电力电子与MALAB应用技术

电力电子与MATLAB应用技术3.1电力电子器件与MATLAB3.1.1电力二极管电力二极管是一种具有单向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2．电力二极管在MATLAB中实现电力二极管仿真模型: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参数设置界面ResistanceRon：电力二极管元件内电阻InductanceLon：电力二极管元件内电感ForwardvoltageVf：电力二极管元件正向管压降VfInitialcurrentIc：初始电流SnubberresistanceRs：缓冲电阻SnubbercapacitanceCs：缓冲电容3.电力二极管元件的仿真举例单相半波整流器3.1.2晶闸管1.晶闸管工作原理2．晶闸管伏安特性阳极、阴极、门极分别表示为A、K、g3．晶闸管在MATLAB中的实现由一个电阻Ron、一个电感Lon、一个直流电压源Vf和一个开关串联组成。开关受逻辑信号控制，该逻辑信号由电压Vak、电流Iak和门极触发信号g决定。晶闸管仿真模型原理晶闸管模块的图标晶闸管元件参数设置ResistanceRon：晶闸管元件内电阻RonInductanceLon：晶闸管元件内电感LonForwardvoltageVf（V）：晶闸管元件的正向管压降VfInitialcurrentIc（A）：初始电流IcSnubberresistanceRs（ohms）：缓冲电阻RsSnubbercapacitanceCs（F）：缓冲电容Cs4.晶闸管仿真举例单相半波整流器模型Pulse的参数设置对话框晶闸管模块设置：Ron=0.001Ω；Lon=0H；Vf=0.8V；Rs=20Ω；Cs=4e—6F；串联RLC元件模块和接地模块到Thyristor模型R=1Ω；L=0.01H仿真参数：选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为0.1α=0°°单相半半波整流流桥仿真真结果反并联续续流二极极管3.1.3可可关断断晶闸管管1.可可关断晶晶闸管工工作原理理2.GTO的的静态伏伏安特性性3.GTO在在MATLAB中的实实现GTO模模型由电电阻Ron电感感Lon、直流流电压源源Vf和和开关串串联组成成，该开开关关受受一一个个逻逻辑辑信信号号控控制制，，该该逻逻辑辑信信号号又又由由GTO的的电电压压Vak、、电电流流Iak和和门门极极触触发发信信号号（（g））决决定定参数数设设置置ResistanceRon（（ohms））：：元元件件内内电电阻阻RonInductanceLon（（H））：：元元件件内内电电感感LonForwardvoltageVf（（v））:元元件件的的正正向向管管压压降降VfCurrent10%falltime（（s））：：电流流下下降降到到10%的的时时间间Currenttailtime(s):电电流流拖拖尾尾时时间间TtInitialcurrentIc(A):初初始始电电流流IcSnubberresistanceRs(ohms):缓缓冲冲电电阻阻RsSnubbercapacitanceCs(F):缓缓冲冲电电容容Cs，，5.可可关关断断晶晶闸闸管管元元件件的的建建模模和和仿仿真真应应用用实实例例单相相半半波波整整流流器器仿真真模模型型参参数数设设置置：：交流流电电压压源源幅幅值值5V，，频频率率为为50HZ，，LRC分分支支参参数数R=1ΩΩ，，L=0.01H，，C＝＝inf仿真真算算法法选选择择ode23tb算算法法，，将将相相对对误误差差设设置置为为1e-3仿真真开开始始时时间间为为0，，停停止止时时间间设设置置为为0.1。。α=30°°GTO单单相相半半波波整整流流器器仿仿真真结结果果3.1.4绝绝缘缘栅栅双双极极型型晶晶体体管管1．．绝绝缘缘栅栅双双极极型型晶晶体体管管工工作作原原理理2.IGBT的的伏伏安安特特性性3．．