電力電子技術matlab仿真

第一章MATLAB基礎第一章MATLAB基礎1.1

MATALB介紹1.2

MATALB的安裝和啟動（自學）1.3

MATALB環(huán)境1.4

MATALB計算基礎1.5MATALB程序設計基礎1.6MATALB常用的其他命令（自學）1.7MATALB的繪圖功能1.8電力電子電路波形圖的繪制1-21.1

MATALB介紹1-3MATLAB的名稱源自MatrixLaboratory，它是一種科學計算軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據。MATLAB將高性能的數(shù)值計算和可視化集成在一起，并提供了大量的內置函數(shù)，從而被廣泛地應用于科學計算、控制系統(tǒng)、信息處理等領域的分析、仿真和設計工作。

目前MATLAB產品族可以用來進行：數(shù)值分析數(shù)值和符號計算工程與科學繪圖控制系統(tǒng)的設計與仿真數(shù)字圖像處理數(shù)字信號處理通訊系統(tǒng)設計與仿真財務與金融工程

電力電子電路電力拖動的仿真就是在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下，主要使用電力系統(tǒng)模塊庫和SIMULINK兩個模塊庫進行。1.3

MATALB環(huán)境

1.3.1MATLAB的主菜單1.3.2MATLAB的工具欄1.3.3MATLAB的命令窗口1.3.4MATLAB的工作間1-41.3.1MATLAB的主菜單1-51.3.2MATLAB的工具欄1-6新建打開剪切復制粘貼撤消恢復仿真幫助1.3.3MATLAB的命令窗口MATLAB的命令窗口(CommandWindow)

是MATLAB的主要工作區(qū)，是人機對話的主要環(huán)境。

在命令窗口中鍵入各種命令，可以得到相應的結果。1-71.3.4MATLAB的工作間1-81.工作空間窗口

變量管理中心，可以顯示變量名稱、尺寸、字節(jié)和類別等信息。2.工作空間管理命令Who列出變量的簡明列表Whos列出變量大小類型等1.4

MATALB計算基礎

MATLAB的計算主要是數(shù)組和矩陣的計算，并且定義的數(shù)值元素是復數(shù)，這是MATLAB的重要特點。1-91.4.1常量和變量1-101.4.2數(shù)組和矩陣的表示和賦值(1)一維數(shù)組的表示和賦值。

一維數(shù)組(行矢量)是用方括號括起的一組元素(或數(shù))，元素之間用空格或逗號分隔，組成數(shù)組的元素可以是具體的數(shù)值、變量名或算式。

舉例如下:x=[l23456]1-111.4.2數(shù)組和矩陣的表示和賦值n維數(shù)組和矩陣的表示和賦值。n維數(shù)組或矩陣的表示和賦值的規(guī)則是矩陣或數(shù)組的元素列入方括號()中，每行的元素間用空格或逗號分隔，行與行之間用分號或回車鍵隔開。

舉例如下，即

A=[123;456;789]A為矩陣名，方括號內表示一個3x3的矩陣。矩陣內的元素可以是數(shù)值、變量或者表達式。1-121.4.3MATLAB的算術運算1-131.4.4MATLAB的關系運算1-141.4.5MATLAB的邏輯運算1-151.4.7MATLAB常用的函數(shù)1-161.4.7MATLAB常用的函數(shù)1-171.5MATALB程序設計基礎解釋性高級程序設計語言，對程序中的語言邊解釋邊執(zhí)行。順序、選擇和循環(huán)三種基本控制結構組成。包括表達語句、控制語句、調試語句和空語句。MATLAB程序的基本結構如下，即

%說明清除命令定義變量逐行執(zhí)行的命令循環(huán)和轉移逐行執(zhí)行的命令

end逐行執(zhí)行的命令1-181.5.1表達式、表達式語旬和賦值語句1.表達式由運算符連接的常量、變量和函數(shù)構成MATLAB的表達式。2.表達式語句單個的表達式就是表達式語句，一行可以只有一個表達式語句，也可以有多個表達式語句。3.賦值語句將表達式的值賦予變量就是賦值語句。

