电力电子技术matlab仿真

第一章MATLAB基础第一章MATLAB基础1.1

MATALB介绍1.2

MATALB的安装和启动（自学）1.3

MATALB环境1.4

MATALB计算基础1.5MATALB程序设计基础1.6MATALB常用的其他命令（自学）1.7MATALB的绘图功能1.8电力电子电路波形图的绘制1-21.1

MATALB介绍1-3MATLAB的名称源自MatrixLaboratory，它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。

目前MATLAB产品族可以用来进行：数值分析数值和符号计算工程与科学绘图控制系统的设计与仿真数字图像处理数字信号处理通讯系统设计与仿真财务与金融工程

电力电子电路电力拖动的仿真就是在MATLAB/SIMULINK环境下，主要使用电力系统模块库和SIMULINK两个模块库进行。1.3

MATALB环境

1.3.1MATLAB的主菜单1.3.2MATLAB的工具栏1.3.3MATLAB的命令窗口1.3.4MATLAB的工作间1-41.3.1MATLAB的主菜单1-51.3.2MATLAB的工具栏1-6新建打开剪切复制粘贴撤消恢复仿真帮助1.3.3MATLAB的命令窗口MATLAB的命令窗口(CommandWindow)

是MATLAB的主要工作区，是人机对话的主要环境。

在命令窗口中键入各种命令，可以得到相应的结果。1-71.3.4MATLAB的工作间1-81.工作空间窗口

变量管理中心，可以显示变量名称、尺寸、字节和类别等信息。2.工作空间管理命令Who列出变量的简明列表Whos列出变量大小类型等1.4

MATALB计算基础

MATLAB的计算主要是数组和矩阵的计算，并且定义的数值元素是复数，这是MATLAB的重要特点。1-91.4.1常量和变量1-101.4.2数组和矩阵的表示和赋值(1)一维数组的表示和赋值。

一维数组(行矢量)是用方括号括起的一组元素(或数)，元素之间用空格或逗号分隔，组成数组的元素可以是具体的数值、变量名或算式。

举例如下:x=[l23456]1-111.4.2数组和矩阵的表示和赋值n维数组和矩阵的表示和赋值。n维数组或矩阵的表示和赋值的规则是矩阵或数组的元素列入方括号()中，每行的元素间用空格或逗号分隔，行与行之间用分号或回车键隔开。

举例如下，即

A=[123;456;789]A为矩阵名，方括号内表示一个3x3的矩阵。矩阵内的元素可以是数值、变量或者表达式。1-121.4.3MATLAB的算术运算1-131.4.4MATLAB的关系运算1-141.4.5MATLAB的逻辑运算1-151.4.7MATLAB常用的函数1-161.4.7MATLAB常用的函数1-171.5MATALB程序设计基础解释性高级程序设计语言，对程序中的语言边解释边执行。顺序、选择和循环三种基本控制结构组成。包括表达语句、控制语句、调试语句和空语句。MATLAB程序的基本结构如下，即

%说明清除命令定义变量逐行执行的命令循环和转移逐行执行的命令

end逐行执行的命令1-181.5.1表达式、表达式语旬和赋值语句1.表达式由运算符连接的常量、变量和函数构成MATLAB的表达式。2.表达式语句单个的表达式就是表达式语句，一行可以只有一个表达式语句，也可以有多个表达式语句。3.赋值语句将表达式的值赋予变量就是赋值语句。

A=3+7*8

x=10*sin(2*pi*f*t)

z=2*x+5*y1-191.5.2流程控制语句

MATLAB的流程控制语句有if、while、for和switch-case语句。1-201.5.2.1

if语句if语句有三种形式，分别为if(表达式)，语句组A，endif(表达式)，语句组A，else语句组B，endif(表达式1)，语句组A，elseif(表达式2)语句组B，else语句组C，endif语句三种形式的程序结构如图1-6所示。1-211.5.2.2while循环语句while语句的格式为

while(表达式)，语句组，endwhile循环语句的流程如图1-7所示1-221.5.2.3for循环语句for语句的格式为

for

k=初始值:增量:终止值，语句组，

end1-231.5.2.4switch-case语句

switch-case语句是一种多分支语句，语句的格式为

switch表达式(标量或字符串)

case值1语句组A

case值2语句组B

otherwise语句组N

end

在switch-case语句中，当表达式的值(或字符串)与某个case值(或字符串)相同时，就执行该case值以下的语句组。如果表达式的值(或字符串)与任何一个case值都不相同，则执行otherwise后的语句组N。1-241.7MATALB的绘图功能

