第8章電力電子電路的計算機仿真

1、第第8章章 電力電子電路的計算機電力電子電路的計算機仿真仿真電力電子電路的計算機仿真電力電子電路的計算機仿真8.1 建模與仿真建模與仿真8.2 常用仿真軟件及其特點常用仿真軟件及其特點8.3 典型電力電子器件的仿真模型及仿真實例典型電力電子器件的仿真模型及仿真實例計算機仿真過程計算機仿真過程1.建模建模 根據(jù)研究對象的基本物理規(guī)律，對物理系統(tǒng)寫出描述其根據(jù)研究對象的基本物理規(guī)律，對物理系統(tǒng)寫出描述其運動規(guī)律的數(shù)學方程，即數(shù)學模型的過程。運動規(guī)律的數(shù)學方程，即數(shù)學模型的過程。2.實驗實驗 仿真的過程是利用模型對系統(tǒng)方程進行求解，即實驗的仿真的過程是利用模型對系統(tǒng)方程進行求解，即實驗的過程。過程。

2、對于數(shù)學仿真而言，其過程就是利用適當?shù)某绦蛘Z言對于數(shù)學仿真而言，其過程就是利用適當?shù)某绦蛘Z言將所研究的物理系統(tǒng)的數(shù)學模型編制成程序，并向其輸入不將所研究的物理系統(tǒng)的數(shù)學模型編制成程序，并向其輸入不同的條件進行計算的過程。同的條件進行計算的過程。8.2.1 常用工具常用工具電子系統(tǒng)設計電子系統(tǒng)設計： 硬件硬件設計設計 軟件設計軟件設計計算機仿真作為計算機輔助設計的一個組成部分計算機仿真作為計算機輔助設計的一個組成部分 屬于軟件設計的范疇屬于軟件設計的范疇8.3.1 MATLAB Simulink/Power System 工具箱簡介工具箱簡介 Simulink工具箱的功能是在工具箱的功能是在MA

3、TLAB環(huán)境下，把一系列模環(huán)境下，把一系列模塊連接起來，構(gòu)成負載的系統(tǒng)模型，它是塊連接起來，構(gòu)成負載的系統(tǒng)模型，它是MathWorks公司與公司與1990年推出的產(chǎn)品；電力系統(tǒng)仿真工具箱年推出的產(chǎn)品；電力系統(tǒng)仿真工具箱(Power System Blockset)是是在在Simulink環(huán)境下使用的仿真工具箱，其功能非常強大，可用于環(huán)境下使用的仿真工具箱，其功能非常強大，可用于電路、電力電子系統(tǒng)、電機系統(tǒng)、電力傳輸?shù)阮I域的仿真，它提電路、電力電子系統(tǒng)、電機系統(tǒng)、電力傳輸?shù)阮I域的仿真，它提供了一種類似電路搭建的方法用于系統(tǒng)的建模。供了一種類似電路搭建的方法用于系統(tǒng)的建模。8.3.1.1 Simu

4、link工具箱簡介工具箱簡介3晶閘管在晶閘管在MATLAB中的實現(xiàn)中的實現(xiàn)晶閘管的仿真模型由一個電阻晶閘管的仿真模型由一個電阻Ron、一個電感、一個電感Lon、一個直流電壓源、一個直流電壓源Uf和一個開和一個開關(guān)串聯(lián)組成。開關(guān)受邏輯信號控制，該邏輯信號由電壓關(guān)串聯(lián)組成。開關(guān)受邏輯信號控制，該邏輯信號由電壓Vak、電流、電流Iak和門極觸發(fā)和門極觸發(fā)信號信號g決定。決定。晶閘管仿真模型原理晶閘管仿真模型原理 晶閘管模塊的圖標晶閘管模塊的圖標 帶緩沖電路的圖標帶緩沖電路的圖標 不帶緩沖電路的圖標不帶緩沖電路的圖標晶閘管元件參數(shù)設置晶閘管元件參數(shù)設置 Resistance Ron：晶閘管元件內(nèi)電阻：

5、晶閘管元件內(nèi)電阻RonInductance Lon ：晶閘管元件內(nèi)電感：晶閘管元件內(nèi)電感LonForward voltage Vf（V）：）： 晶閘管元件的正向管壓降晶閘管元件的正向管壓降VfInitial current Ic（A）：初始電流）：初始電流IcSnubber resistance Rs（ohms）：緩沖電阻）：緩沖電阻RsSnubber capacitance Cs（F）：緩沖電容）：緩沖電容Cs晶閘管仿真舉例晶閘管仿真舉例-單相半波整流器模型單相半波整流器模型Pulse的參數(shù)設置對話框的參數(shù)設置對話框 仿真參數(shù)：仿真參數(shù)：選擇選擇ode23tb算法，將相對誤差設置為算法，將相

