電力電子與MALAB應(yīng)用技術(shù)

電力電子與MATLAB應(yīng)用技術(shù)3.1電力電子器件與MATLAB3.1.1電力二極管電力二極管是一種具有單向?qū)щ娦缘陌雽?dǎo)體器件，即正向?qū)щ?、反向阻斷?．電力二極管基本特性2．電力二極管在MATLAB中實(shí)現(xiàn)電力二極管仿真模型:由一個電阻Ron、一個電感Lon、一個直流電壓源Vf和一個開關(guān)串聯(lián)組成模塊有兩個輸出（k、m端子）和一個輸入（a端子），分別電力二極管的陰極和測量信號輸出端子以及二極管的陽極端子參數(shù)設(shè)置界面ResistanceRon：電力二極管元件內(nèi)電阻InductanceLon：電力二極管元件內(nèi)電感ForwardvoltageVf：電力二極管元件正向管壓降VfInitialcurrentIc：初始電流SnubberresistanceRs：緩沖電阻SnubbercapacitanceCs：緩沖電容3.電力二極管元件的仿真舉例單相半波整流器3.1.2晶閘管1.晶閘管工作原理2．晶閘管伏安特性陽極、陰極、門極分別表示為A、K、g3．晶閘管在MATLAB中的實(shí)現(xiàn)由一個電阻Ron、一個電感Lon、一個直流電壓源Vf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Vak、電流Iak和門極觸發(fā)信號g決定。晶閘管仿真模型原理晶閘管模塊的圖標(biāo)晶閘管元件參數(shù)設(shè)置ResistanceRon：晶閘管元件內(nèi)電阻RonInductanceLon：晶閘管元件內(nèi)電感LonForwardvoltageVf（V）：晶閘管元件的正向管壓降VfInitialcurrentIc（A）：初始電流IcSnubberresistanceRs（ohms）：緩沖電阻RsSnubbercapacitanceCs（F）：緩沖電容Cs4.晶閘管仿真舉例單相半波整流器模型Pulse的參數(shù)設(shè)置對話框晶閘管模塊設(shè)置：Ron=0.001Ω；Lon=0H；Vf=0.8V；Rs=20Ω；Cs=4e—6F；串聯(lián)RLC元件模塊和接地模塊到Thyristor模型R=1Ω；L=0.01H仿真參數(shù)：選擇ode23tb算法，將相對誤差設(shè)置為1e-3開始仿真時間設(shè)置為0，停止仿真時間設(shè)置為0.1α=0°°單相半半波整流流橋仿真真結(jié)果反并聯(lián)續(xù)續(xù)流二極極管3.1.3可可關(guān)斷斷晶閘管管1.可可關(guān)斷晶晶閘管工工作原理理2.GTO的的靜態(tài)伏伏安特性性3.GTO在在MATLAB中的實(shí)實(shí)現(xiàn)GTO模模型由電電阻Ron電感感Lon、直流流電壓源源Vf和和開關(guān)串串聯(lián)組成成，該開開關(guān)關(guān)受受一一個個邏邏輯輯信信號號控控制制，，該該邏邏輯輯信信號號又又由由GTO的的電電壓壓Vak、、電電流流Iak和和門門極極觸觸發(fā)發(fā)信信號號（（g））決決定定參數(shù)數(shù)設(shè)設(shè)置置ResistanceRon（（ohms））：：元元件件內(nèi)內(nèi)電電阻阻RonInductanceLon（（H））：：元元件件內(nèi)內(nèi)電電感感LonForwardvoltageVf（（v））:元元件件的的正正向向管管壓壓降降VfCurrent10%falltime（（s））：：電流流下下降降到到10%的的時時間間Currenttailtime(s):電電流流拖拖尾尾時時間間TtInitialcurrentIc(A):初初始始電電流流IcSnubberresistanceRs(ohms):緩緩沖沖電電阻阻RsSnubbercapacitanceCs(F):緩緩沖沖電電容容Cs，，5.