电力电子电机控制系统仿真技术 洪乃刚 PPT分解
南航电力电子技术课件-第二章
南航电力电子技术课件-第二章
引—关于可控整流电路
SCR具有可控性，使整流电路输出直流电压可调，因而称为可控整流电
路。
不可控整流电路——由D不可控，由其组成的整流电路，，输出直流电压不易调节，因此为不可控整流电路。
SCR 具有可控性，使整流电路输出直流电压可调，因而称为可控整流电路。不可控整流电路——由D 不可控，由其组成的整流电路，，输出直流电压不易调节，因此为不可控整流电路。第一节单相桥式可控整流电路第一节单相桥式可控整流电路
第一节单相桥式可控整流电路第一节单相桥式可控整流电路一、单相桥式全控整流电路
Single Phase Bridge Controlled Rectifier
（一）电阻性负载
（一）电阻性负载
8
的变化规律（减函数），求
（一）电阻性负载
（二）电感性负载
（二）电感性负载
（二）电感性负载（单相桥式全控整流电路）3.L 很大,wL >>R i
u 说明→负载电流i d 连续（θ＝π）、脉动很小波形近似为一水平线
3.L 很大,wL >>R
（二）反电势负载第一节单相桥式可控整流电路
第一节单相桥式可控整流电路
大电感负载：
大电感负载：
大电感负载： （二）有续流D 的单相桥式半控整流电路
负载影响：关断点、电压波形、耐压波
形、移相范围、θ
负载影响：关断点、电压波形、耐压波形、移相范围、θ电路由来、SCR触发导通、二极管自然
换相导通、失控现象△、续流D的作
用
△电路由来、SCR 触发导通、二极管自然换相导通、失控现象△、续流D 的作用△波形是基础，画波形
关键找对开、关点
波形是基础，画波形关键找对开、关点一、单相桥式全
控整流电路
（一）电阻性负载
（二）电感性负载（三）反电势负载
二、单相桥式半
控整流电路
（一）电路工作原理（二）带续流二极管
的单相桥式半控整流电路
波形
U d 、I d （电感电压平均值为零）、阻性负载各
变量随a的变化规律
无速度传感器的矢量控制系统仿真
课程设计任务书
学生姓名： 专业班级：
指导教师： 工作单位： 武汉理工大学
题 目: 无速度传感器的矢量控制系统仿真
初始条件：
电机参数为：额定电压U=380V、频率50fHz、定子电阻sR=0.252、额定功率P=2.2KW、定子自感sL=0.0016H、转子电阻rR=0.332、额定转速n=1420rpm、转子自感rL＝0.0016H、级对数pn＝2、互感mL＝0.08H、转动惯量J=0.6Kgm2
要求完成的主要任务:
（1）设计系统原理图;
（2）用MATLAB设计系统仿真模型；
（3）能够正常运行得到仿真结果,包括转速、转矩等曲线，并将推算转速与实际转速进行比较
参考文献：
[1] 洪乃刚.《电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真》.北京：机械工业出版社，2005:212-215
时间安排：
2011年12月5日至2011年12月14日，历时一周半，具体进度安排见下表
具体时间 设计内容
12.5 指导老师就课程设计内容、设计要求、进度安排、评分标准等做具体介绍；学生确定选题，明确设计要求
12.6－12.9 开始查阅资料，完成方案的初步设计
12.10—12.11 由指导老师审核设计方案，学生修改、完善并对其进行分析
12.12－12.13 撰写课程设计说明书
12.14 上交课程设计说明书，并进行答辩
指导教师签名： 年 月 日
系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书
摘要
异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电机的调速方案。矢量控制是目前交流电动机较先进的一种动态模型,它又有基于转差频率控制的、无速度传感器和有速度传感器等多种矢量控制方式。无速度传感器控制的高性能通用变频器是当前全世界自动化技术和节能应用中受到普遍关心的产品和开发课题。本文介绍无速度传感器的矢量控制系统的原理和Matlab仿真。
电力电子仿真—正文
电力电子仿真—正文
随着电力电子的飞速进展，电力电子技术的应用也变得越来越广泛。它不仅用于一样工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、运算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用，能够说时无处不见。
正是由于电力电子的重要性，我们必须把握好该理论。而且要把理论与实践沟通起来，而沟通这两者的桥梁确实是电力电子仿真软件。
本书要紧分四章对仿真软件从由浅到深、化零为整系统地进行了分析。在第一章中要紧介绍了比较常见的仿真软件，并对其各自的优缺点与要紧的应用领域做了重点介绍。在第二章中为了熟悉simlink仿真软件应用环境，介绍了三种典型电力电子器件的特性，即不可控器件—电力二极管、半控器件—晶闸管、全控器件—IGBT。在第三章设计分析了三种常见的典型电路并对仿真软件有了进一步的熟悉与应用，即整流电路分析、交流调压电路分析、降压斩波电路分析。在第四章中对直流电机运动操纵系统—可逆PWM变换器应用作了较为详细的设计与分析。
