MWORKS电力电子与电机系统建模与仿真 课件 第1-3章 MWORKS仿真平台介绍- 基于MWORKS的电力电子变换电路仿真

第一章MWORKS仿真平台介绍目录1.1MWORKS概述1.2Syslab介绍1.3Syslab的基本操作1.4从MATLAB到Syslab1.5Sysplorer介绍1.6Sysplorer的基本操作MWORKS概述基于模型的系统工程、信息物理融合系统、数字孪生及数字化工程等前沿技术持续突破创新MWORKS仿真平台作为新一代科学计算与系统仿真平台已构建覆盖装备全生命周期的数智化基础框架可完整实现信息物理融合系统从概念设计、多学科建模、虚拟仿真、数值计算到工程验证的全链条技术功能延伸至装备运维阶段的智能决策支持为装备数字化转型提供了完整的解决方案1.1MWORKS概述MWORKS特性1.基于Julia语言：依托高性能计算语言Julia构建科学计算环境Syslab。2.支持Modelica规范：采用多领域物理统一建模规范Modelica，自研系统建模仿真环境Sysplorer。3.全栈功能体系：完整复现了MATLAB/Simulink从基础计算平台到专业工具箱的全栈功能。4.架构革新：通过架构革新实现了对传统仿真工具的功能拓展与技术超越。1.1MWORKS概述MWORKS的组成（四大产品）1.1MWORKS概述基础资源模型库(Models)：提供多种基础模型，支持用户扩展，降低开发门槛。基础函数库(Functions)：提供基础数学和绘图函数，支持教学和科研。模块化工具箱体系：涵盖人工智能、信号处理、雷达系统建模等十大专业领域，支撑复杂工程系统的多学科融合创新。1.1MWORKS概述Syslab介绍作为新一代科学计算环境，Syslab以高性能科学计算语言Julia为核心构建多范式协同计算架构，聚焦算法开发、数值计算、数据分析与可视化等核心场景，为信息域计算分析提供通用化编程平台。该平台通过融合Python、M语言及C/C++、Fortran、R等多语言互操作能力，结合自研的专业工具箱，形成覆盖多学科领域的计算解决方案。1.2Syslab介绍Syslab通用化编程平台架构通用编程与算法开发采用Julia语言，提供交互式编程环境，兼容Python和M语言。高性能数学计算引擎内置数学函数，通过Julia的编译机制提供高效计算能力。数据分析与可视化支持多种数据格式的导入导出和可视化，可生成专业图形。内置系列专业工具箱内置信号处理、控制系统、人工智能等专业工具箱。一站式科学计算环境提供完备的交互式编程环境，开箱即用。高可用函数库组织开发了高质量、高性能的科学计算函数库。丰富的多语言支持提供多语言数学环境，无须安装MATLAB®，即可实现原有代码的快速重用。信息物理一体化与Sysplorer深度融合，实现信息物理系统的一体化研制。1.2Syslab介绍Syslab的基本操作以64位Windows系统为例，安装好MWORKS.Syslab2025a后，在桌面上会显示MWORKS.Syslab2025a(x64)图标，双击该图标即可打开Syslab。1.3Syslab基本操作Syslab默认布局打开文件夹操作步骤步骤一：打开资源管理器在左侧边栏中，找到并单击“资源管理”按钮，打开文件资源管理器界面。步骤二：选择目标文件夹在弹出的文件资源管理器窗口中，浏览并定位到您想要打开的文件夹。步骤三：确认打开选中目标文件夹后，单击窗口右下角的“打开”按钮，即可在Syslab中打开该文件夹。1.3.1文件夹基本操作新建文件夹1.点击新建按钮：在资源管理器中找到并单击“新建文件夹”按钮。2.输入名称：在弹出的输入框中，输入设置的文件夹名称。3.确认创建：按Enter键或点击空白区域完成创建。新建文件1.点击新建按钮，选择文件类型。2.输入文件名后按回车确认。1.3.1文件夹基本操作1.3.1文件夹基本操作文件搜索标题栏下方的搜索框用于在资源管理器中搜索文件，支持文件名、文件类型等的搜索。在搜索框中输入“矩阵”，文件搜索结果如图所示。文件剪切、复制和重命名在目录树上选择文件（或文件夹）并右击它，在弹出的快捷菜单中选择“剪切”或“复制”选项，可以对文件（或文件夹）进行复制，在目录树的其他文件夹下进行粘贴，完成文件（或文件夹）的移动或复制。在目录树上选择文件（或文件夹）并右击它，在弹出的快捷菜单中选择“重命名…”选项，可以对文件（或文件夹）进行重命名。语法高亮与行号显示编辑器自动识别代码语法，对关键字、变量等显示不同颜色，并在左侧显示行号。无需手动开启，新建或打开代码文件后自动生效。1.3.2代码的基本操作悬停显示当将鼠标指针悬停到某些文本上时，会弹出悬停提示窗口，窗口里会显示与鼠标指针下文本相关的信息。1.3.2代码的基本操作代码自动补全当使用代码补全功能时，Syslab会根据当前的项目和文件，以及光标所在的位置，提供一个建议列表。该建议列表包含了在当前的光标位置下，用户可能输入的代码，随着不断地输入字符，Syslab代码编辑器会根据当前输入的字符，对列表进行过滤。1.3.2代码的基本操作1.3.2代码的基本操作调试模式运行代码文件调试工具栏启动调试F5步进F10步入F11步出Shift+F11重启Ctrl+Shift+F5退出调试Shift+F51.3.2代码的基本操作断点调试F启用所有断点禁用所有断点删除所有断点REPL交互式环境Syslab提供了交互式命令行窗口（Read-Eval-Print-Loop，REPL），用于输入命令并查看结果。Syslab的工作区支持对命令行窗口中的模块、类型、宏、函数、变量等元素进行集中显示与编辑。在命令行中输入Julia脚本a=1//2a==0.5usingTyPlotplot(sin.(0:0.1:2pi))1.3.3命令行窗口与工作区的基本操作方式一：使用Pkg模块在命令行输入usingPkg回车加载。首先通过usingPkg命令导入Pkg模块，然后用它的函数管理其他包。方式二：使用包管理模式若进入包管理模式，则需要在命令行窗口中输入“]”后按Enter键，进入特殊的交互式包管理模式。1.3.3命令行窗口与工作区的基本操作1.3.3命令行窗口与工作区的基本操作工作区组成输入框：根据输入内容对工作区显示进行过滤按钮工具栏："清空工作区"和"列设置"等按钮表格树展示区：以表格树形式展示模块、类型、宏、函数、变量等元素进行显示。内容过滤功能u在输入框中输入"u"进行过滤变量数据操作根据输入框中的内容，对表格树节点是否包含输入内容进行过滤。对于工作区中的变量，可以通过双击或右击变量来打开所选内容，左侧会显示变量的表格视图。