MATLAB有很强的绘图功能，可以绘制二维图形、三维图形、直方图和饼图等，这里仅介绍一些常用的基本绘图命令和方法，见表1-81-251.7.1直角坐标中的二维曲线[例1-2]画一条按正弦衰减的曲线。

»t=0:0.2:6*PI;

»b=exp(-0.1*t).*sine(t);

»plot(t,b)1-261.7.2多条曲线的绘制如果要在一张图上绘制多条曲线，使用plot语句的格式如下:

plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn)[例1-3]在一张图上画一条幅值为10的正弦曲线和一条幅值为8的余弦曲线命令如下，即t=0:0.1:4*

pi;y1=10*

sine(t);y2=8*cos(t);plot(t,y1,t,y2)plot命令回车执行后，得到两条

正余弦曲线如图1-10所示。1-271.7.3曲线的线型和颜色1-281.7.4MATLAB的图形窗口1-291.8电力电子电路波形图的绘制[例1-4]单相半波不控整流电路(见图1­17)，已知交流电源电压220V，负载电阻为2Ω。画出交流电源电压、整流输出电压和电流的波形。1-301.8电力电子电路波形图的绘制MATLAB命令窗口键入命令如下»V=220;%交流电压有效值»R=2;%电阻值»dth=pi/360;%导通角增量»th=0:dth:2*

pi;%一周期中导通角»vs=V*

sqrt(2)*

sin(th);%交流电压»ud=vs.*

(vs>=0);%整流输出电压»id=ud/R;%整流输出电流»plot(th,vs),hold%画交流电压波形»plot(th，vs，th，id)%画整流电压电流波形1-311.8电力电子电路波形图的绘制1-321.8电力电子电路波形图的绘制[例1.5]单相桥式全控整流电路如图1-22所示，交流电源电压120V，阻感负载。画出控制角为π/6时，整流电路负载侧的电压波形。1-331.8电力电子电路波形图的绘制1-34

谢谢！1-35第二章SIMULINK环境和模型库SIMULINK环境和模型库2.1系统仿真环境2.2

SIMULINK模型库中的模块2.3电力系统模型库第2章SIMULINK环境和模型库2-372.1系统仿真环境SIMULINK作为面向系统框图的仿真平台，它具有如下特点:(1)调用模块代替程序的编写，以模块连成的框图表示系统，点击模块即可以输入模块参数。(2)画完系统框图，设置好仿真参数，即可启动仿真。(3)系统运行的状态和结果可以通过波形和曲线观察，这和实验室中用示波器观察的效果几乎一致。(4)系统仿真的数据可以用以.mat为后缀的文件保存，并且可以用其他数据处理软件进行处理。(5)系统框图绘制不完整或仿真过程中出现计算不收敛的情况，会给出一定的出错提示信息，但是这提示不一定准确，这是软件还不够完备的地方。在MATLAB的工具栏上点击按钮，进入∙∙∙第2章SIMULINK环境和模型库2-382.1系统仿真环境2.1.1SIMULINK的工作环境

File文件菜单表2.1

Edit编辑菜单表2.2

View查看菜单表2.3

Simulation仿真功能菜单表2.4

Format模块格式菜单表2.5Tools工具菜单表2.6第2章SIMULINK环境和模型库2-392.1系统仿真环境2.1.2

模型库浏览器1.模块的提取2.模块的复制和粘贴3.模块的移动、放大和缩小4.模块的转动5.模块名的修改和移动6.模块的参数设置7.模块的删除和恢复8.模块的连接9.信号线的弯折、移动和删除的连接第2章SIMULINK环境和模型库2-402.1系统仿真环境2.1.3SIMULINK的仿真步骤构建仿真模型