A=3+7*8

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

z=2*x+5*y1-191.5.2流程控制語句

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

if語句if語句有三種形式，分別為if(表達式)，語句組A，endif(表達式)，語句組A，else語句組B，endif(表達式1)，語句組A，elseif(表達式2)語句組B，else語句組C，endif語句三種形式的程序結構如圖1-6所示。1-211.5.2.2while循環(huán)語句while語句的格式為

while(表達式)，語句組，endwhile循環(huán)語句的流程如圖1-7所示1-221.5.2.3for循環(huán)語句for語句的格式為

for

k=初始值:增量:終止值，語句組，

end1-231.5.2.4switch-case語句

switch-case語句是一種多分支語句，語句的格式為

switch表達式(標量或字符串)

case值1語句組A

case值2語句組B

otherwise語句組N

end

在switch-case語句中，當表達式的值(或字符串)與某個case值(或字符串)相同時，就執(zhí)行該case值以下的語句組。如果表達式的值(或字符串)與任何一個case值都不相同，則執(zhí)行otherwise后的語句組N。1-241.7MATALB的繪圖功能

MATLAB有很強的繪圖功能，可以繪制二維圖形、三維圖形、直方圖和餅圖等，這里僅介紹一些常用的基本繪圖命令和方法，見表1-81-251.7.1直角坐標中的二維曲線[例1-2]畫一條按正弦衰減的曲線。

?t=0:0.2:6*PI;

?b=exp(-0.1*t).*sine(t);

?plot(t,b)1-261.7.2多條曲線的繪制如果要在一張圖上繪制多條曲線，使用plot語句的格式如下:

plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn)[例1-3]在一張圖上畫一條幅值為10的正弦曲線和一條幅值為8的余弦曲線命令如下，即t=0:0.1:4*

pi;y1=10*

sine(t);y2=8*cos(t);plot(t,y1,t,y2)plot命令回車執(zhí)行后，得到兩條

正余弦曲線如圖1-10所示。1-271.7.3曲線的線型和顏色1-281.7.4MATLAB的圖形窗口1-291.8電力電子電路波形圖的繪制[例1-4]單相半波不控整流電路(見圖1-17)，已知交流電源電壓220V，負載電阻為2Ω。畫出交流電源電壓、整流輸出電壓和電流的波形。1-301.8電力電子電路波形圖的繪制MATLAB命令窗口鍵入命令如下?V=220;%交流電壓有效值?R=2;%電阻值?dth=pi/360;%導通角增量?th=0:dth:2*

pi;%一周期中導通角?vs=V*

sqrt(2)*

sin(th);%交流電壓?ud=vs.*

(vs>=0);%整流輸出電壓?id=ud/R;%整流輸出電流?plot(th,vs),hold%畫交流電壓波形?plot(th，vs，th，id)%畫整流電壓電流波形1-311.8電力電子電路波形圖的繪制1-321.8電力電子電路波形圖的繪制[例1.5]單相橋式全控整流電路如圖1-22所示，交流電源電壓120V，阻感負載。畫出控制角為π/6時，整流電路負載側的電壓波形。1-331.8電力電子電路波形圖的繪制1-34

謝謝！1-35第二章SIMULINK環(huán)境和模型庫SIMULINK環(huán)境和模型庫2.1系統(tǒng)仿真環(huán)境2.2

SIMULINK模型庫中的模塊2.3電力系統(tǒng)模型庫第2章SIMULINK環(huán)境和模型庫2-372.1系統(tǒng)仿真環(huán)境SIMULINK作為面向系統(tǒng)框圖的仿真平臺，它具有如下特點:(1)調用模塊代替程序的編寫，以模塊連成的框圖表示系統(tǒng)，點擊模塊即可以輸入模塊參數(shù)。(2)畫完系統(tǒng)框圖，設置好仿真參數(shù)，即可啟動仿真。(3)系統(tǒng)運行的狀態(tài)和結果可以通過波形和曲線觀察，這和實驗室中用示波器觀察的效果幾乎一致。(4)系統(tǒng)仿真的數(shù)據可以用以.mat為后綴的文件保存，并且可以用其他數(shù)據處理軟件進行處理。(5)系統(tǒng)框圖繪制不完整或仿真過程中出現(xiàn)計算不收斂的情況，會給出一定的出錯提示信息，但是這提示不一定準確，這是軟件還不夠完備的地方。在MATLAB的工具欄上點擊按鈕，進入???第2章SIMULINK環(huán)境和模型庫2-382.1系統(tǒng)仿真環(huán)境2.1.1SIMULINK的工作環(huán)境