可可關(guān)關(guān)斷斷晶晶閘閘管管元元件件的的建建模模和和仿仿真真應(yīng)應(yīng)用用實(shí)實(shí)例例單相相半半波波整整流流器器仿真真模模型型參參數(shù)數(shù)設(shè)設(shè)置置：：交流流電電壓壓源源幅幅值值5V，，頻頻率率為為50HZ，，LRC分分支支參參數(shù)數(shù)R=1ΩΩ，，L=0.01H，，C＝＝inf仿真真算算法法選選擇擇ode23tb算算法法，，將將相相對對誤誤差差設(shè)設(shè)置置為為1e-3仿真真開開始始時時間間為為0，，停停止止時時間間設(shè)設(shè)置置為為0.1。。α=30°°GTO單單相相半半波波整整流流器器仿仿真真結(jié)結(jié)果果3.1.4絕絕緣緣柵柵雙雙極極型型晶晶體體管管1．．絕絕緣緣柵柵雙雙極極型型晶晶體體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中中的的實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)由電電阻阻Ron、、電電感感Lon和和直直流流電電壓壓源源Vf與與邏邏輯輯信信號號（（g>0或或g=0））控控制制的的開開關(guān)關(guān)串串聯(lián)聯(lián)電電路路組組成成輸入入C和和輸輸出出E對對應(yīng)應(yīng)于于絕絕緣緣柵柵雙雙極極型型晶晶體體管管的的集集電電極極C和和發(fā)發(fā)射射極極E輸入入g為為加加在在門門極極上上的的邏邏輯輯控控制制信信g輸出出m用用于于測測量量輸輸出出向向量量[Iak,Vak]IGBT的的參參數(shù)數(shù)設(shè)設(shè)置置絕緣緣柵柵雙雙極極型型晶晶體體管管:內(nèi)電電阻阻Ron電感感Lon正向向管管壓壓降降Vf電流流下下降降到到10%的的時時間間Tf電流流拖拖尾尾時時間間Tt初始始電電流流Ic緩沖沖電電阻阻Rs緩沖沖電電容容Cs4.IGBT構(gòu)構(gòu)成的的升壓壓變換換器建建模與與仿真真主要參參數(shù)設(shè)設(shè)置：：電壓源源模塊塊Vdc＝＝100v；；并聯(lián)RLC分支支元件件參數(shù)數(shù)R=50Ω,C=3e-6F;脈沖發(fā)發(fā)生器器模塊塊周期期參數(shù)數(shù)設(shè)置置為1e-4s；仿真算算法選選擇ode23tb算法法,將將相對對誤差差設(shè)置置為1e-3,開始仿仿真時時間為為0,停止止時間間設(shè)置置為0.0015,Boost變換換器仿仿真結(jié)結(jié)果3.2晶閘管管三相相橋式式整流流器及及其仿仿真3.2.1晶晶閘管管三相相橋式式整流流器構(gòu)構(gòu)成3.2.2晶閘閘管三三相橋橋式整整流器器的仿仿真模模型（1））整流流橋模模型通用橋橋臂模模塊（（UniversalBridge）A、B、C端子子：分分別為為三相相交流流電源源的相相電壓壓輸入入端子子；Pulses端端子：：為觸觸發(fā)脈脈沖輸輸入端端子，，如果果選擇擇為電電力二二極管管，無無此端端子；；＋、－－端子子：分分別為為整流流器的的輸出出和輸輸入端端子，，在建建模時時需要要構(gòu)成成回路路。通用橋橋臂模模塊參參數(shù)設(shè)設(shè)置Numberofbridgearms：橋臂數(shù)數(shù)量，，可以以選擇擇1、、2、、3相相橋臂臂，構(gòu)構(gòu)成不不同形形式的的整流流器。。Portconfiguration：：端口口形式式設(shè)。。SnubberresistanceRs(ohms):緩緩沖電電阻Rs。。SnubbercapacitanceCs(F):緩緩沖電電容Cs。。ResistanceRon（（ohms）：：晶閘閘管的的內(nèi)電電阻Ron，單單位為為Ω。。InductanceLon（（H））：晶晶閘管管的內(nèi)內(nèi)電感感Lon，，單位位為H，電電感不不能設(shè)設(shè)置為為0。。