MWORKS提供专为科学计算与工程领域设计的新一代编程语言平台TyMLang（M语言计算环境），实现与MATLAB的兼容语言级兼容MATLAB系统性地原生支持MATLAB/M语言的核心语法、程序行为和机制。内置常用函数内置基础、数学、图形、控制系统、信号处理、通信等领域常用函数。M与Julia互调用原生访问Julia生态，能够调用Julia的科学计算库。快速复用存量代码无须安装MATLAB和修改源码即可实现存量M代码的兼容运行。1.4从MATLAB到Syslab语言特性差异MATLAB为并行计算引入了parfor、spmd等内置语法，也为面向对象引入了相应语法，而TyMLang尚不支持这些功能。边缘语法差距虽然MATLAB的语法相对简单，但在边缘情况下有大量细节需要注意。需要通过不断测试和修复来逐步完善TyMLang的语法兼容性。内置函数差距MATLAB内置了许多工具箱，包含了大量函数。函数的缺失导致用户在使用TyMLang时可能需要自行实现这些函数，或调用同元软控开发的Julia函数库，带来额外工作量。执行性能差距MATLAB在JIT编译上的长期投入使得其在循环、标量运算和修改数组等方面具有较高的性能。M命令行窗口的启动单击“从语言兼容”功能区中的“启动M命令行窗口”按钮即可进入M语言计算环境。使用M语言计算环境时，与M语言语法一致，可以创建变量、调用函数。1.4.1M命令窗口的启动与路径设置路径设置步骤一：单击“设置M搜索路径”按钮，并单击“添加文件夹”或“添加并包含子文件夹”按钮，在弹出的对话框中选择目标文件夹。步骤二：在“设置路径”对话框中单击“保存”按钮，即可完成M搜索路径的设置。1.4.1M命令窗口的启动与路径设置1.4.2M脚本的运行与调试M脚本运行流程1打开脚本单击"打开"下拉按钮，选择"打开文件"选项，选择目标脚本文件2运行脚本单击"运行"按钮，M语言计算环境执行脚本文件3查看结果命令行窗口输出执行结果，弹出绘图窗口，工作区显示变量值调试模式功能M兼容工具支持以调试模式运行M脚本，提供包括单步执行、断点设置、调用堆栈追踪及变量状态监控等核心调试功能。在编辑器中打开M脚本，在工具栏中首先单击“启动M命令行窗口”按钮，然后单击“调试”按钮或按F5键，即可开启调试运行1.4.3Syslab与M函数对标表MATLAB（基础）函数个数为480，同元工具箱TyBase对标MATLABR2020b版本的函数个数为498，做到全覆盖。TyBase主要覆盖了输入命令、矩阵和数组、数据类型、运算符和基本运算、循环及条件语句、数据导入和分析模块。其中，数据类型的元胞数组类型不支持，数据导入和分析模块支持部分常用函数。Sysplorer是面向多领域工业产品的系统建模与仿真验证平台，全面支持多领域统一建模规范Modelica，采用物理拓扑结构的层次化组织方式，支持物理建模、框图建模和状态机建模等多种可视化建模方法，具备嵌入式代码生成功能，可实现设计、仿真和优化的全流程一体化。支持物理、框图、状态机等多范式系统建模。支持大规模复杂系统的高效仿真求解。提供丰富易用的可视化后处理环境。支持模型驱动的代码生成与实时仿真。1.5Sysplorer介绍方式一：通过Syslab平台打开Sysplorer方式二：直接在桌面上打开Sysplorer1.6Sysplorer的基本操作两种方式打开SysplorerSysplorer物理建模环境如图所示，可以根据需要显示对应的子窗口。1.6.1Sysplorer物理建模1.6.1Sysplorer物理建模模型编辑窗口Sysplorer物理建模环境的主要工作区域，用于建立、编辑和查看模型。库浏览器默认位于界面左侧，以树形结构显示当前已加载模型的层次结构。直流发电机系统视图模型库列表以RC电路为例，演示拖曳建模全过程添加仿真库选择“主页”→“选项”→“模型库”，选择软件启动时预加载的模型库，可以添加TYElectrical。建议同时添加SyslabWorkspace，便于仿真数据交互。新建模型选择“文件”→“新建Modelica模型”→“model...”，在“新建模型”对话框中，填写模型名为“RC”，描述为“RC电路”。单击“确定”按钮，完成模型的创建。1.6.1Sysplorer物理建模参数设置步骤选择组件单击对应的组件，即可弹出组件参数设置对话框。设置电路参数设置电源电压Vdc为10V、R1阻值为20Ω、R2阻值为40Ω、C1容量为1μF。设置开关时序设置S1在t=0时刻闭合、t=0.2s时刻断开。模型检查步骤1打开检查功能选择"主页"→"检查"选项，查看检查输出页面提示信息。3查看检查结果模型检查无误后，可进行模型翻译。选择“建模”→“翻译”选项，查看翻译输出信息。如果没有错误翻译信息，则将模型转化为可执行文件。1.6.1Sysplorer物理建模1.6.1Sysplorer物理建模进行仿真条件设置。选择“主页”→“仿真设置”选项，根据需求选择仿真区间、积分算法等，设置完成后，单击“确定”按钮并保存到模型。开始时间：仿真开始，此处设置为0s。终止时间：仿真结束，此处设置为0.2s。步长：仿真输出点之间的间隔长度。步数：仿真生成的输出间隔的数目，此处设置为500步。类型：此处设置为变步长类型。算法：此处使用Dassl算法。精度：指定每个仿真步长的局部精度，此处设置为0.0001。初始积分步长：Dassl算法为变步长算法，默认积分步长为初始积分步长。确定并保存到模型：将仿真条件设置中的常规设置保存到模型中。1.6.1Sysplorer物理建模在结果查看器中可查看模型仿真进度，仿真结束后可查看模型输出信息。在结果查看器的仿真浏览器中单击变量，可查看变量随时间的变化曲线。1.6.1Sysplorer物理建模之前将电容两端的电压通过ToWorkspace连接到了Syslab，因此仿真结束后，在Syslab的工作区中即可查看电容两端电压的数值及对应的时间。可以将数据直接在Syslab中绘图，或者导出数据进行后处理。1.6.2Sysplorer框图建模Clarke变换数学表达式建模方法打开新模型：启动Sysplorer，从起始页中选择Sysblock模型；或者在Sysplorer环境内，单击“新建模型”下拉按钮，在下拉菜单中选择“Sysblock模型”选项，新建Sysplorer模型。双击新建的Sysblock模型，打开Sysblock编辑器。从模块库中添加模块：Clarke变换将三相静止坐标系映射到两相静止坐标系，以三相电压ua、ub和uc为例，通过Clarke变换可以得到uα和uβ。1.6.2Sysplorer框图建模ua=10sin(2π×50t)