File文件菜單表2.1

Edit編輯菜單表2.2

View查看菜單表2.3

Simulation仿真功能菜單表2.4

Format模塊格式菜單表2.5Tools工具菜單表2.6第2章SIMULINK環(huán)境和模型庫2-392.1系統(tǒng)仿真環(huán)境2.1.2

模型庫瀏覽器1.模塊的提取2.模塊的復制和粘貼3.模塊的移動、放大和縮小4.模塊的轉動5.模塊名的修改和移動6.模塊的參數(shù)設置7.模塊的刪除和恢復8.模塊的連接9.信號線的彎折、移動和刪除的連接第2章SIMULINK環(huán)境和模型庫2-402.1系統(tǒng)仿真環(huán)境2.1.3SIMULINK的仿真步驟構建仿真模型

設置模塊參數(shù)設置仿真參數(shù)啟動仿真

觀測仿真結果第2章SIMULINK環(huán)境和模型庫2-412.1系統(tǒng)仿真環(huán)境步驟1:在SIMULINK的模型庫中分別提取階躍給定(Step)、傳遞函數(shù)(TransferFcn)和示波器(Scope)3個模塊，并連接組成仿真模型。步驟2:模塊賦值。分別雙擊階躍給定和傳遞函數(shù)兩個模塊，設定其參數(shù)。步驟3:設置模型仿真參數(shù)。步驟4:啟動仿真并觀察結果。第2章SIMULINK環(huán)境和模型庫2-422.1系統(tǒng)仿真環(huán)境[例2-2]轉速反饋有靜差直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構如圖2-14所示，仿真該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。已知直流電動機額定參數(shù)為220V、55A、1000r/min，電動勢常數(shù)Ce=0.193V·min/r，晶閘管整流器放大倍數(shù)Ks=44，電樞回路總電阻R=IΩ.，轉速反饋系數(shù)α=0.0116。第2章SIMULINK環(huán)境和模型庫2-432.1系統(tǒng)仿真環(huán)境2.1.4系統(tǒng)模型的保存和調用保存：save后綴：.mdl調用：open第2章SIMULINK環(huán)境和模型庫2-442.1系統(tǒng)仿真環(huán)境2.1.5SIMULINK的仿真算法一般采用缺省可變步長ode45算法，電力電子電路包含非線性元件，可以選擇包含Stiff模型的算法。第2章SIMULINK環(huán)境和模型庫2-452.1系統(tǒng)仿真環(huán)境2.1.6示波器的使用和數(shù)據保存第2章SIMULINK環(huán)境和模型庫2-462.1.6示波器的使用和數(shù)據保存示波器的參數(shù)Y軸數(shù)量時間范圍auto自動設置為系統(tǒng)仿真參數(shù)中的起止時間標簽貼放數(shù)據取樣方式n（n中取1），一般為1數(shù)據點數(shù)不選時所有數(shù)據都顯示數(shù)據存放至工作空間圖形縮放區(qū)域放大、X軸向放大、Y軸向放大第2章SIMULINK環(huán)境和模型庫2-472.1.6示波器的使用和數(shù)據保存3.坐標軸范圍以在Scope窗口的圖形部分點擊鼠標右鍵，在彈出的功能菜單中選擇“axesproperties???”項，則可以打開Y軸范圍限制的對話框.浮動示波器(floatingscope)不需要將示波器與外部模塊用線連接，就可以選擇示波器的顯示信號，使用方便。第2章SIMULINK環(huán)境和模型庫2-482.1.7建立子系統(tǒng)和系統(tǒng)模型的封裝

首先選擇需要打包的模塊，然后在Edit菜單中選CreateSubsystem命令。第2章SIMULINK環(huán)境和模型庫2-492.2

SIMULINK模型庫中的模塊2.2.1連續(xù)系統(tǒng)模塊庫表2-72.2.2離散系統(tǒng)模塊庫表2-8表2-92.2.3函數(shù)與表格模塊庫表2-10表2-112.2.4

