时，电感开始储存能量，由于二极管VD反向偏置，因此电流不会流向负载。关断阶段（放电过程）：开关VT断开时，电感中的电流不能瞬间消失，根据楞次定律，电感会产生一个与原电流方向相同的感应电动势以抵抗电流的变化，这个感应电动势会使二极管VD正向偏置，允许电感中的电流继续流动，通过二极管VD给输出滤波电容充电并为负载供电。电感在开关S断开期间产生的感应电动势与输入电压叠加，使输出电压大于输入电压。输出电压公式BOOST电路原理图通过调节开关S的占空比，可调节BOOST电路输出电压的大小3.2斩波电路（DC/DC）由直流电源、IGBT（在TY→Electrical→Ideal→IGBT中）、pulse（在Modelica→Blocks→

Sources→Pulse中）、gateDriver（在TY→

Electrical→Semiconductors→GateDriver中）、储能元件、二极管、电阻及参考地组成。IGBT的驱动信号由脉冲发生器pulse产生，设定脉冲发生器pulse的脉冲宽度可以调节脉冲占空比。注意事项同BUCK电路。3.2斩波电路（DC/DC）BOOST电路参数设置如下表所示。参数幅值单位备注直流电压源Vdc100V输入电压IGBT（选取TYElectrical库中的器件）参数默认电路元件R20Ω电阻值L0.5mH电感值C100μF电容值参数幅值单位备注脉冲信号amplitude101010V脉冲幅值width505050%脉冲占空比period0.00010.00010.0001s脉冲周期仿真设置仿真时间0.01s—仿真步数500——积分算法Dassl——例3-3IGBT的开关频率为10kHz，占空比为0.5。通过仿真可知，若输出电压小于理论值，则可能是占空比不足、电感过小或负载过重；若纹波过大，则需要检查输出电容。电感电流若出现断续，则说明负载过轻或电感过小；而电流峰值超标则可能引发器件损坏。开关管电压尖峰过高时需要优化吸收电路。动态响应中出现振荡或超调表明可以进一步增加反馈环路。3.2斩波电路（DC/DC3.2斩波电路（DC/DC）BUCK-BOOST电路BUCK-BOOST电路是一种常用的DC/DC变换器，能够灵活地实现输出电压小于或大于输入电压，且极性相反（负压输出）工作原理通过控制开关管的占空比调节能量的存储与释放，使输出电压满足要求输出电压公式BUCK-BOOST电路原理图当α>0.5时，输出电压大于输入电压（BOOST模式）当α<0.5时，输出电压小于输入电压（BUCK模式）3.2斩波电路（DC/DC）根据BUCK-BOOST电路原理图选择相应器件，输出端反接VoltageSensor（在Modelica→Electrical→Analog→Sensors→VoltageSensor中）。3.2斩波电路（DC/DC）采用BUCK-BOOST电路将直流电源电压200V增大至300V，设计模型主要参数：Vdc=200V，L=2mH，C=100μF，R=20Ω。取脉冲发生器的脉冲周期为0.1ms，脉冲宽度为60%，仿真时间为0.04s，仿真步数为500，积分算法为Dassl。BUCK-BOOST电路输出电压的极性与输入电压的极性相反。BUCK-BOOST电路结构简单，使用的器件数量较少，使得对该电路的分析和调节相对容易。但在稳定性方面，Cuk电路的输出电压纹波ΔVo和输出电流纹波ΔIo都比较小，其输入电流也更为稳定，波动小，对电源要求较低，不易损害电源；而BUCK-BOOST电路的输入电流变化剧烈，波动大，在一些对电源稳定性要求较高的应用场景中可能存在不足。因此下面对Cuk电路进行仿真建模及分析。例3-4该电路可以实现增大电压的功能，但是输出电压的极性与输入电压的极性相反。通过进一步改变占空比，对不同占空比下的仿真结果进行分析，可以清晰地了解输出电压的幅值随着占空比的变化而变化。当占空比增大至0.5以上时，输出电压的幅值增大；当占空比减小至0.5以下时，输出电压的幅值减小，这与实际BUCK-BOOST电路的工作原理完全相符。3.2斩波电路（DC/DC）3.2斩波电路（DC/DC）CUK电路Cuk电路是一种既可用于升压又可用于降压的电路。