ub=10sin(2π×50t−2π/3)注：该版本中的π等常数没有定义，因此需要在数据字典中对π等常数进行定义。1.6.2Sysplorer框图建模通过模型检查、模型翻译和仿真条件设置，可以得到Clarke变换仿真结果。Sysblock仿真还支持采用函数（Fcn）及C代码（CCaller）等形式进行数学模型的搭建。Sysblock也支持将仿真数据通过ToWorkspace写入Syslab的工作区中。1.6.2Sysplorer框图建模混合建模概念通过综合运用物理建模与控制算法设计的优势，提升系统建模的精确性和仿真效果。物理模型提供三相电压，框图系统负责实现具体算法。实现步骤将Sysblock模型中的电压源模块去掉，换成两个输入端口；然后在原来示波器的地方添加两个输出端口。在Sysplorer物理建模中新建一个空模型，命名为Clarke_Trans，并在用户模型中将Clarke变换Sysblock模型拖入名Clarke_Trans中，在模型库中添加50Hz的正弦交流电压，作为Sysblock的输入。Sysblock的输出通过ToWorkspace组件将数据导入Syslab。双端口输入/输出Clarke变换Sysblock模型基于混合建模的Clarke变换仿真1.6.2Sysplorer框图建模物理模型可在顶层包含Sysblock框图模型，并支持在子系统中包含Sysblock框图模型。目前版本支持在物理模型内嵌套Sysblock框图模型，暂不支持在Sysblock框图模型内嵌套物理模型。目前版本支持在物理模型内嵌套搭建完成的Sysblock框图模型，暂不支持在同一模型内同时包含物理模块和Sysblock框图模块。1.6.3从Simulink到SysblockMWORKS支持将Simulink模型通过Slx导入工具转换为Sysblock模型，实现用户存量模型重用，仅在初次转换时需要Simulink模型。方法一启动Sysplorer选择"主页"→"导入"→"SLX..."选项，进入"Slx导入工具"对话框方法二选择“文件"→"导入"→"SLX..."选项，进入"Slx导入工具"对话框实现步骤首先选择“导入”→“SLX…”选项，打开“Slx导入工具”对话框，选择本示例的svpwm.slx文件路径；其次单击“复制数据解析脚本到slx模型路径”按钮。选择slx模型所在的文件夹，脚本复制成功后将弹出提示框。打开MATLAB，将路径切换至svpwm.slx文件所在的文件夹，加载base.mat文件，并在MATLAB命令行窗口中运行SlxImporter_DataExport(‘slx模型名’)。在“Slx导入工具”对话框中添加新生成的.slxdata文件，同时清空当前基础工作区；设置生成路径，并勾选“模型导入完成后打开模型导入报告”复选框，单击“导入”按钮，即可将.slx文件导入Sysblock。1.6.3从Simulink到Sysblock实现步骤在Sysblock中对导入的slx模型进行仿真，得到svwpm.slx导入Sysblock的仿真结果。1.6.3从Simulink到Sysblock第二章电力电子与电机的基本特性及数学模型目录2.1电力电子器件的特性与建模2.2坐标变换2.3脉宽调制技术2.4电机的数学模型与动态特性分析2.1电力电子器件的特性与建模功率二极管符号（A:阳极,K:阴极）基于PN结的单向导电半导体器件，核心功能是实现电能可控单向导通。正向导通时呈现低正向压降，反向截止时可耐受高电压，但反向恢复特性较差。广泛应用于整流电路、续流保护等场景。Sysplorer提供两种模型：分段线性功率二极管和指数功率二极管。2.1电力电子器件的特性与建模整流功能功率二极管在电路中将交流信号转换为直流信号。只允许电流沿一个方向通过，当电压施加在正向偏置方向时，功率二极管处于导通状态，允许电流通过；在反向偏置情况下，功率二极管处于截止状态，阻止电流通过。续流保护功能功率二极管可在电力电子变换电路中通过导通续流通路，为电感负载提供电流释放路径，防止开关断开时产生电压尖峰。2.1电力电子器件的特性与建模线性功率二极管伏安特性解析正向电压超过参数正向导通电压Vf，则功率二极管表现为具有参数导通电阻Ron值的线性电阻；否则，功率二极管表现为具有Goff值的小电导。反向电压超过击穿电压VBV后，功率二极管的齐纳电阻为Rz。2.1电力电子器件的特性与建模指数二极管电流电压关系方程：参数计算公式：参数含义q：电子基本电荷，值为1.6×10-19CVBV：反向击穿电压（单位：V）