數(shù)學運算模塊庫表2-12表2-132.2.5非線性系統(tǒng)模塊庫表2-14表2-152.2.6信號與系統(tǒng)模塊庫表2-16表2-172.2.7儀器儀表模塊庫表2-18表2-192.2.8信號源模塊庫表表2-20表2-212.2.9子系統(tǒng)模塊庫第2章SIMULINK環(huán)境和模型庫2-502.3電力系統(tǒng)模型庫2.3.1電源模塊庫(ElectricalSources)表2-22表2-232.3.2電器元件模塊庫(Elements)表2-24表2-252.3.3電機模塊庫(Machines)表2-26表2-272.3.4電力電子元件模塊庫(PowerElectronics)表2-28表2-292.3.5連接件模塊庫(Connectors)表2-30表2-312.3.6測量儀器模塊庫(Measurements)表2-32表2-332.3.7其他電氣模塊庫(ExtraLibrary)表2-342.3.7.1控制模塊子集(ControlBlocks)表2-35表2-362.3.7.2測量模塊子集(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環(huán)境和模型庫2-51

謝謝！第2章SIMULINK環(huán)境和模型庫2-52第三章電力電子器件模型電力電子器件模型3.1二極管模型3.2晶閘管模型3.3可關斷晶閘管模型3.4電力場效應晶體管模型3.5絕緣柵雙極型晶體管模型3.6理想開關模型3.7三相橋式整流電路模型3.8多功能橋式電路模型3.9驅動模型第3章電力電子器件模型3-54電力電子器件模型系統(tǒng)級模型

MATLAB中電力電子器件模型使用簡化宏模型，只要求外特性與實際基本相符，不考慮內部細微結構。（不同于PSPICE的器件級模型）電力電子器件的開關模型

SW:可控開關

Ron:導通電阻

Lon：串聯(lián)電感，限制電流升降

Vf：導通門檻電壓緩沖電路并聯(lián)RC串聯(lián)緩沖電路

第3章電力電子器件模型3-553.1二極管模型工作特性承受正向電壓Vak>0，導通；電流降為零Iak=0或承受反向電壓Vak<0，關斷。第3章電力電子器件模型3-563.1二極管模型參數(shù)設置：電阻、電感不能同時為零初始電流一般為零第3章電力電子器件模型3-573.2晶閘管模型第3章電力電子器件模型3-583.2晶閘管模型工作特性導通：承受正向壓降Vak>0，門極正觸發(fā)g>0；觸發(fā)脈沖寬度使陽極電流Iak大于設定的擎住電流I1關斷：陽極電流Iak=0，或承受反壓Vak<0，且反壓時間大于設定的關斷時間與實際不同之處，實際中陽極電流下降到維持電流第3章電力電子器件模型3-593.3可關斷晶閘管模型工作特性通過門極信號控制其導通和關斷。正向壓降且門極信號為正時導通；門極信號為零時關斷與實際的不同之處，實際導通后，門極為零，仍導通，關斷時，門極有足夠的反抽電流。關斷過程包括：電流下降時間Tf、電流拖尾時間Tt第3章電力電子器件模型3-603.3可關斷晶閘管模型第3章電力電子器件模型3-613.4電力場效應晶體管模型電力場效應晶體管具有開關頻率高，導通壓降小等特點，在電力電子電路中使用廣泛。場效應晶體管模型在門極信號為正(g>O)，且漏極電流大于0時導通，在門極信號為零時關斷。外特性：正向導通狀態(tài)的導通電阻是Ron，反向導通是二極管導通，導通電阻是二極管的電阻Rd。

第3章電力電子器件模型3-623.4電力場效應晶體管模型第3章電力電子器件模型3-633.5絕緣柵雙極型晶體管模型

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)結合了場效應晶體管和電力晶體管的優(yōu)點，具有驅動功率小，開關速度快，通流能力強的特點，目前已經成為中小功率電力電子設備的主導器件。第3章電力電子器件模型3-643.5絕緣柵雙極型晶體管模型工作特性：集射極間電壓為正(Vce>0)，門極信號(g>0)時導通;集射極間電壓為正(Vce>O)，門極信號為零(g=0)關斷。集射極間電壓為負(Vce<0)，則管子處在關斷狀態(tài)，因其內部已并聯(lián)了反向工極管，反向導通。第3章電力電子器件模型3-653.5絕緣柵雙極型晶體管模型IGBT在關斷時，有電流下降和電流拖尾兩端時間，在下降時間內電流減小到關斷前的10%，再經過一段電流的拖尾時間，IGBT才完全關斷。第3章電力電子器件模型3-663.6理想開關模型