工作原理该电路中只有一个开关器件VT，在VT导通时，电感L1的电流增大；在VT关断时，电源和电感L1的反电势共同给电容C1充电，C1两端的电压可以高于电源电压Vdc。在VT导通时，电容C1也经C2L2回路放电，使电容C2两端的电压受到VT驱动脉冲的占空比的控制。Cuk电路的特点是输入和输出都串联了电感，而电感L2和电容C2的滤波作用减小了负载R的电压和电流波动。目前，Cuk电路在多个领域得到了应用，如电源管理领域的笔记本电脑、手机等设备的电源模块，可再生能源领域的太阳能逆变器（用于电压调节），以及对EMI有需求的医疗设备或通信系统等输出电压公式CUK电路原理图α>0.5时，输出电压高于输入电压（BOOST模式）当α<0.5，输出电压低于输入电压（BUCK模式）3.2斩波电路（DC/DC）根据Cuk电路原理图选择相应器件，仿真模型中的VT采用的是IGBT。采用Cuk电路将直流电源电压24V升高至130V，设计模型主要参数：电源电压为24V，L1=0.1mH，L2=0.1mH，C1=1μF，C2=200μF，R=5Ω。取脉冲发生器的脉冲周期为0.1ms，脉冲宽度为84%，仿真时间为0.04s，仿真步数为500，积分算法为Dassl。仿真结果：电路可以实现升压功能3.2斩波电路（DC/DC）例3-53.2斩波电路（DC/DC）结果分析输出电压与输入电压之间极性相反，同时，通过改变占空比可以实现升压或降压，当占空比增大至0.5以上时，可以实现升压功能；当占空比减小至0.5以下时，可以实现降压功能。与BUCK-BOOST电路相比，该电路可以在较短时间内实现电压平滑输出，且超调量较小，动态性能较好；同时，其输入端和输出端都有一个电感，可以实现输入/输出电流连续，平滑的输出电流减小了输出电容的应力，配合合适的输出电容，可以得到较小的输出电压纹波。DC/AC变换器又称逆变器，其作用是将直流电转换为交流电，并可以调节和控制输出的交流电压（电流）和频率。逆变器有着广泛的应用，本节重点阐述单相电压型逆变电路和三相电压型逆变电路的仿真搭建，以及PWM控制的单相、三相逆变电路的搭建。3.3逆变电路（DC/AC）将直流电转换为交流电的核心电路，被广泛应用于变频器、UPS（不间断电源）、新能源发电等领域基本构成直流电源：用于提供稳定的直流输入电压，通常为电池或整流后的电源。并联在直流侧的滤波电容C：用于稳定电压、减小纹波，确保直流侧近似为恒压源。4个全桥开关器件组成H桥结构：分为两组桥臂（左桥臂S1、S2，右桥臂S3、S4）。每个开关器件反并联续流二极管（VD1～VD4），为感性负载电流提供续流通路。负载：连接在两个桥臂的中点（A、B点之间），可为电阻、电感或电机等。接地点：用于提供参考零电位。单相逆变电路3.3逆变电路（DC/AC）工作原理互补导通：同一桥臂的上、下两个开关（如S1与S3、S2与S4）互补导通，避免直通短路。对角线控制：通过交替导通对角线开关（S1与S4或S2与S3），在负载两端产生交变电压。输出波形控制：频率调节，通过改变开关的切换周期来调整输出交流电的频率；幅值调节，通过调节直流侧电压Vdc或采用PWM调制（如SPWM）来改变输出电压的有效值；PWM调制，通过高频调制开关占空比来生成近似正弦波（需要使用LC滤波器来平滑波形）。3.3逆变电路（DC/AC）功率半导体控制功率半导体可采用脉冲控制模块（在Modelica→Blocks→Sources→pulse中）与MOSFET的栅极进行连接。goto/from模块使用本仿真使用了goto/from模块：从端子引出导线后单击鼠标右键，建立goto将goto模块右拉可建立对应的from连接后的脉冲控制单相逆变电路仿真模型仿真使用的器件包括直流电源、电阻、参考地及MOSFET，均可在TYElectrical中找到。仿真实例3.3逆变电路（DC/AC）仿真参数设置如下表所示参数幅值单位备注直流电压源Vdc400V输出电压电阻R10Ω电阻值MOSFETVth2V阈值电压其余参数默认Pulse1amplitude15—幅值Period0.02s周期其余参数默认参数幅值单位备注Pulse2Starttime0.01s开始时间amplitude15