：发射系数Is：饱和电流（单位：A）Td：功率二极管的温度（单位：℃）Vt：Vt=KTd/qK：玻尔兹曼常数，值为1.38×10-23J/K2.1电力电子器件的特性与建模参数设置方法与界面说明在TYElectrical库中，功率二极管模型位于TYElectrical→Semiconductors路径下，名称为Diode将功率二极管拖至model窗口中，单击该器件，即可在"组件参数"对话框中对功率二极管的参数进行修改2.1电力电子器件的特性与建模tab参数group参数参数名称默认值单位参数描述常规参数Model0—二极管模型选择反向击穿BV70V反向击穿电压Rz0.3Ω齐纳电阻指数二极管主参数Tm125℃参数测量温度I-V曲线参数化I_curve{0.0137,0.545}A电流曲线参数点V_curve{0.6,0.7}V电压曲线参数点I10.0137A电流曲线参数点V10.6V电压曲线参数点直接参数IS_direct1e-12A饱和电流N_direct11发射系数tab参数group参数参数名称默认值单位参数描述线性二极管参数Ron0.3Ω导通电阻Goff1e-8S关断电导Vf0.6V正向导通电压结电容参数参数化JC0—结电容参数化方式固定结电容Cj5e-12F结电容C-V参数化VR{0.1,10,100}V反向偏置电压点C{3.5e-12,1e-12,0.4e-12}F反向偏置电压点对应的电容FC0.5—电容系数直接输入参数CJ0_direct5e-12F零偏结电容VJ_direct1V节电势M_direct0.5—梯度系数功率二极管模型参数2.1电力电子器件的特性与建模功率二极管模型的结果变量与中间变量变量类型变量名称单位数值类型描述结果变量VdVReal二极管电压iAReal二极管电流vAVRealA端口电压iAARealA端口电流vKVRealK端口电压iKARealK端口电流中间变量VtVReal热电压ISAReal饱和电流变量类型变量名称单位数值类型描述中间变量CdFReal结电容VJVReal结电势QjCReal结电容电荷量N—Real发射系数M—Real梯度系数F1—Real电容系数1F2—Real电容系数2F3—Real电容系数32.1电力电子器件的特性与建模需要用到的器件分别为单相交流电压源（在TYElctrical→BasicComponents→IdealElectricSources中）、功率二极管、纯电阻（在TYElctrical→BasicComponents→IdealBasicComponents中）及参考地（GND）。例2-1单相半波整流电路仿真参数设置结果分析2.1电力电子器件的特性与建模参数幅值单位备注交流电压源Ucv_amp50V峰值电压phi0deg相位角f50Hz频率功率二极管D1Model0

0—线性二极管1—指数型二极管其他参数默认———电阻R1R110Ω电阻值仿真设置仿真时间0.1s—仿真步数500——积分算法Dassl、变步长——2.1电力电子器件的特性与建模需要用到的器件分别为直流电压源（在TYElctrical→BasicComponents→IdealElectricSources中）、功率二极管、纯电阻、电感和理想开关（在TYElctrical→BasicComponents→IdealBasicComponents中）、脉冲信号源（在Modelica→Blocks→Sources中）及参考地。例2-2开关电路功率二极管续流2.1电力电子器件的特性与建模仿真参数设置仿真结果仿真结果分析：当理想开关按照1kHz频率开关时，功率二极管可以实现对电感电流的续流参数幅值单位备注直流电压源Vdcv050V输出电压功率二极管（选取Modelica库中的器件）D1参数默认电阻、电感和理想开关R1、L1和S1R110Ω电阻值L11mH电感值S1参数默认———脉冲信号pulseamplitude1V脉冲幅值width50%脉冲占空比period0.001s脉冲周期仿真设置仿真时间0.003s—仿真步数500——积分算法Dassl、变步长——2.1电力电子器件的特性与建模晶闸管简介晶闸管（Thyristor）也称可控硅（SCR）由3个PN结组成的电流驱动型大功率半导体器件具有单向导电性，且具有可控性具有开和关两种状态，用于调光、调速、电热控制及逆变/变频等大功率电路正向特性在晶闸管的A、K两端施加的电压u>0时，称为正向特性。当控制极电流IG=0时，随着u的增大，漏电流i很小，与功率二极管的反向特性类似；当u增大到转折电压UBO时，漏电流i陡然增大，晶闸管导通，与功率二极管的正向特性类似；晶闸管正常工作时，应调节控制极电压，使控制极电流IG>0；而且IG越大，转折电压UBO越小。当控制极开路（IG=0），且正向电流小于维持电流IH时，晶闸管自动关断。Sysplorer中的符号2.1电力电子器件的特性与建模反向特性反向特性(u