理想開關是MATLAB特設的一種電子開關。特點是開關受門極控制，開關導通時電流可以雙向通過。第3章電力電子器件模型3-673.7三相橋式整流電路模型3.7.1三相橋式不可控整流電路模型三個輸入端：A、B、C，用于連接三相電源或整流變壓器的三相輸出;兩個輸出端：K和A，輸出整流直流電壓，K端為“+”，A端為“-"第3章電力電子器件模型3-683.7三相橋式整流電路模型3.7.2三相橋式可控整流電路模型特點：器件按導通順序編號；采用專用的同步6脈沖發(fā)生器觸發(fā)第3章電力電子器件模型3-693.7三相橋式整流電路模型增加測量端：菜單欄Edit——lookundermask，將該晶閘管模型測量端的山字型封口刪除，換接上分支電路的輸出端口即可。第3章電力電子器件模型3-703.8多功能橋式電路模型選擇二極管或晶閘管，如圖3-26a和圖3-26b，器件按自然導通順序編號。選擇自關斷器件GTO、MOSFET、IGBT或理想開關，如圖3-26c和圖3-26d所示。器件不按導通順序編號。兩種編號方式，與晶閘管6脈沖觸發(fā)器和驅動模塊PWM發(fā)生器輸出的脈沖序列相對應。第3章電力電子器件模型3-713.9驅動模型MATLAB的電力系統(tǒng)模型庫提供了兩種驅動模型:

一種是針對晶閘管電路的

一種是適用于自關斷器件電路的

MATLAB模型的驅動與實際物理器件的驅動不同:

實際物理器件的驅動要求有一定的電壓和電流

器件模型的驅動僅僅是在于門極信號的有無，是原理性的宏模型。第3章電力電子器件模型3-723.9驅動模型3.9.1同步6脈沖發(fā)生器3.9.2

12脈沖發(fā)生器3.9.3

PWM脈沖發(fā)生器SimPowerSystemExtraLibraryControlBlock第3章電力電子器件模型3-73

謝謝！第3章電力電子器件模型3-74第四章變壓器和電動機模型變壓器和電動機模型4.1變壓器模型4.2直流電機模型4.3交流電機模型第4章變壓器和電動機模型4-764.1變壓器模型4.1.1單相變壓器模型

R和L，

為繞組的電阻和漏感；磁化電阻Rm，反映了鐵心的磁阻損耗，電感Lsat，反映鐵心的飽和特性。電阻、電感標幺值（pu）換算：第4章變壓器和電動機模型4-774.1變壓器模型4.1.1單相變壓器模型第4章變壓器和電動機模型4-784.1變壓器模型4.1.1單相變壓器模型磁化電流和磁通標么值與標準單位的換算關系為第4章變壓器和電動機模型4-794.1變壓器模型4.1.2三相變壓器模型第4章變壓器和電動機模型4-804.1變壓器模型4.1.3互感線圈

參數(shù)設置：（使用標準單位）線圈電阻、自感線圈互感

第4章變壓器和電動機模型4-814.2直流電機模型端子功能:F+、F-：勵磁繞組聯(lián)結端A+、A-：電樞繞足聯(lián)階端TL：

是電機負載轉矩的輸入端

m：用于輸出電機的內部變量和狀態(tài)，輸出電機轉速、電樞電流、勵磁電流和電磁轉矩。第4章變壓器和電動機模型4-824.2直流電機模型第4章變壓器和電動機模型4-834.2直流電機模型勵磁回路電壓方程為式中，uf、if為勵磁電壓和電流;Rf、Lf為勵磁回路電阻和電感。電樞回路電壓方程為式中，Ua、ia為電樞電壓和電流;Ra、La為電樞回路電阻和電感;E為電樞感應電動勢；ω為電機轉子機械角速度(rad/s);