ForwardvoltageVf（（v））:晶晶閘管管元件件的正正向管管壓降降Vf，單單位為為V。。Measurements：：測量量可以以選擇擇5中中形式式，即無（（None）裝置電電壓（（Devicevoltages））裝置電電流（（Devicecurrents））三相線線電壓壓與輸輸出平平均電電壓（（UABUBCUCAUDC））或所所有電電壓電電流（（Allvoltagesandcurrents））選擇之之后需需要通通過萬萬用表表模塊塊（Multimeter））顯示示。（2））同步步脈沖沖觸發(fā)發(fā)器同步脈脈沖觸觸發(fā)器器用于于觸發(fā)發(fā)三相相全控控整流流橋的的6個個晶閘閘管，，同步步6脈脈沖觸觸發(fā)器器可以以給出出雙脈脈沖,雙脈沖沖間隔隔為60°°,觸觸發(fā)器器輸出出的1～6號脈脈沖依依次送送給三三相全全控整整流橋橋?qū)?yīng)應(yīng)編號號的6個晶晶閘管管.同步脈沖沖觸發(fā)器器包括同同步電源源和六脈脈沖觸發(fā)發(fā)器兩個個部分alpha_deg：：此端子子為脈沖沖觸發(fā)角角控制信信號輸入入；AB,BC,CA：三相相電源的的三相線線電壓輸輸入即Vab,Vbc,andVca；Block：觸觸發(fā)器控控制端，，輸入為為“0””時開放放觸發(fā)器器，輸入大于于零時封封鎖觸發(fā)發(fā)器；Pulses：：6脈沖沖輸出信信號。alpha_deg為為30度度時雙6脈沖同同步觸發(fā)發(fā)器的輸輸入輸出出信號6脈沖同同步觸發(fā)發(fā)器參數(shù)數(shù)設(shè)置Frequencyofsynchronizationvoltages(Hz)：同同步電壓壓頻率（（赫茲））；Pulsewidth(degrees)：：觸發(fā)脈脈沖寬度度（角度度）；Doublepulsing：雙雙脈沖觸觸發(fā)選擇擇。三相線電電壓具體體實(shí)現(xiàn)是是通過VoltageMeasurement（電壓壓測量））模塊，，電壓測量量模塊可可以將電電路中兩兩個節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的電壓壓值，并并提供其其他電路路或者用用于輸出出（3）其其他模塊塊主回路負(fù)負(fù)載這里里為了模模擬直流流電動機(jī)機(jī)模型，，選擇電電阻、電電感與直直流反電電動勢構(gòu)構(gòu)成，電電阻、電電感模型型選擇RLC串串聯(lián)分支支實(shí)現(xiàn)。。直流反反電動勢勢通過直直流電源源實(shí)現(xiàn)，，因?yàn)殡婋娏鞣聪蛳虻脑蛞蛐枰獙⑵湓O(shè)為為負(fù)值實(shí)實(shí)現(xiàn)反電電動勢功功能。三三相交流流電源通通過三個個頻率50、幅幅值220、相相位滯后后120交流電電壓源實(shí)實(shí)現(xiàn)。再再加入相相應(yīng)的測測量模塊塊和輸出出模塊，，完成電電氣連接接。仿真算算法選選擇ode23s算算法,仿真真時間間為0－0.05秒秒，其其他參參數(shù)為為默認(rèn)認(rèn)值。。在負(fù)負(fù)載選選擇R＝1歐、、L＝＝1mH，，反電電動勢勢V＝＝－5V時時進(jìn)行行仿真真。3.3基于于PWM技技術(shù)逆逆變器器及其其仿真真3.3.1PWM技術(shù)術(shù)逆變變器原原理3.3.2基于于PWM技技術(shù)逆逆變器器仿真真PWM發(fā)生生器MATLAB在在SimPowerSystems工工具箱箱的Extras庫庫中ControlBlocks子子庫下下的PWM發(fā)生生器（（PWMGenerator））Signal（（s））：當(dāng)當(dāng)選擇擇為調(diào)調(diào)制信信號內(nèi)內(nèi)部產(chǎn)產(chǎn)生模模式時時，無無需連連接此此端子子；當(dāng)當(dāng)選擇擇為調(diào)調(diào)制信信號外外部產(chǎn)產(chǎn)生模模式時時，此此端子子需要要連接接用戶戶定義義的調(diào)調(diào)制信信號。。