≤0)：类似二极管的反向特性，只有很小的反向电流IR。导通关断条件由于晶闸管只有开和关两种工作状态，因此其具有开关特性。状态条件说明从关断到导通阳极电势高于阴极电势门极驱动电流大于设定触发电流两者都需要满足保持导通阳极电势高于阴极电势晶闸管电流大于保持电流两者都需要满足从导通到关断阳极电势低于阴极电势晶闸管电流小于保持电流满足任一条件即可2.1电力电子器件的特性与建模参数设置晶闸管在TYElectrical→Semiconductors路径下。将晶闸管拖至模型窗口后，单击该器件可打开"组件参数"对话框进行修改。tab参数Group参数参数名称默认值单位参数描述常规主参数ModelOption1—IV特性模型选择Ron1Ω导通电阻Ih1e-3A保持电流I_DRM1e-9A最大关断电流V_DRM400V最大关断电压查表参数VT_vector{{0.75},{1},{1.25},{1.5},{1.75},{2},{2.25}}V导通电压向量IT_vector{{0.015},{0.22},{0.75},{1.4},{2},{2.75},{3.45}}A导通电流向量触发参数I_GT3e-6A控制极触发电流V_GT0.6V触发时控制极-阴极电压变量类型变量名称单位类型描述中间变量State—Boolean晶闸管导通状态结果变量vVReal晶闸管阳极-阴极电压iAReal晶闸管电流电路工作原理当晶闸管在电源电压正半周导通时，负载两端的电压（电阻电压）随电源电压变化；当电源电压小于零时，晶闸管两端的电压为负，负载两端的电压为零。仿真参数设置参数幅值单位备注交流电压源Ucv_amp50V峰值电压phi0Deg相位角f50Hz频率晶闸管（选取Modelica库中的器件）D1参数默认电阻R1R12Ω电阻值脉冲信号pulseamplitude5V脉冲幅值width10%脉冲占空比starttime0.005s脉冲开始时间period0.001s脉冲周期仿真设置仿真时间0.05s—仿真步数500——积分算法Dassl、变步长——仿真实例：晶闸管单相半波整流仿真模型2.1电力电子器件的特性与建模2.1电力电子器件的特性与建模MOSFET符号输出特性曲线组成由栅极(G)、源极(S)、漏极(D)及氧化物绝缘层构成。MOSFET分为增强型与耗尽型两类，且包含N沟道和P沟道两种导电类型。优势具有输入阻抗高、功耗低、开关速度快等优势，被广泛应用于电源、电机驱动等电气领域。工作区域特性线性区：沟道电阻为主导，ID与VDS近似呈线性关系，表现为类似电阻的特性。饱和区：沟道夹断，ID主要由VGS进行控制，不随VDS的增大而显著增大，形成恒流特性，通常开关电源和逆变器利用饱和区的特点进行工作。截止区：VGS<VTH，ID趋于零。2.1电力电子器件的特性与建模在Sysplorer中，假设理想MOSFET的关断和开启状态都是理想状态，且不考虑开关的延迟与损耗。当栅源电压VGS超过指定的门限电压VTH时，MOSFET处于导通状态，否则处于关断状态。在导通状态下，漏极、源极之间表现为具有电阻Rds的线性电阻；在关断状态下，漏极、源极之间表现为具有低关断状态电导Goff的线性电阻。模型中还包含了反并联二极管，可以起到续流作用。电接口模式判断及代码如下：ifVGS>VTH VDS=ID*Rdselse ID=VDS*Goffplot(sin.(0:0.1:2pi))2.1电力电子器件的特性与建模参数设置方法与界面说明tab参数group参数参数名称默认值单位参数描述常规参数GateControlPort1—门极接口类型选择Rds0.01Ω导通电阻Goff1e-6S关断电导Vth2V触发电压保护二极管参数ModelDynamics无保护二极管—二极管动态特性选择Diode_Vf0.6V正向电压Diode_Ron0.3Ω导通电阻Diode_Goff1e-8S关断电导变量类型变量名称单位类型描述结果变量vVRealMOSFET电压iARealMOSFET电流2.1电力电子器件的特性与建模在该电路系统中，需要用到的器件分别为直流电压源、MOSFET、纯电阻、电感、电容、脉冲信号、功率二极管及参考地。以BUCK电路为例仿真参数设置结果分析2.1电力电子器件的特性与建模参数幅值单位备注交流电压源Vdcv020V输出电压晶闸管（选取Modelica库中的器件）D1参数默认负载R15Ω电阻值L110mH电感值C11mF电容值脉冲信号pulseamplitude10V脉冲幅值width50%脉冲占空比period0.001s脉冲周期仿真设置仿真时间0.1s—仿真步数500——积分算法离散求解——仿真结果分析：当MOSFET以1kHz开关频率，占空比为50%工作时，BUCK电路的输出电压为电源电压的一半。2.1电力电子器件的特性与建模IGBT简介IGBT是一种复合型功率半导体器件，兼具电压控制型器件的快速开关特性与双极器件的低导通损耗优势，支持高频开关操作，同时具备承受大电压和大电流的能力。IGBT凭借低饱和压降、高开关频率及良好的热稳定性，被广泛应用于工业电机驱动、新能源发电及电动汽车主驱系统等领域。正向特性G_PS为栅极、E为发射极、C为集电极。栅极-发射极电压（VGE）超过门限电压（VTH）后，IGBT导通，否则IGBT关断。在导通状态下，IGBT的漏极、发射极之间类似线性功率二极管，具有正向压降Vf和导通电阻为Ron的线性电阻；在关断状态下，漏极、发射极之间表现为具有低关断状态电导Goff的线性电阻。此外，该模型中还包含了反并联二极管，可以起到续流作用。Sysplorer中的符号电接口模式判断及代码如下：ifVGE>VTHandVCE>Vf ICE=(VCE-Vf*(1-Ron*Goff))/Ronelse ICE=VCE*Goffplot(sin.(0:0.1:2pi))2.1电力电子器件的特性与建模参数设置方法与界面说明tab参数group参数参数名称默认值单位参数描述常规参数GateControlPort1—门极接口类型选择Ron0.001Ω导通电阻Goff1e-5S关断电导Vf0.8V正向导通电压Vth6V阈值电压保护二极管参数ModelDynamics无保护二极管—二极管动态特性选择Diode_Vf0.6V正向电压Diode_Ron0.3Ω导通电阻Diode_Goff1e-8S关断电导变量类型变量名称单位类型描述结果变量vVRealIGBT电压iARealIGBT电流u1Real门极物理信号中间变量Vth—Boolean阈值电压判断变量Ith—Boolean保持电流判断变量2.1电力电子器件的特性与建模基于IGBT的BUCK电路仿真模型结果分析