KE

為電動勢常數(shù);LaF

為磁場和電樞繞組間互感。第4章變壓器和電動機模型4-844.2直流電機模型電機轉矩方程為J為轉動慣量(kg.m2);B為粘滯摩擦系數(shù)(N.m.s);KT

為轉矩系數(shù)第4章變壓器和電動機模型4-854.3交流電機模型4.3.1三相交流異步電機模型

輸入端A、B、C用于聯(lián)結三相電源，Tm輸入端用于輸入機械轉矩。

輸出a、b、c是繞線轉子電機的三相轉子繞組的

外接端，如果是籠型異步電機，內部短接。m輸出端，用于觀測電機的工作狀態(tài)。第4章變壓器和電動機模型4-864.3交流電機模型4.3.2交流永磁同步電機模型模型圖標有四個輸入端，一個輸出端，輸入端A、B、C連接三相電壓，輸入端Tm接入機械轉矩信號。輸出端m用于測量工作狀態(tài)。第4章變壓器和電動機模型4-874.3交流電機模型第4章變壓器和電動機模型4-884.3交流電機模型4.3.3交流同步電機模型(基本型)模型的輸入端Pm用于輸入電機軸上的機械功率，電動機狀態(tài)時，一個常數(shù)模塊或函數(shù)模塊發(fā)電機狀態(tài)，連接常數(shù)、函數(shù)或原動機第二個輸入端Vf用于接入勵磁電壓，電動機狀態(tài)下，連接常數(shù)模塊;發(fā)電機狀態(tài)，則連接勵磁系統(tǒng)模塊。模型的輸出端A、B、C為三相定子的接線端，輸出端m用于連接電機的測量模塊。第4章變壓器和電動機模型4-894.3.4交流電機測量單元作用：用于分列需觀測的變量數(shù)據第4章變壓器和電動機模型4-90

謝謝！第4章變壓器和電動機模型4-91第五章電力電子變流電路的仿真電力電子變流電路的仿真

所謂變流就是指交流電和直流電之間的轉換，對交直流電壓、電流的調節(jié)，和對交流電的頻率、相數(shù)、相位的變換和控制。而電力電子變流電路就是應用電力電子器件實現(xiàn)這些轉換的線路，一般這些電路可以分為四大類。

(1)交流-直流變流器

(2)直流-直流斬波調壓器

(3)直流-交流變流器

(4)交流-交流變流器，其中，又分為交流調壓器和交-交變頻器。第5章電力電子變流電路的仿真5-93電力電子變流電路的仿真5.1交流-直流變流器5.2直流-直流變流器5.3直流-交流變流器5.4交流-交流變流器第5章電力電子變流電路的仿真5-945.1交流-直流變流器交流-直流變流器又稱整流器、AC-DC變流器，其作用是將交流電轉變?yōu)橹绷麟?，一般也稱整流，并且在整流的同時還對直流電壓電流進行調節(jié)，以符合用電設備的要求。常用的整流器有單相和三相整流器，從控制角度區(qū)分有不控、半控和全控整流電路之分，從輸出直流的波形來區(qū)分，又有半波和全波整流之分。二極管、晶閘管是常用的整流器件，現(xiàn)在采用全控型器件的PWM方式整流器也越來越多。第5章電力電子變流電路的仿真5-955.1.1單相橋式全控整流電路仿真單相橋式全控整流電路第5章電力電子變流電路的仿真5-96u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4單相全控橋式帶電阻負載時的電路及波形5.1.1單相橋式全控整流電路仿真第5章電力電子變流電路的仿真5-975.1.2三相橋式全控整流電路仿真三相橋式全控整流電路第5章電力電子變流電路的仿真5-98wwwwud1ud2a=30°iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1

三相橋式全控整流電路帶電阻負載

=30

時的波形5.1.2三相橋式全控整流電路仿真第5章電力電子變流電路的仿真5-995.2直流-直流變流器

直流-直流變流器也稱直流斬波器(DCChopper)或DC-DC變流器。

直流-直流變流器用于調整直流電的電壓，它有多種類型，這里主要介紹降壓(Buck)變流器、升壓(Boost)變流器和橋式(H型)直流變流器的仿真。第5章電力電子變流電路的仿真5-1005.2直流-直流變流器5.2.1直流降壓變流器設計在開關器件VT導通時有，電流經電感L向負載供電，在VT關斷時，電感L釋放儲能，維持負載電流，電流負載和二極管VD形成回路。負載側輸出電壓的平均值為