6、對誤差設置為1e-3開始仿真時間設置為開始仿真時間設置為0，停止仿真時間設置為，停止仿真時間設置為0.1 晶閘管模塊設置：晶閘管模塊設置： Ron=0.001；Lon=0H；Vf=0.8V； Rs=20；Cs=4e6F；串聯(lián)串聯(lián)RLC元件模塊和接地模塊到元件模塊和接地模塊到Thyristor模型模型 R=1；L=0.01H2晶閘管三相橋式整流器及其仿真晶閘管三相橋式整流器及其仿真晶閘管三相橋式整流器構(gòu)成晶閘管三相橋式整流器構(gòu)成晶閘管三相橋式整流器的仿真模型晶閘管三相橋式整流器的仿真模型（1）整流橋模型）整流橋模型通用橋臂模塊（通用橋臂模塊（Universal Bridge） A、B、C端子：分

7、別為三相交流電源的相電壓輸入端子；端子：分別為三相交流電源的相電壓輸入端子；Pulses端子：為觸發(fā)脈沖輸入端子，如果選擇為電力二極管，無此端子；端子：為觸發(fā)脈沖輸入端子，如果選擇為電力二極管，無此端子；、端子：分別為整流器的輸出和輸入端子，在建模時需要構(gòu)成回路。、端子：分別為整流器的輸出和輸入端子，在建模時需要構(gòu)成回路。通用橋臂模塊參數(shù)設置通用橋臂模塊參數(shù)設置Number of bridge arms： 橋臂數(shù)量，可以選擇橋臂數(shù)量，可以選擇1、2、3相橋臂，構(gòu)成不同形式的相橋臂，構(gòu)成不同形式的整流器。整流器。Port configuration：端口形式設。：端口形式設。Snubber re

8、sistance Rs(ohms):緩沖電阻緩沖電阻Rs。Snubber capacitance Cs(F):緩沖電容緩沖電容Cs。Resistance Ron（ohms）：晶閘管的內(nèi)電阻）：晶閘管的內(nèi)電阻Ron，單位為，單位為。Inductance Lon（H）：晶閘管的內(nèi)電感）：晶閘管的內(nèi)電感Lon，單位為，單位為H，電，電感不能設置為感不能設置為0。Forward voltage Vf（v）:晶閘管元件的正向管壓降晶閘管元件的正向管壓降Vf，單位，單位為為V。Measurements：測量可以選擇：測量可以選擇5中形式，中形式， 即無（即無（None）裝置電壓（裝置電壓（Device v

9、oltages）裝置電流（裝置電流（Device currents）三相線電壓與輸出平均電壓（三相線電壓與輸出平均電壓（UAB UBC UCA UDC）或所有電）或所有電壓電流（壓電流（All voltages and currents）選擇之后需要通過萬用表模塊（選擇之后需要通過萬用表模塊（Multimeter）顯示。）顯示。（2）同步脈沖觸發(fā)器）同步脈沖觸發(fā)器同步脈沖觸發(fā)器用于觸發(fā)三相全控整流橋的同步脈沖觸發(fā)器用于觸發(fā)三相全控整流橋的6個晶閘管，同步個晶閘管，同步6脈沖觸發(fā)器可以給出雙脈脈沖觸發(fā)器可以給出雙脈沖沖,雙脈沖間隔為雙脈沖間隔為60,觸發(fā)器輸出的觸發(fā)器輸出的16號脈沖依次送給三相

10、全控整流橋?qū)幪柕奶柮}沖依次送給三相全控整流橋?qū)幪柕?個晶閘管個晶閘管. 同步脈沖觸發(fā)器包括同步電源和六脈沖觸發(fā)器兩個部分同步脈沖觸發(fā)器包括同步電源和六脈沖觸發(fā)器兩個部分 alpha_deg：此端子為脈沖觸發(fā)角控制信號輸入；：此端子為脈沖觸發(fā)角控制信號輸入；AB, BC, CA：三相電源的三相線電壓輸入即：三相電源的三相線電壓輸入即Vab, Vbc, and Vca；Block：觸發(fā)器控制端，輸入為：觸發(fā)器控制端，輸入為“0”時開放觸發(fā)時開放觸發(fā)器，輸入大于零時封鎖觸發(fā)器；器，輸入大于零時封鎖觸發(fā)器；Pulses：6脈沖輸出信號。脈沖輸出信號。alpha_deg為為30度時雙度時雙6脈沖同步觸發(fā)器的輸入脈沖同步觸發(fā)器的輸入輸出信號輸出信號 6脈沖同步觸發(fā)器參數(shù)設置脈沖同步觸發(fā)器參數(shù)設置Frequency of synchronization voltages(Hz)：同步電壓頻率（赫茲）；：同步電壓頻率（赫茲）；Pulse width(degrees) ：觸發(fā)脈沖寬度（角度）；：觸發(fā)脈沖寬度（