幅值Period0.02s周期其余参数默认仿真设置仿真时间0.1s—仿真步数500——积分算法Dassl变步长——3.3逆变电路（DC/AC）仿真结果：S1与S2的电压和负载的电压、电流波形如图所示。S1与S2互补导通，负载电压是幅值为400V的正负半周方波，而电流是幅值为40A的正负半周方波，输出波形满足理论要求。3.3逆变电路（DC/AC）DC/AC封装模块（在Modelica→Electrical→

PowerConverters→DCAC→SinglePhase2Level中）直流电压源、电阻、电感、PWM信号发生器（在Modelica→Electrical→PowerConverters→

DCAC→Control中）正弦信号发生器（在Modelica→Blocks→

Sources→Sine中）参考地3.3逆变电路（DC/AC）仿真参数设置如下表所示。参数幅值单位备注直流电压源Vdc150V输出电压Vdc250V输出电压电阻R100Ω电阻值电感L1H电感值DC/AC封装模块默认PWM信号发生器f5000Hz开关频率其余参数默认参数幅值单位备注正弦信号发生器f50Hz开关频率offset15

—偏置amplitude0.02—幅值仿真设置仿真时间0.1s—仿真步数500——积分算法Dassl变步长——3.3逆变电路（DC/AC）仿真结果：得到阻感负载下的电流与电压波形，如图所示。负载电压是幅值为17V左右的正弦波，而电流则为幅值接近0.17A的正弦波，波形有一定的毛刺，若想要波形更平滑，则可以提高PWM信号发生器的开关频率。3.3逆变电路（DC/AC）核心功能是将直流电转换为三相交流电基本构成直流电源：提供稳定的直流输入电压，通常为电池或整流后的电源。全桥开关器件（6个）：由6个可控开关器件（如IGBT、MOSFET）组成3个桥臂（桥臂S1、S4，桥臂S3、S6，桥臂S5、S2）。每个开关器件反并联续流二极管（VD1～VD6），为感性负载电流提供续流通路。负载：连接在桥臂的中点与中性点之间，可为电阻、电感或电机等。接地点：用于提供参考零电位。三相逆变电路3.3逆变电路（DC/AC）工作原理互补导通：同一桥臂的上、下两个开关互补导通，避免直流母线短路。相位差为120°：三相桥臂的开关信号彼此相差120°电角度，确保输出的三相电压对称。输出线电压（以A相和B相为例）：当S1导通（S4关断）且S6导通（S3关断）时，U相输出电压为+Vdc/2，V相输出电压为−Vdc/2，线电压Uab=Vdc。通过周期性地切换开关状态，可以生成三电平（+Vdc/2、0、−Vdc/2）的线电压脉冲序列。3.3逆变电路（DC/AC）仿真参数设置本仿真模型包括的器件有直流电压源、电阻、电感、参考地及MOSFET，均位于TYElectrical中。参数幅值单位

直流电压源Vdc200V

电阻R1～R3R10Ω

MOSFETVth2V

其余参数默认仿真实例3.3逆变电路（DC/AC）仿真参数设置如下表所示参数幅值单位备注pulse1Starttime0S开始时间amplitude5

幅值Period0.02S周期Pulse2Starttime0.02/6S开始时间amplitude5

幅值Period0.02S周期其余参数默认pulse3Starttime0.02/3s开始时间amplitude5

幅值Period0.02s周期其余参数默认pulse4Starttime0.01s开始时间amplitude5

幅值Period0.02s周期其余参数默认参数幅值单位备注pulse5Starttime0.04/3s开始时间amplitude5

幅值Period0.02s周期其余参数默认pulse6Starttime0.01/6s开始时间amplitude5

幅值Period0.02s周期其余参数默认仿真设置仿真时间0.1s—仿真步数500——积分算法Dassl、变步长——3.3逆变电路（DC/AC）仿真结果：启动仿真，可得到三相输出电压、电流波形，如图所示。可以看出，输出为四电平交流电压和四电平交流电流，符合预期，但是这种波形与真正的正弦交流波形还有很大的差距，谐波含量很高，因此可以使用PWM控制使输出波形更接近正弦波。3.3逆变电路（DC/AC）三相PWM逆变电路仿真模型由DC/AC封装模块、直流电压源、三相电阻、三相电感、中性点、PWM信号发生器、正弦信号发生器及参考地组成，三相电阻和三相电感及中性点均在Modelica→Electrical→Polyphase中。三相PWM逆变电路仿真实例3.3逆变电路（DC/AC）仿真参数设置如下表所示