式中T為VT開關周期，ton為VT導通時間，α為占空比。第5章電力電子變流電路的仿真5-101a）電路圖b）電流連續(xù)時的波形c）電流斷續(xù)時的波形

5.2直流-直流變流器5.2.1直流降壓變流器設計第5章電力電子變流電路的仿真5-1025.2直流-直流變流器5.2.2直流升壓變流器設計在電路中IGBT導通時，電流由電源E經升壓電感L和VT形成回路，電感L的電流增加，電感儲能;當IGBT關斷時，電感產生的反電動勢和直流電源電壓串聯(lián)共同向負載供電，由于在IGBT關斷時電感的反電動勢和直流電源電壓方向相同互相疊加，從而在負載側得到高于電源的電壓。穩(wěn)態(tài)時，一個周期T內電感L積蓄的能量與釋放的能量相等輸出電壓為：第5章電力電子變流電路的仿真5-1030iGE0ioI1升壓斬波a）電路圖b）波形

5.2直流-直流變流器5.2.2直流升壓變流器設計第5章電力電子變流電路的仿真5-1045.2直流-直流變流器5.2.3橋式直流PWM變流器仿真又稱H型變流器和四象限直流.直流變流器，其原理電路如圖5-34所示。1.雙極式調制四個開關器件VTl和VT4,

VT2和VT3兩兩成對

VTl和VT4導通，電壓輸出為正

VT2和VT3導通，電壓輸出為負控制開關器件的通斷時間(占空比)可以調節(jié)輸出電壓的大小。第5章電力電子變流電路的仿真5-1055.2直流-直流變流器第5章電力電子變流電路的仿真5-106仿真參數(shù)設定電源電壓：200V負載：R=2ΩL=1mHE=50V鋸齒波周期:

3e-4s延遲環(huán)節(jié)：導通點1e-4關斷點-1e-4

導通值1關斷值0

5.2直流-直流變流器第5章電力電子變流電路的仿真5-1075.2直流-直流變流器第5章電力電子變流電路的仿真5-1085.3直流-交流變流器5.3.1三相電壓源型SPWM逆變器仿真5.3.2電流跟蹤型逆變器仿真第5章電力電子變流電路的仿真5-1095.3.1三相電壓源型SPWM逆變器仿真PWM（PulseWidthModulation）控制就是對脈沖的寬度進行調制的技術，即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。第5章電力電子變流電路的仿真5-1105.3.1三相電壓源型SPWM逆變器仿真第5章電力電子變流電路的仿真5-111■面積等效原理

◆PWM控制技術的重要理論基礎。

◆原理內容：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。

?沖量即指窄脈沖的面積。

?效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。

?如果把各輸出波形用傅里葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。

◆實例

?將圖7-1a、b、c、d所示的脈沖作為輸入，加在圖7-2a所示的R-L電路上，設其電流i(t)為電路的輸出，圖7-2b給出了不同窄脈沖時i(t)的響應波形。圖7-1形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖

圖7-2沖量相同的各種窄脈沖的響應波形

5.3.1三相電壓源型SPWM逆變器仿真用PWM波代替正弦半波

◆幅值頂部是曲線且大小按正弦規(guī)律變化的脈沖序列組成的。◆利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點和相應正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖和相應的正弦波部分面積（沖量）相等，這就是PWM波形。

◆正弦波的負半周，用同樣的方法得到。

◆脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱SPWM（SinusoidalPWM）波形。第5章電力電子變流電路的仿真5-112圖7-3用PWM波代替正弦半波

5.3.1三相電壓源型SPWM逆變器仿真第5章電力電子變流電路的仿真5-113◆雙極性PWM控制方式

?調制信號ur和載波信號uc的交點時刻控制各開關器件的通斷。

?在ur的一個周期內，輸出的PWM波只有±Ud兩種電平。

?在ur的正負半周，對各開關器件的控制規(guī)律相同。

√當ur>uc時，V1V4導通，uo=Ud。

√當ur<uc時，V2V3導通，uo=-Ud。urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud圖7-6雙極性PWM控制方式波形