仿真结果分析：当电源电压Vdc为800V，IGBT以1kHz开关频率，占空比为50%工作时，BUCK电路的输出电压约为399V(由于正向电压Vf=0.8V)。2.2坐标变换正弦信号Asin(ωt+φ)可表示为复平面上以角速度ω逆时针旋转、模长为幅值A、初始辐角为初相位φ的矢量，其复指数形式Aej(ωt+φ)。通过欧拉公式将正弦信号的时域动态转换为复平面旋转矢量。2.2坐标变换三相对称量电压U、电流I和磁链ψ等物理量均为三相对称量。它们均可通过一个旋转矢量在相隔120°的三个时间轴（ABC轴向）上的投影来表示。三时标单矢量表示法通过一个旋转矢量同时表示三相对称量。这个能同时代表三相物理量的旋转矢量，为综合矢量。幅值与旋转特性当综合矢量与某相轴线重合时，该相瞬时值达到最大。综合矢量沿逆时针方向旋转，转速等于电流角频率ωe。2.2坐标变换正序电流综合矢量定义：ia+=I+cosωet，ib+=I+cos(ωet−120°)，ic+=I+cos(ωet+120°)公式：负序电流综合矢量公式：注：*代表共轭运算，合成矢量顺时针旋转。不对称电流当三相电流不对称时，可以将其分解为正序分量和负序分量，若正序分量和负序分量的幅值不相等，则合成的综合矢量的运动轨迹为椭圆形，且瞬时转速不恒定。2.2坐标变换在任意方向S上的投影2.2坐标变换零序分量由于零序分量无法在电流综合矢量中直接表示，当三相电流包含零序分量时，必须在电流综合矢量于各轴投影得到的瞬时值上加上对应的电流零序分量才能得到该相的电流瞬时值。推广以上对三相电流综合矢量的分析可以推广到任意三相变量，如三相电压、三相磁链等。推广至m相系统推广到m相系统，此时只需将旋转算子改为α=ej360°/m。2.2坐标变换三相系统的电压、电流或磁链在空间上成120°对称分布，Clarke变换通过线性投影将其映射到两相静止坐标系（ab坐标系）。因此Clarke变换也被称为ab变换。综合矢量投影是ab

坐标系和ABC三相静止坐标系的核心纽带。Clarke变换通过正交投影将三相矢量的瞬时值映射到ab平面，形成旋转矢量的二维投影。而反Clarke变换则通过逆投影将两相分量还原为三相分量。2.2坐标变换反Clarke变换(αβ→ABC)Clarke变换(ABC→αβ)2.2坐标变换

当三相系统采用星形接线且无中性点时，根据基尔霍夫电流定律，三相电路中不存在零序分量，同时满足

在实际电路中，为了降低电流传感器成本，通常只采样两相电流进行变换计算。以采样A、B两相电流为例，可以将Clarke变换和反Clarke变换的表达式分别改写为2.2坐标变换利用Sysblock仿真环境搭建模型，分别实现Clarke正变换与反变换的算法验证。模型包含两个JuliaFunction模块：Clarke变换模块，iClarke模块。functionfcn(u1,u2) y1=u1y2=(u1+2*u2)/sqrt(3) return

y1,y2endfunctionfcn1(u1,u2) y1=u1y2=(-u1+sqrt(3)*u2)/2

y3=(-u1-sqrt(3)*u2)/2return

y1,y2,y3endClarke变换Clarke反变换2.2坐标变换在该仿真模型中，输入A、B两相正弦电流（相差120°电角度），其幅值为10A、频率为50Hz。该波形验证了系统在标准工频输入下的响应特性。首先，通过Clarke变换模块，可将A、B两相正弦电流变换为α、β两相正弦电流（相差90°电角度）。然后，通过iClarke变换模块，将其还原成A、B、C三相对称电流。2.2坐标变换Park变换的本质是通过坐标旋转同步跟踪电机转子的磁场位置，将定子侧的正弦交流量转换为转子参考系下的直流分量。在电机驱动中，定子电流的ab分量经Park变换后，d轴（直轴）分量对应磁场方向，q轴（交轴）分量对应转矩方向。二者相互解耦，可独立调节磁链与转矩，实现类似直流电机的高性能控制。电流综合矢量和dq坐标系的旋转速度与旋转方向一致，因此电流综合矢量在d轴、q轴方向上的分量id和iq均为直流量。2.2坐标变换Park变换(αβ→dq)反Park变换(dq→αβ)2.2坐标变换

当三相系统采用星形接线且无中性点时，根据基尔霍夫电流定律，三相电路中不存在零序分量，可以将Clarke变换和反Clarke变换的表达式分别改写为2.2坐标变换利用Sysblock仿真环境搭建模型，分别实现Park正变换与反变换的算法验证。模型包含两个JuliaFunction模块：Park变换模块，iPark模块。functionfcn(u1,u2,theta_e) y1=u1*cos(theta_e)+u2*sin(theta_e)y2=-u1*sin(theta_e)+u2*cos(theta_e)return

y1,y2endPark变换Park反变换functionfcn1(u1,u2,theta_e) y1=u1*cos(theta_e)-u2*sin(theta_e)y2=u1*sin(theta_e)+u2*cos(theta_e)return