设置模块参数设置仿真参数启动仿真

观测仿真结果第2章SIMULINK环境和模型库2-412.1系统仿真环境步骤1:在SIMULINK的模型库中分别提取阶跃给定(Step)、传递函数(TransferFcn)和示波器(Scope)3个模块，并连接组成仿真模型。步骤2:模块赋值。分别双击阶跃给定和传递函数两个模块，设定其参数。步骤3:设置模型仿真参数。步骤4:启动仿真并观察结果。第2章SIMULINK环境和模型库2-422.1系统仿真环境[例2-2]转速反馈有静差直流调速系统的稳态结构如图2-14所示，仿真该系统的稳态特性。已知直流电动机额定参数为220V、55A、1000r/min，电动势常数Ce=0.193V·min/r，晶闸管整流器放大倍数Ks=44，电枢回路总电阻R=IΩ.，转速反馈系数α=0.0116。第2章SIMULINK环境和模型库2-432.1系统仿真环境2.1.4系统模型的保存和调用保存：save后缀：.mdl调用：open第2章SIMULINK环境和模型库2-442.1系统仿真环境2.1.5SIMULINK的仿真算法一般采用缺省可变步长ode45算法，电力电子电路包含非线性元件，可以选择包含Stiff模型的算法。第2章SIMULINK环境和模型库2-452.1系统仿真环境2.1.6示波器的使用和数据保存第2章SIMULINK环境和模型库2-462.1.6示波器的使用和数据保存示波器的参数Y轴数量时间范围auto自动设置为系统仿真参数中的起止时间标签贴放数据取样方式n（n中取1），一般为1数据点数不选时所有数据都显示数据存放至工作空间图形缩放区域放大、X轴向放大、Y轴向放大第2章SIMULINK环境和模型库2-472.1.6示波器的使用和数据保存3.坐标轴范围以在Scope窗口的图形部分点击鼠标右键，在弹出的功能菜单中选择“axesproperties∙∙∙”项，则可以打开Y轴范围限制的对话框.浮动示波器(floatingscope)不需要将示波器与外部模块用线连接，就可以选择示波器的显示信号，使用方便。第2章SIMULINK环境和模型库2-482.1.7建立子系统和系统模型的封装

首先选择需要打包的模块，然后在Edit菜单中选CreateSubsystem命令。第2章SIMULINK环境和模型库2-492.2

SIMULINK模型库中的模块2.2.1连续系统模块库表2-72.2.2离散系统模块库表2-8表2-92.2.3函数与表格模块库表2-10表2-112.2.4

数学运算模块库表2-12表2-132.2.5非线性系统模块库表2-14表2-152.2.6信号与系统模块库表2-16表2-172.2.7仪器仪表模块库表2-18表2-192.2.8信号源模块库表表2-20表2-212.2.9子系统模块库第2章SIMULINK环境和模型库2-502.3电力系统模型库2.3.1电源模块库(ElectricalSources)表2-22表2-232.3.2电器元件模块库(Elements)表2-24表2-252.3.3电机模块库(Machines)表2-26表2-272.3.4电力电子元件模块库(PowerElectronics)表2-28表2-292.3.5连接件模块库(Connectors)表2-30表2-312.3.6测量仪器模块库(Measurements)表2-32表2-332.3.7其他电气模块库(ExtraLibrary)表2-342.3.7.1控制模块子集(ControlBlocks)表2-35表2-362.3.7.2测量模块子集(Measurements)表2-37表2-382.3.7.3三相模型子集(Three-phaseLibrary)表2-39表2-40第2章SIMULINK环境和模型库2-51

谢谢！第2章SIMULINK环境和模型库2-52第三章电力电子器件模型电力电子器件模型3.1二极管模型3.2晶闸管模型3.3可关断晶闸管模型3.4电力场效应晶体管模型3.5绝缘栅双极型晶体管模型3.6理想开关模型3.7三相桥式整流电路模型3.8多功能桥式电路模型3.9驱动模型第3章电力电子器件模型3-54电力电子器件模型系统级模型