Pulses：：根據(jù)據(jù)選擇擇主電電路橋橋臂形形式，，定制制產(chǎn)生生2，，4，，6，，12路PWM脈沖沖。PWM發(fā)生生器參參數(shù)設(shè)設(shè)置GeneratorMode：：分分別選選擇為為1-armbridge（2pulses））、2-armbridge（（4pulses）、、3-armbridge（6pulses））、double3-armbridge（6pulses））。Carrierfrequency(Hz)：：載波波頻率率Internalgenerationofmodulatingsignal(s)：：調(diào)制制信號號內(nèi)、、外產(chǎn)產(chǎn)生方方式選選擇信信號。。Modulationindex(0<m<1)：：調(diào)調(diào)制索索引值值m，，調(diào)制制信號號內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生方方式下下可選選，其其范圍圍在0－1之間間。大大小決決定輸輸出信信號的的復(fù)制制。Frequencyofoutputvoltage(Hz)：：調(diào)制制信號號內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生方方式下下可選選，輸輸出電電壓的的頻率率設(shè)定定Phaseofoutputvoltage(degrees)：調(diào)調(diào)制信信號內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生生方式式下可可選，，輸出出電壓壓初始始相位位值設(shè)設(shè)定。。（2））逆變變器模模型逆變器器模型型采用用通用用橋臂臂構(gòu)成成（3））電源源模型型由于逆逆變器器模型型為雙雙極性性方式式，輸輸入典典型選選擇正正負(fù)兩兩相直直流電電壓源源，實(shí)實(shí)現(xiàn)過過程將將兩個個直流流電壓壓源串串聯(lián)連連接，，中間間接地地。二二者都都設(shè)定定為20伏伏。（4））其他他模型型在模型型窗口口中增增加輸輸入與與輸出出型中中性接接地模模塊各各一只只；逆逆變器器負(fù)載載選擇擇LRC串串聯(lián)分分支，，參數(shù)數(shù)為R＝1歐，，L＝＝2mH，，C＝＝inf；；以及及輸入入、輸輸出接接地模模塊和和相關(guān)關(guān)的測測量和和輸出出模塊塊。（5））仿真真設(shè)置置與結(jié)結(jié)果輸輸出參照模模型圖圖進(jìn)行行電氣氣連線線完成成模型型的建建立，，仿真真算法法選擇擇ode15s算法法，仿仿真時時間為為0-0.05秒，，其他他參數(shù)數(shù)為默默認(rèn)值值。3.4交流流調(diào)壓壓器及及應(yīng)用用仿真真1.電電阻性性負(fù)載載的交交流調(diào)調(diào)壓器器2.電電阻電電感性性負(fù)載載的交交流調(diào)調(diào)壓器器3.晶晶閘管管交流流調(diào)壓壓器的的仿真真主要模模塊參參數(shù)設(shè)設(shè)置：：交流峰峰值電電壓為為100V、初初相位位為0、頻頻率為為50HZ；晶閘管管參數(shù)數(shù)進(jìn)行行設(shè)置置：Ron=0.001Ω；；Lon=0H；Vf=0；；Rs=20ΩΩ；Cs=4e-6F，，RC緩沖沖電路路Lon=0.01H；；負(fù)載RLC分支，電電阻性負(fù)載載時，R=2Ω，L=0H，，C=inf；脈沖發(fā)生器器：Pulse和和Pulse1模塊塊中的脈沖沖周期為0.02s,脈沖寬寬度設(shè)置為為脈寬的確確10%，，脈沖高度度為12，，脈沖移相相角通過““相位角延延遲”對話話框進(jìn)行設(shè)設(shè)置