IGBT在在MATLAB中中的的实实现现由电电阻阻Ron、、电电感感Lon和和直直流流电电压压源源Vf与与逻逻辑辑信信号号（（g>0或或g=0））控控制制的的开开关关串串联联电电路路组组成成输入入C和和输输出出E对对应应于于绝绝缘缘栅栅双双极极型型晶晶体体管管的的集集电电极极C和和发发射射极极E输入入g为为加加在在门门极极上上的的逻逻辑辑控控制制信信g输出出m用用于于测测量量输输出出向向量量[Iak,Vak]IGBT的的参参数数设设置置绝缘缘栅栅双双极极型型晶晶体体管管:内电电阻阻Ron电感感Lon正向向管管压压降降Vf电流流下下降降到到10%的的时时间间Tf电流流拖拖尾尾时时间间Tt初始始电电流流Ic缓冲冲电电阻阻Rs缓冲冲电电容容Cs4.IGBT构构成的的升压压变换换器建建模与与仿真真主要参参数设设置：：电压源源模块块Vdc＝＝100v；；并联RLC分支支元件件参数数R=50Ω,C=3e-6F;脉冲发发生器器模块块周期期参数数设置置为1e-4s；仿真算算法选选择ode23tb算法法,将将相对对误差差设置置为1e-3,开始仿仿真时时间为为0,停止止时间间设置置为0.0015,Boost变换换器仿仿真结结果3.2晶闸管管三相相桥式式整流流器及及其仿仿真3.2.1晶晶闸管管三相相桥式式整流流器构构成3.2.2晶闸闸管三三相桥桥式整整流器器的仿仿真模模型（1））整流流桥模模型通用桥桥臂模模块（（UniversalBridge）A、B、C端子子：分分别为为三相相交流流电源源的相相电压压输入入端子子；Pulses端端子：：为触触发脉脉冲输输入端端子，，如果果选择择为电电力二二极管管，无无此端端子；；＋、－－端子子：分分别为为整流流器的的输出出和输输入端端子，，在建建模时时需要要构成成回路路。通用桥桥臂模模块参参数设设置Numberofbridgearms：桥臂数数量，，可以以选择择1、、2、、3相相桥臂臂，构构成不不同形形式的的整流流器。。Portconfiguration：：端口口形式式设。。SnubberresistanceRs(ohms):缓缓冲电电阻Rs。。SnubbercapacitanceCs(F):缓缓冲电电容Cs。。ResistanceRon（（ohms）：：晶闸闸管的的内电电阻Ron，单单位为为Ω。。InductanceLon（（H））：晶晶闸管管的内内电感感Lon，，单位位为H，电电感不不能设设置为为0。。ForwardvoltageVf（（v））:晶晶闸管管元件件的正正向管管压降降Vf，单单位为为V。。Measurements：：测量量可以以选择择5中中形式式，即无（（None）装置电电压（（Devicevoltages））装置电电流（（Devicecurrents））三相线线电压压与输输出平平均电电压（（UABUBCUCAUDC））或所所有电电压电电流（（Allvoltagesandcurrents））选择之之后需需要通通过万万用表表模块块（Multimeter））显示示。（2））同步步脉冲冲触发发器同步脉脉冲触触发器器用于于触发发三相相全控控整流流桥的的6个个晶闸闸管，，同步步6脉脉冲触触发器器可以以给出出双脉脉冲,双脉冲冲间隔隔为60°°,触触发器器输出出的1～6号脉脉冲依依次送送给三三相全全控整整流桥桥对应应编号号的6个晶晶闸管管.同步脉冲冲触发器器包括同同步电源源和六脉脉冲触发发器两个个部分alpha_deg：：此端子子为脉冲冲触发角角控制信信号输入入；AB,BC,CA：三相相电源的的三相线线电压输输入即Vab,Vbc,andVca；Block：触触发器控控制端，，输入为为“0””时开放放触发器器，输入大于于零时封封锁触发发器；Pulses：：6脉冲冲输出信信号。alpha_deg为为30度度时双6脉冲同同步触发发器的输输入输出出信号6脉冲同同步触发发器参数数设置Frequencyofsynchronizationvoltages(Hz)：同同步电压压频率（（赫兹））；Pulsewidth(degrees)：：触发脉脉冲宽度度（角度度）；Doublepulsing：双双脉冲触触发选择择。