MATLAB中电力电子器件模型使用简化宏模型，只要求外特性与实际基本相符，不考虑内部细微结构。（不同于PSPICE的器件级模型）电力电子器件的开关模型

SW:可控开关

Ron:导通电阻

Lon：串联电感，限制电流升降

Vf：导通门槛电压缓冲电路并联RC串联缓冲电路

第3章电力电子器件模型3-553.1二极管模型工作特性承受正向电压Vak>0，导通；电流降为零Iak=0或承受反向电压Vak<0，关断。第3章电力电子器件模型3-563.1二极管模型参数设置：电阻、电感不能同时为零初始电流一般为零第3章电力电子器件模型3-573.2晶闸管模型第3章电力电子器件模型3-583.2晶闸管模型工作特性导通：承受正向压降Vak>0，门极正触发g>0；触发脉冲宽度使阳极电流Iak大于设定的擎住电流I1关断：阳极电流Iak=0，或承受反压Vak<0，且反压时间大于设定的关断时间与实际不同之处，实际中阳极电流下降到维持电流第3章电力电子器件模型3-593.3可关断晶闸管模型工作特性通过门极信号控制其导通和关断。正向压降且门极信号为正时导通；门极信号为零时关断与实际的不同之处，实际导通后，门极为零，仍导通，关断时，门极有足够的反抽电流。关断过程包括：电流下降时间Tf、电流拖尾时间Tt第3章电力电子器件模型3-603.3可关断晶闸管模型第3章电力电子器件模型3-613.4电力场效应晶体管模型电力场效应晶体管具有开关频率高，导通压降小等特点，在电力电子电路中使用广泛。场效应晶体管模型在门极信号为正(g>O)，且漏极电流大于0时导通，在门极信号为零时关断。外特性：正向导通状态的导通电阻是Ron，反向导通是二极管导通，导通电阻是二极管的电阻Rd。

第3章电力电子器件模型3-623.4电力场效应晶体管模型第3章电力电子器件模型3-633.5绝缘栅双极型晶体管模型

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)结合了场效应晶体管和电力晶体管的优点，具有驱动功率小，开关速度快，通流能力强的特点，目前已经成为中小功率电力电子设备的主导器件。第3章电力电子器件模型3-643.5绝缘栅双极型晶体管模型工作特性：集射极间电压为正(Vce>0)，门极信号(g>0)时导通;集射极间电压为正(Vce>O)，门极信号为零(g=0)关断。集射极间电压为负(Vce<0)，则管子处在关断状态，因其内部已并联了反向工极管，反向导通。第3章电力电子器件模型3-653.5绝缘栅双极型晶体管模型IGBT在关断时，有电流下降和电流拖尾两端时间，在下降时间内电流减小到关断前的10%，再经过一段电流的拖尾时间，IGBT才完全关断。第3章电力电子器件模型3-663.6理想开关模型

理想开关是MATLAB特设的一种电子开关。特点是开关受门极控制，开关导通时电流可以双向通过。第3章电力电子器件模型3-673.7三相桥式整流电路模型3.7.1三相桥式不可控整流电路模型三个输入端：A、B、C，用于连接三相电源或整流变压器的三相输出;两个输出端：K和A，输出整流直流电压，K端为“+”，A端为“-"第3章电力电子器件模型3-683.7三相桥式整流电路模型3.7.2三相桥式可控整流电路模型特点：器件按导通顺序编号；采用专用的同步6脉冲发生器触发第3章电力电子器件模型3-693.7三相桥式整流电路模型增加测量端：菜单栏Edit——lookundermask，将该晶闸管模型测量端的山字型封口删除，换接上分支电路的输出端口即可。第3章电力电子器件模型3-703.8多功能桥式电路模型选择二极管或晶闸管，如图3-26a和图3-26b，器件按自然导通顺序编号。选择自关断器件GTO、MOSFET、IGBT或理想开关，如图3-26c和图3-26d所示。器件不按导通顺序编号。两种编号方式，与晶闸管6脉冲触发器和驱动模块PWM发生器输出的脉冲序列相对应。第3章电力电子器件模型3-713.9驱动模型MATLAB的电力系统模型库提供了两种驱动模型:

一种是针对晶闸管电路的

一种是适用于自关断器件电路的

MATLAB模型的驱动与实际物理器件的驱动不同:

实际物理器件的驱动要求有一定的电压和电流

器件模型的驱动仅仅是在于门极信号的有无，是原理性的宏模型。第3章电力电子器件模型3-723.9驱动模型3.9.1同步6脉冲发生器3.9.2

12脉冲发生器3.9.3

PWM脉冲发生器SimPowerSystemExtraLibraryControlBlock第3章电力电子器件模型3-73

谢谢！第3章电力电子器件模型3-74第四章变压器和电动机模型变压器和电动机模型4.1变压器模型4.2直流电机模型4.3交流电机模型第4章变压器和电动机模型4-764.1变压器模型4.1.1单相变压器模型

R和L，

为绕组的电阻和漏感；磁化电阻Rm，反映了铁心的磁阻损耗，电感Lsat，反映铁心的饱和特性。电阻、电感标幺值（pu）换算：第4章变压器和电动机模型4-774.1变压器模型4.1.1单相变压器模型第4章变压器和电动机模型4-784.1变压器模型4.1.1单相变压器模型磁化电流和磁通标么值与标准单位的换算关系为第4章变压器和电动机模型4-794.1变压器模型4.1.2三相变压器模型第4章变压器和电动机模型4-804.1变压器模型4.1.3互感线圈

参数设置：（使用标准单位）线圈电阻、自感线圈互感

第4章变压器和电动机模型4-814.2直流电机模型端子功能:F+、F­：励磁绕组联结端A+、A-：电枢绕足联阶端TL：

是电机负载转矩的输入端

m：用于输出电机的内部变量和状态，输出电机转速、电枢电流、励磁电流和电磁转矩。第4章变压器和电动机模型4-824.2直流电机模型第4章变压器和电动机模型4-834.2直流电机模型励磁回路电压方程为式中，uf、if为励磁电压和电流;Rf、Lf为励磁回路电阻和电感。电枢回路电压方程为式中，Ua、ia为电枢电压和电流;Ra、La为电枢回路电阻和电感;E为电枢感应电动势；ω为电机转子机械角速度(rad/s);

KE

为电动势常数;LaF

为磁场和电枢绕组间互感。第4章变压器和电动机模型4-844.2直流电机模型电机转矩方程为J为转动惯量(kg.m²);B为粘滞摩擦系数(N.m.s);KT

为转矩系数第4章变压器和电动机模型4-854.3交流电机模型4.3.1三相交流异步电机模型

输入端A、B、C用于联结三相电源，Tm输入端用于输入机械转矩。

输出a、b、c是绕线转子电机的三相转子绕组的

外接端，如果是笼型异步电机，内部短接。m输出端，用于观测电机的工作状态。第4章变压器和电动机模型4-864.3交流电机模型4.3.2交流永磁同步电机模型模型图标有四个输入端，一个输出端，输入端A、B、C连接三相电压，输入端Tm接入机械转矩信号。输出端m用于测量工作状态。第4章变压器和电动机模型4-874.3交流电机模型第4章变压器和电动机模型4-884.3交流电机模型4.3.3交流同步电机模型(基本型)模型的输入端Pm用于输入电机轴上的机械功率，电动机状态时，一个常数模块或函数模块发电机状态，连接常数、函数或原动机第二个输入端Vf用于接入励磁电压，电动机状态下，连接常数模块;发电机状态，则连接励磁系统模块。模型的输出端A、B、C为三相定子的接线端，输出端m用于连接电机的测量模块。第4章变压器和电动机模型4-894.3.4交流电机测量单元作用：用于分列需观测的变量数据第4章变压器和电动机模型4-90

谢谢！第4章变压器和电动机模型4-91第五章电力电子变流电路的仿真电力电子变流电路的仿真

所谓变流就是指交流电和直流电之间的转换，对交直流电压、电流的调节，和对交流电的频率、相数、相位的变换和控制。而电力电子变流电路就是应用电力电子器件实现这些转换的线路，一般这些电路可以分为四大类。