圖7-4單相橋式PWM逆變電路

5.3.1三相電壓源型SPWM逆變器仿真第5章電力電子變流電路的仿真5-114圖7-7三相橋式PWM型逆變電路

圖7-8三相橋式PWM逆變電路波形

■三相橋式PWM逆變電路

◆采用雙極性控制方式。

◆U、V和W三相的PWM控制通常公用一個三角波載波uc，三相的調制信號urU、urV和urW依次相差120°。

5.3.1三相電壓源型SPWM逆變器仿真第5章電力電子變流電路的仿真5-1155.3.2電流跟蹤型逆變器仿真電流跟蹤型逆變器使逆變器的輸出電流跟隨給定的電流波形變化，這也是一種PWM控制方式。電流跟蹤一般都采用滯環(huán)控制，即當逆變器輸出電流與給定電流的偏差超過一定值時，改變逆變器的開關狀態(tài)，使逆變器的輸出電流增加或減小，將輸出電流與給定電流的偏差控制在一定范圍內，其工作原理如圖第5章電力電子變流電路的仿真5-1165.3.2電流跟蹤型逆變器仿真第5章電力電子變流電路的仿真5-1175.3.2電流跟蹤型逆變器仿真第5章電力電子變流電路的仿真5-1185.3.2電流跟蹤型逆變器仿真第5章電力電子變流電路的仿真5-1195.4交流-交流變流器第5章電力電子變流電路的仿真5-120■把兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，通過對晶閘管的控制就可以控制交流輸出?！鼋涣麟娏刂齐娐?/p>

◆交流調壓電路：在每半個周波內通過對晶閘管開通相位的控制，調節(jié)輸出電壓有效值的電路。

◆交流調功電路：以交流電的周期為單位控制晶閘管的通斷，改變通態(tài)周期數(shù)和斷態(tài)周期數(shù)的比，調節(jié)輸出功率平均值的電路。◆交流電力電子開關：串入電路中根據需要接通或斷開電路的晶閘管?！鰬?/p>

◆燈光控制（如調光臺燈和舞臺燈光控制)。

◆異步電動機軟起動。

◆異步電動機調速。

◆供用電系統(tǒng)對無功功率的連續(xù)調節(jié)。

◆在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，用于調節(jié)變壓器一次電壓。5.4.1單相交流調壓器仿真第5章電力電子變流電路的仿真5-121Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt圖6-1電阻負載單相交流調壓電路及其波形■電阻負載

◆工作過程

?在交流電源u1的正半周和負半周，分別對VT1和VT2的開通角

進行控制就可以調節(jié)輸出電壓。5.4.1單相交流調壓器仿真第5章電力電子變流電路的仿真5-122VT1圖6-2阻感負載單相交流調壓電路及其波形■阻感負載◆工作過程?若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負載電流為正弦波，相位滯后于u1的角度為

，當用晶閘管控制時，只能進行滯后控制，使負載電流更為滯后。

?設負載的阻抗角為，穩(wěn)態(tài)時

的移相范圍應為

≤

≤

。5.4.1單相交流調壓器仿真交流調壓晶閘管控制角α的移相范圍是180o，α=0o的位置定在電源電壓過零的時刻。在阻感負載時按控制角與負載阻抗角[φ=arctan(U/R)]的關系，電路有兩種工作狀態(tài)。

1.φ≤

α≤

180o時調壓器輸出電壓和電流的正負半周是不連續(xù)的，在這范圍內調節(jié)控制角，負載的電壓和電流將隨之變化。

2.

.0o≤

α≤

φ時

調壓器輸出處于失控狀態(tài)，即雖然控制角變化，但負載電壓不變，且是與電源電壓相同的完整正弦波。第5章電力電子變流電路的仿真5-1235.4.1單相交流調壓器仿真第5章電力電子變流電路的仿真5-1245.4.1單相交流調壓器仿真第5章電力電子變流電路的仿真5-1255.4.1單相交流調壓器仿真第5章電力電子變流電路的仿真5-126

謝謝！第5章電力電子變流電路的仿真5-127第六章直流調速系統(tǒng)仿真

（1）按電氣傳動系