三相线电电压具体体实现是是通过VoltageMeasurement（电压压测量））模块，，电压测量量模块可可以将电电路中两两个节点点的电压压值，并并提供其其他电路路或者用用于输出出（3）其其他模块块主回路负负载这里里为了模模拟直流流电动机机模型，，选择电电阻、电电感与直直流反电电动势构构成，电电阻、电电感模型型选择RLC串串联分支支实现。。直流反反电动势势通过直直流电源源实现，，因为电电流反向向的原因因需要将将其设为为负值实实现反电电动势功功能。三三相交流流电源通通过三个个频率50、幅幅值220、相相位滞后后120交流电电压源实实现。再再加入相相应的测测量模块块和输出出模块，，完成电电气连接接。仿真算算法选选择ode23s算算法,仿真真时间间为0－0.05秒秒，其其他参参数为为默认认值。。在负负载选选择R＝1欧、、L＝＝1mH，，反电电动势势V＝＝－5V时时进行行仿真真。3.3基于于PWM技技术逆逆变器器及其其仿真真3.3.1PWM技术术逆变变器原原理3.3.2基于于PWM技技术逆逆变器器仿真真PWM发生生器MATLAB在在SimPowerSystems工工具箱箱的Extras库库中ControlBlocks子子库下下的PWM发生生器（（PWMGenerator））Signal（（s））：当当选择择为调调制信信号内内部产产生模模式时时，无无需连连接此此端子子；当当选择择为调调制信信号外外部产产生模模式时时，此此端子子需要要连接接用户户定义义的调调制信信号。。Pulses：：根据据选择择主电电路桥桥臂形形式，，定制制产生生2，，4，，6，，12路PWM脉冲冲。PWM发生生器参参数设设置GeneratorMode：：分分别选选择为为1-armbridge（2pulses））、2-armbridge（（4pulses）、、3-armbridge（6pulses））、double3-armbridge（6pulses））。Carrierfrequency(Hz)：：载波波频率率Internalgenerationofmodulatingsignal(s)：：调制制信号号内、、外产产生方方式选选择信信号。。Modulationindex(0<m<1)：：调调制索索引值值m，，调制制信号号内产产生方方式下下可选选，其其范围围在0－1之间间。大大小决决定输输出信信号的的复制制。Frequencyofoutputvoltage(Hz)：：调制制信号号内产产生方方式下下可选选，输输出电电压的的频率率设定定Phaseofoutputvoltage(degrees)：调调制信信号内内产生生方式式下可可选，，输出出电压压初始始相位位值设设定。。（2））逆变变器模模型逆变器器模型型采用用通用用桥臂臂构成成（3））电源源模型型由于逆逆变器器模型型为双双极性性方式式，输输入典典型选选择正正负两两相直直流电电压源源，实实现过过程将将两个个直流流电压压源串串联连连接，，中间间接地地。二二者都都设定定为20伏伏。（4））其他他模型型在模型型窗口口中增增加输输入与与输出出型中中性接接地模模块各各一只只；逆逆变器器负载载选择择LRC串串联分分支，，参数数为R＝1欧，，L＝＝2mH，，C＝＝inf；；以及及输入入、输输出接接地模模块和和相关关的测测量和和输出出模块块。（5））仿真真设置置与结结果输输出参照模模型图图进行行电气气连线线完成成模型型的建建立，，仿真真算法法选择择ode15s算法法，仿仿真时时间为为0-0.05秒，，其他他参数数为默默认值值。3.4交流流调压压器及及应用用仿真真1.电电阻性性负载载的交交流调调压器器2.电电阻电电感性性负载载的交交流调调压器器3.晶晶闸管管交流流调压压器的的仿真真主要模模块参参数设设置：：交流峰峰值电电压为为100V、初初相位位为0、频频率为为50HZ；晶闸管管参数数进行行设置置：Ron=0.001Ω；；Lon=0H；Vf=0；；Rs=20ΩΩ；Cs=4e-6F，，RC缓冲冲电路路Lon=0.01H；；负载RLC分支，电电阻性负载载时，R=2Ω，L=0H，，C=inf；脉冲发生器器：Pulse和和Pulse1模块块中的脉冲冲周期为0.02s,脉冲宽宽度设置为为脉宽的确确10%，，脉冲高度度为12，，脉冲移相相角通过““相位角延延迟”对话话框进行设设置