y1,y2

end2.2坐标变换两个模块中的电角度θ可根据iα确定，根据电磁理论，当iα=0时，θ=0。输入α、β两相正弦正交电流（相差90°电角度），其幅值为10A、频率为50Hz。首先，通过Park变换模块，可将α、β两相正弦正交电流变换为d、q直流电流；然后，通过iClarke变换模块，将其还原成α、β两相正弦正交电流。2.3脉宽调制技术脉宽调制（PulseWidthModulation，PWM）技术是一种通过调节周期性脉冲信号的占空比实现对模拟信号精确控制的技术，被广泛应用于电力电子与电机驱动领域，以实现电能的高效转换与精准控制，并且可以支撑矢量控制、直接转矩控制等先进算法的工程实现。按调制原理进行分类，PWM主要包括基于正弦波的PWM（SinusoidalPWM，SPWM）、基于空间矢量的PWM（SpaceVectorPWM，SVPWM）。2.3脉宽调制技术SPWM（正弦脉宽调制）是通过调制脉冲宽度按正弦规律变化来生成近似正弦波的方法，是电力电子技术中实现电能变换的核心手段。将期望的正弦信号（调制波）与高频三角载波信号进行比较，控制功率开关器件的导通与关断，使输出脉冲序列的等效面积与正弦波在对应区间内一致。灵活控制逆变电路输出电压的基波频率和幅值，实现高效、低谐波的电能转换，广泛应用于变频器、UPS电源等设备中。2.3脉宽调制技术在正弦波和三角波的交点时刻控制功率开关器件的导通与关断，称为自然采样法。但该方法需要解超越方程，在现阶段利用MCU或DSP进行求解尚无法满足解算时间要求，因此其在电力电子或电机控制等实时控制系统中应用不多。2.3脉宽调制技术用经过采样的正弦波（阶梯波）与三角波载波相交，根据交点得到脉冲宽度。当只在三角波的顶点或底点位置对正弦波进行采样时，采样频率与三角载波频率相等。此时，由采样得到的阶梯波与三角波的交点确定的脉冲宽度在一个采样周期（三角波的周期，也称为开关周期）内的位置是对称的。2.3脉宽调制技术Ur模块正弦信号模块，用于生成调制信号Carrier模块任意形状信号生成模块，用于生成三角载波信号relay模块比较输出模块，用于比较调制波与载波信号NOT模块逻辑比较模块，用于实现PWM信号的反转基于自然采样法的SPWM仿真模型基于规则采样的SPWM仿真模型2.3脉宽调制技术自然采样法的SPWM仿真结果2.3脉宽调制技术规则采样法的SPWM仿真结果基于规则采样法的SPWM在一个载波周期（开关周期）内，脉冲宽度是基于中心位置对称的，因此该采样方法适用于MCU和DSP等实时控制系统。基于规则采样法的死区设置结果基于规则采样法的SPWM中设置的死区结果如图所示，可以看出，死区时间为20μs。2.3脉宽调制技术SVPWM是一种通过合成特定电压矢量来实现信号调制的方法，由于其可有效提升直流电压利用率，且实现方式简单、物理意义明确，因此是实现多相逆变系统控制技术的重要组成部分。Vdc为直流母线电压，Sa+、Sb+、Sc+、Sa−、Sb−、Sc−分别为三相上、下桥臂的触发信号。触发信号为1表示开关管导通，为0表示开关管关断。不同逆变器的开关状态对应8个基本空间电压矢量，零矢量U0和U7为中心点。以U4(100)为例，100分别代表ABC三相上桥臂触发信号的状态，即Sa+=1、Sb+=0、Sc+=0，对触发信号进行二进制编码；下标4即二进制数100对应的十进制数。2.3脉宽调制技术基本概念6个基本空间电压矢量幅值相等，均为2Vdc/3基本电压空间矢量的末端顺次相连构成正六边形六边形内接圆内部为线性调制区，半径为以非零基本空间电压矢量为界将αβ坐标系构成的线性调制区等分为6个扇区电压矢量与开关状态对应关系合成原理扇区内的基本空间电压矢量在一定时间内对磁链的作用可由边界的基本空间电压矢量与零矢量合成。SaSbScuαuβ矢量00000U01002Vdc/30U4010-Vdc/3U2110Vdc/3U6SaSbScuαuβ矢量001-Vdc/3U1101Vdc/3U5011-2Vdc/30U311100U72.3脉宽调制技术第I扇区分析设基本电压矢量U₄和U₆的作用时间分别为t₄与t₆，零矢量U₀和U₇的作用时间t₀。基本关系式：三角载波幅值为Vₜₚ时，各功率管导通时间：各相调制波大小：坐标变换将3个分量投影到αβ坐标系并代入基本空间电压矢量幅值：因此，t₄、t₆可表示为：2.3脉宽调制技术根据反Clarke变换，在ABC坐标系下可得SVPWM调制波的表达式为式中，ua*、ub*和uc*为电流环PI输出的d轴、q轴电压经过反Park变换得到的ABC坐标系下的三相电压参考值。定义零序分量uz*=(2k−1)Vtp−kua*−(1−k)uc*，根据各扇区内三相电压的关系，可以得到所有扇区内零序分量的通用表达式为当k=1/2时，2.3脉宽调制技术模块参数数值输入电压模块（正弦模块）振幅/V100偏置/V0频率/（rad/s）314（注：π常数需要自行定义数值）相位/rad0（α相）、−3.14/2（β相）采样时间/s0（自然采样）直流电压模块幅值/V200仿真设置步长/s1e-6终止时间/s0.04SVPWM零序分量计算模块SVPWM仿真模型2.3脉宽调制技术结果分析：SVPWM三相调制波仿真结果如图所示，该波形为马鞍形调制波，与常规SVPWM调制波结果一致。后续与三角载波生成PWM信号，以及生成死区的方式和SPWM所述一致。2.4电机的数学模型与动态特性分析模型将直流电机的定子励磁绕组（下标为f）置于d轴，转子电枢绕组（下标ar）对齐q轴。由于d轴和q轴正交，因此定子励磁绕组和转子电枢绕组相互解耦。作为电动机运行时，两套绕组分别采用两组直流电源进行供电，产生电磁转矩的驱动转子运动。