参数幅值单位备注直流电压源Vdc150V输出电压Vdc250V输出电压三相电阻m3

维数R100Ω电阻值其余参数默认（含m的均替换为3）三相电感m3

维数L1H电感值其余参数默认（含m的均替换为3）Starm3

维数DC/AC封装模块参数默认PWM信号发生器f1000Hz开关频率参数幅值单位备注其余参数默认正弦信号发生器Offsetfill(0.5,3)—偏置starttimeZeros(3)—开始时间Amplitudefill(0.5,3)—幅值ffill(50,3)—频率Phase(-Modelica.Electrical.Polyphase.Functions.symmetricOrientation(3))×(57.2957795)仿真设置仿真时间0.1s—仿真步数500——积分算法Dassl、变步长——

3.3逆变电路（DC/AC）仿真结果：三相电压和电流波形均为正弦波。电压幅值在17V左右，相位互差120°；而电流幅值接近0.17A，相位互差120°。提高开关频率同样会使正弦输出波形更加平滑3.4AC/AC变换电路AC/AC变换器是一种直接将一种交流电参数（电压、频率或相位）转换为另一种交流电参数的电力电子装置，被广泛应用于电机调速、电能质量控制及可再生能源并网等领域。AC/AC变换器可分为调压型和调频型两类。调压型（如晶闸管交流调压器）通过相位控制调节输出电压幅值，但输出频率与输入频率相同，适用于灯光控制、电热调节等场合。调频型（如矩阵变换器、周波变换器）采用全控器件（如IGBT）和PWM，可以实现电压和频率的独立控制，适用于电机调速、新能源并网等需要变频的场合。调频型具有能量双向流动、高功率因数等优势，但控制复杂，需要解决换流和谐波问题。两者均需要优化开关策略以提高效率并减小电磁干扰。单相交流调压电路可以采用晶闸管器件的相位控制实现，阻性负载单相交流调压电路如图所示反并联的晶闸管VT1和VT2组成了交流双向开关，两者在交流输入电压的正、负半周轮流导通，通过控制晶闸管的导通时刻，可以调节负载两端的电压3.4AC/AC变换电路单相交流调压电路3.4AC/AC变换电路仿真模型由单相交流电压源、反并联晶闸管模块（在Modelica→Electrical→Analog→

Semiconductors中）梯形恒流源门极驱动（在Modelica→

Electrical→Analog→Sources）、纯电阻及参考地组成。功率半导体控制反并联晶闸管模块由两个反并联的晶闸管thyristor和thyristor1及两个理想二极管组成。仿真实例3.4AC/AC变换电路仿真参数设置如下表所示参数幅值单位备注交流电压源Uac50V峰值电压phi0Deg相位角f50Hz频率反并联晶闸管模块参数默认电阻R12Ω电阻值参数幅值单位备注梯形恒流源门极驱动I0.5A驱动信号幅值width0.002s驱动信号宽度starttime0.002s驱动开始时间period0.01s驱动信号周期仿真设置仿真时间0.04s

仿真步数500

积分算法Dassl，变步长

3.4AC/AC变换电路工作状态1：当φ≤α≤180°时，单相交流调压电路的输出电压和输出电流的正、负半周是不连续的，在这个范围内调节控制角，负载的电压和电流。工作状态2：当0o≤α＜φ时，单相交流调压电路处于失控状态，此时虽然控制角在变化，但负载电压不变，且是与电源电压相同的完整正弦波。3.4AC/AC变换电路结果分析由于晶闸管的斩波作用，阻性负载单相交流调压电路的输出电压和电流波形的正、负半周是不连续的，输出电压的有效值减小，实现了对交流电压的调节功能。当负载为阻感负载（由一个电阻和一个电感组成）时，负载存在阻抗角φ=arctan(ωL/R)，即如果用导线把晶闸管完全短接，则稳态时的负载电流相位滞后电源电压相位φ，其与交流调压晶闸管控制角α