(1)交流-直流变流器

(2)直流-直流斩波调压器

(3)直流-交流变流器

(4)交流-交流变流器，其中，又分为交流调压器和交-交变频器。第5章电力电子变流电路的仿真5-93电力电子变流电路的仿真5.1交流-直流变流器5.2直流-直流变流器5.3直流-交流变流器5.4交流-交流变流器第5章电力电子变流电路的仿真5-945.1交流-直流变流器交流-直流变流器又称整流器、AC-DC变流器，其作用是将交流电转变为直流电，一般也称整流，并且在整流的同时还对直流电压电流进行调节，以符合用电设备的要求。常用的整流器有单相和三相整流器，从控制角度区分有不控、半控和全控整流电路之分，从输出直流的波形来区分，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。第5章电力电子变流电路的仿真5-955.1.1单相桥式全控整流电路仿真单相桥式全控整流电路第5章电力电子变流电路的仿真5-96u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形5.1.1单相桥式全控整流电路仿真第5章电力电子变流电路的仿真5-975.1.2三相桥式全控整流电路仿真三相桥式全控整流电路第5章电力电子变流电路的仿真5-98wwwwud1ud2a=30°iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1

三相桥式全控整流电路带电阻负载

=30

时的波形5.1.2三相桥式全控整流电路仿真第5章电力电子变流电路的仿真5-995.2直流-直流变流器

直流-直流变流器也称直流斩波器(DCChopper)或DC-DC变流器。

直流-直流变流器用于调整直流电的电压，它有多种类型，这里主要介绍降压(Buck)变流器、升压(Boost)变流器和桥式(H型)直流变流器的仿真。第5章电力电子变流电路的仿真5-1005.2直流-直流变流器5.2.1直流降压变流器设计在开关器件VT导通时有，电流经电感L向负载供电，在VT关断时，电感L释放储能，维持负载电流，电流负载和二极管VD形成回路。负载侧输出电压的平均值为

式中T为VT开关周期，ton为VT导通时间，α为占空比。第5章电力电子变流电路的仿真5-101a）电路图b）电流连续时的波形c）电流断续时的波形

5.2直流-直流变流器5.2.1直流降压变流器设计第5章电力电子变流电路的仿真5-1025.2直流-直流变流器5.2.2直流升压变流器设计在电路中IGBT导通时，电流由电源E经升压电感L和VT形成回路，电感L的电流增加，电感储能;当IGBT关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压串联共同向负载供电，由于在IGBT关断时电感的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而在负载侧得到高于电源的电压。稳态时，一个周期T内电感L积蓄的能量与释放的能量相等输出电压为：第5章电力电子变流电路的仿真5-1030iGE0ioI1升压斩波a）电路图b）波形

5.2直流-直流变流器5.2.2直流升压变流器设计第5章电力电子变流电路的仿真5-1045.2直流-直流变流器5.2.3桥式直流PWM变流器仿真又称H型变流器和四象限直流.直流变流器，其原理电路如图5-34所示。1.双极式调制四个开关器件VTl和VT4,

VT2和VT3两两成对

VTl和VT4导通，电压输出为正

VT2和VT3导通，电压输出为负控制开关器件的通断时间(占空比)可以调节输出电压的大小。第5章电力电子变流电路的仿真5-1055.2直流-直流变流器第5章电力电子变流电路的仿真5-106仿真参数设定电源电压：200V负载：R=2ΩL=1mHE=50V锯齿波周期:

3e-4s延迟环节：导通点1e-4关断点-1e-4

导通值1关断值0

5.2直流-直流变流器第5章电力电子变流电路的仿真5-1075.2直流-直流变流器第5章电力电子变流电路的仿真5-1085.3直流-交流变流器5.3.1三相电压源型SPWM逆变器仿真5.3.2电流跟踪型逆变器仿真第5章电力电子变流电路的仿真5-1095.3.1三相电压源型SPWM逆变器仿真PWM（PulseWidthModulation）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。第5章电力电子变流电路的仿真5-1105.3.1三相电压源型SPWM逆变器仿真第5章电力电子变流电路的仿真5-111■面积等效原理

◆PWM控制技术的重要理论基础。

◆原理内容：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

☞冲量即指窄脉冲的面积。

☞效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。

☞如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。

◆实例

☞将图7-1a、b、c、d所示的脉冲作为输入，加在图7-2a所示的R-L电路上，设其电流i(t)为电路的输出，图7-2b给出了不同窄脉冲时i(t)的响应波形。图7-1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲

图7-2冲量相同的各种窄脉冲的响应波形

5.3.1三相电压源型SPWM逆变器仿真用PWM波代替正弦半波

◆幅值顶部是曲线且大小按正弦规律变化的脉冲序列组成的。◆利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，这就是PWM波形。

◆正弦波的负半周，用同样的方法得到。

◆脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM（SinusoidalPWM）波形。第5章电力电子变流电路的仿真5-112图7-3用PWM波代替正弦半波

5.3.1三相电压源型SPWM逆变器仿真第5章电力电子变流电路的仿真5-113◆双极性PWM控制方式

☞调制信号ur和载波信号uc的交点时刻控制各开关器件的通断。

☞在ur的一个周期内，输出的PWM波只有±Ud两种电平。

☞在ur的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。

√当ur>uc时，V1V4导通，uo=Ud。

√当ur<uc时，V2V3导通，uo=-Ud。urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud图7-6双极性PWM控制方式波形

图7-4单相桥式PWM逆变电路

5.3.1三相电压源型SPWM逆变器仿真第5章电力电子变流电路的仿真5-114图7-7三相桥式PWM型逆变电路

图7-8三相桥式PWM逆变电路波形

■三相桥式PWM逆变电路

◆采用双极性控制方式。

◆U、V和W三相的PWM控制通常公用一个三角波载波uc，三相的调制信号urU、urV和urW依次相差120°。

5.3.1三相电压源型SPWM逆变器仿真第5章电力电子变流电路的仿真5-1155.3.2电流跟踪型逆变器仿真电流跟踪型逆变器使逆变器的输出电流跟随给定的电流波形变化，这也是一种PWM控制方式。电流跟踪一般都采用滞环控制，即当逆变器输出电流与给定电流的偏差超过一定值时，改变逆变器的开关状态，使逆变器的输出电流增加或减小，将输出电流与给定电流的偏差控制在一定范围内，其工作原理如图第5章电力电子变流电路的仿真5-1165.3.2电流跟踪型逆变器仿真第5章电力电子变流电路的仿真5-1175.3.2电流跟踪型逆变器仿真第5章电力电子变流电路的仿真5-1185.3.2电流跟踪型逆变器仿真第5章电力电子变流电路的仿真5-1195.4交流-交流变流器第5章电力电子变流电路的仿真5-120■把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流输出。■交流电力控制电路

◆交流调压电路：在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输出电压有效值的电路。

◆交流调功电路：以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。◆交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。■应用

◆灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。

◆异步电动机软起动。

◆异步电动机调速。

◆供用电系统对无功功率的连续调节。

◆在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于调节变压器一次电压。5.4.1单相交流调压器仿真第5章电力电子变流电路的仿真5-121Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt图6-1电阻负载单相交流调压电路及其波形■电阻负载

◆工作过程

☞在交流电源u1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的开通角

进行控制就可以调节输出电压。5.4.1单相交流调压器仿真第5章电力电子变流电路的仿真5-122VT1图6-2阻感负载单相交流调压电路及其波形■阻感负载◆工作过程☞若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于u1的角度为

，当用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后。

☞设负载的阻抗角为，稳态时

的移相范围应为

≤

≤

。5.4.1单相交流调压器仿真交流调压晶闸管控制角α的移相范围是180º，α=0º的位置定在电源电压过零的时刻。在阻感负载时按控制角与负载阻抗角[φ=arctan(U/R)]的关系，电路有两种工作状态。

1.φ≤

α≤

180º时调压器输出电压和电流的正负半周是不连续的，在这范围内调节控制角，负载的电压和电流将随之变化。

2.

.0º≤

α≤

φ时

调压器输出处于失控状态，即虽然控制角变化，但负载电压不变，且是与电源电压相同的完整正弦波。第5章电力电子变流电路的仿真5-1235.4.1单相交流调压器仿真第5章电力电子变流电路的仿真5-1245.4.1单相交流调压器仿真第5章电力电子变流电路的仿真5-1255.4.1单相交流调压器仿真第5章电力电子变流电路的仿真5-126

谢谢！第5章电力电子变流电路的仿真5-127第六章直流调速系统仿真

（1）按电气传动系