作为发电机运行时，定子励磁绕组通入励磁电流，当原动机带动转子旋转，且转子电枢绕组接入负载时，转子电枢绕组输出直流电流。直流电机2.4电机的数学模型与动态特性分析定子励磁支路:直流电机数学模型转子励磁支路:2.4电机的数学模型与动态特性分析直流电机可作为发电机或电动机使用，其中，直流发电机的主要运行特性包括空载特性、负载特性和外特性，直流电动机的主要运行特性包括转速特性、转矩特性与机械特性。额定功率/W额定电压/V额定电流/A额定转速/（r/min）Rf/ΩLf/HRar/ΩLar/HLaf/HJ/kg·m2Bm60012041500100100.20.0150.60.502.4电机的数学模型与动态特性分析空载特性定义空载特性指当直流发电机的转速n不变，且Iar为零时，空载电枢电动势Ear和If之间的关系。仿真设置转速设置为1500r/min不变转子电枢绕组开路（Iar=0）通过改变定子励磁支路的电压来改变励磁电流的大小线性特性由于Sysplorer的TYMotor中的直流电机没有考虑磁场饱和特性，因此其空载特性曲线为一条直线。直流发电机空载特性曲线2.4电机的数学模型与动态特性分析负载特性定义负载特性指当直流发电机的转速n和电枢电流Iar均为恒值时，转子电枢绕组的端电压Uar和定子励磁电流If之间的关系。仿真设置电枢电流：4A（额定电流）改变参数：定子励磁支路电压，从而改变励磁电流结果分析相比于空载特性曲线，负载特性曲线有所下移。这表明在相同励磁电流下，带负载时的端电压低于空载时的电枢电动势。直流发电机负载特性曲线转速设置为1500r/min不变2.4电机的数学模型与动态特性分析外特性定义外特性指当直流发电机的转速n和励磁电流If均为恒值时，转子电枢绕组的端电压Uar和负载电流Iar之间的关系。仿真设置励磁电流：1.5A改变参数：通过改变外部负载的大小来改变电枢电流的大小结果分析外特性曲线是随负载电流的增大而下降的曲线。直流发电机负载特性曲线转速设置为1500r/min不变2.4电机的数学模型与动态特性分析异步电机也称感应电机，通常作为电动机被广泛应用于工业、农业、军事等领域，其核心结构由定子绕组和鼠笼式/绕线式转子构成。定子通入三相交流电后产生旋转磁场，切割转子导体，从而产生感应电流，进而形成转子磁场与定子磁场，两者相互作用产生电磁转矩。异步电机无须直流励磁系统，具有结构简单、成本低廉、维护便捷及运行可靠等优势，但其功率因数较低且调速性能受限，从而制约了其在高性能场景中的应用。三相异步电机2.4电机的数学模型与动态特性分析异步电机数学模型定子电压方程转子电压方程磁链表达式电磁转矩方程电机运动方程2.4电机的数学模型与动态特性分析三相异步电机通常可以工作在电动、发电和制动3种状态下，根据电机学中阐述的基本原理可知，三相异步电机状态转换的可通过改变转差率s实现。参数数值参数数值额定功率PN/kW4额定电压UN/V380额定转速nN/（r/min）1430额定频率fN/Hz50极对数np2定子电阻Rs/Ω1.4定子漏感Ls/mH0.58转子电阻Rr/Ω1.4转子漏感Lr/mH0.58互感Lm/mH172转动惯量J/kg·m20.015摩擦系数Bm0.0032.4电机的数学模型与动态特性分析给定负载转矩−25Nm，当将电机接入380V/50Hz三相电源时，三相异步电机电动状态仿真结果如图所示。由于电机为2对极，因此同步转速为1500r/min。在电动状态下，电机的转差率为0.047，电磁功率为3.8kW。2.4电机的数学模型与动态特性分析给定原动机输入转矩25Nm，当将电机接入50Hz三相电源时，三相异步电机发电状态仿真结果如图所示。由于电机为2对极，因此同步转速为1500r/min。可以看出，在发电状态下，电机的转差率为−0.037，电磁功率为−4kW。（注：正方向为电动机方向，负号为发电）2.4电机的数学模型与动态特性分析基本定义作为一种高效节能的同步电机，永磁同步电机（PermanentMagnetSynchronousMachine，PMSM）以永磁励磁转子为核心结构，通过定子和转子间的磁场耦合实现机电能量的双向转换该类电机目前已被广泛应用于电动汽车、风力发电、无人装备、高端加工等领域。结构分类表贴式(SPMSM)内置式(IPMSM)将永磁体粘贴在转子表面其直轴磁阻和交轴磁阻差异很小，因此d轴电感Ld和q轴电感Lq相同将永磁体嵌入转子内部因此电机的d轴磁阻明显和q轴磁阻不相等三相永磁同步电机2.4电机的数学模型与动态特性分析永磁同步电机数学模型dq坐标系下的三相PMSM的电压方程dq坐标系下磁链表达式电磁转矩方程电机运动方程2.4电机的数学模型与动态特性分析三相PMSM既可作为发电机又可作为电动机运行。而作为电动机运行时需要采用FOC（矢量控制）等手段参数数值参数数值额定转速nN/（r/min）1500额定空载电压U0/V112.3（有效值）极对数np2额定频率fN/Hz50d轴电感Ld/mH1定子电阻Rs/Ω0.03转动惯量J/kg·m20.15q轴电感Lq/mH12.4电机的数学模型与动态特性分析首先进行空载仿真。设置负载绕组电阻无穷大，等效定子绕组开路，得到三相永磁发电机空载仿真结果。空载电压的有效值为112.3V，与电机参数吻合。2.4电机的数学模型与动态特性分析当设置负载电阻为1Ω时，得到该三相PMSM的负载特性。输出功率（电磁功率）约为-32kW，通过计算可以得到，在电流为101A时，电机端电压下降约8.3%。（注：正方向为电动机方向，负号为发出电功率）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)