关键词： 仿真软件 simulink 仿真波形 整流 调压 斩波 PWM
目 录
引言……………………………………………………4
第1章 电力电子仿真软件概述……………………5
1.1 PSpice仿真软件…………………………………………5
1.2 Saber 仿真软件…………………………………………6
1.3 PLECS仿真软件……………………………………… 7
1.4 PSIM仿真软件…………………………………………9
1.5 CASPOC仿真软件…………………………………9
1.6基于Matlab的Simulink仿真软件……………………10
1.7本章小结…………………………………………………11
第 2 章 差不多元器件特性的测试仿真…………………12
2.1 不可控器件——电力二极管……………………………12
电流滞环控制
1
摘 要
脉冲宽度调制（PWM），其基本思想是：控制逆变器中电力电子器件的开通或关断，输出电压为幅值相等、宽度按一定规律变化的脉冲序列，用这样的高频脉冲序列代替期望的输出电压。传统的PWM技术是用正弦波来调制等腰三角波，称为正脉冲宽度调制，随着控制技术的发展，产生了电流跟踪PWM（CHBPWM)控制技术。CHBPWM的控制方法是：在原来主回路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值，在稳态时，尽可能使实际电流接近正弦波。
关键词： 电流控制； 脉宽调制； CHBPWM；
2
1. 前言
SPWM控制技术以输入电压接近正弦波为目的，电流波形则因负载的性质及大小而异。然而对于交流电机来说，应该保证为正弦波的是电流，稳态时在绕组中通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值，不产生脉动，因此以正弦波电流为控制目标更为合适。电流跟踪PWM(Current Follow PWM, CHBPWM)的控制方法是：在原来主回路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值，在稳态时，尽可能使实际电流接近正弦波形，这就能比电压控制的SPWM获得更好的性能。
电流跟踪控制的精度与滞环的宽度有关，同时还受到功率开关器件允许开关频率的制约。在实际使用中，应在器件开关频率允许的前提下，尽可能选择小的宽度。电流滞环跟踪控制方法的精度高、响应快，且易于实现，但功率开关器件的开关频率不定。为了克服这个缺点，可以采用具有恒定开关频率到的电流控制器，或者局部范围内限制开关频率，但这样对电流波形都会产生影响。
2. 原理
2.1. 电流滞环跟踪控制原理
现在以A相电流滞环跟踪控制为例，其控制结构图如下图 2-1 所示：
图1-1 电流跟踪控制A相原理图
其中电流控制器是带滞环的比较器，环宽为h，将给定电流ia与输出电流i*a进行比较，电流偏差△ia 超过±0.5h 时，经滞环控制器（HBC）控制逆变器 A 相上、下桥臂的功率开关器件动作。
电子行业电力电子技术培训课件
电子行业电力电子技术培训课件
1. 课程简介
本课程旨在介绍电子行业中的电力电子技术，帮助学员深入了解电力电子相关的理论和实践知识。通过本课程的学习，学员将掌握电力电子技术的基本原理、应用领域以及常用电力电子器件和电路的设计与调试方法。
2. 课程大纲
2.1 电力电子技术概述
• 电力电子技术的定义和发展历史
• 电力电子技术在电力系统中的角色和作用
• 重要的电力电子应用领域介绍 2.2 电力电子器件
• 二极管、可控硅、二极管桥等基本电力电子器件的原理和特性
• 电力晶体管、绝缘栅双极型晶体管等新型电力电子器件的介绍
2.3 电力电子电路
• 直流调压电路的设计和分析
• DC/DC变换器的原理和控制方法
• AC/DC变换器的原理和应用
• DC/AC变换器（逆变器）的原理和调制技术
2.4 电力电子控制技术
• 控制理论基础
• 电力电子器件的开关控制技术
• PI调节器的设计和参数调整方法 2.5 电力电子系统设计与调试
• 电力电子系统设计的基本流程
• 电力电子系统的仿真和优化方法
• 电力电子系统的调试和故障排除技巧
3. 学习资源
本课程提供以下学习资源，供学员参考和学习： - 电力电子技术相关的经典教材和参考书目 - 电力电子技术在线学习平台和电子课件 - 电力电子技术实验室设备和实验指导书
4. 学习评估
为了评估学员对电力电子技术的理解和应用能力，本课程将进行以下学习评估形式： - 课堂作业：通过解答电力电子技术相关的问题，检验学员对理论的掌握程度 - 实验报告：学员需完成电力电子实验，并书写实验报告，评估学员的实验能力和数据分析能力 - 期末考试：全面检测学员对电力电子技术的掌握情况
5. 总结
通过本课程的学习，学员将全面了解电力电子技术的概念、原理和应用。掌握电力电子器件的特性和电路的设计方法，具备电力电子系统的设计和调试能力。在电子行业中，电力电子技术的应用广泛，具备这方面的知识和技能将会为学员的职业发展带来巨大的优势。愿本课程对学员的学习和成长有所帮助！
电力电子技术课件
1.2 晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题
V-M系统本质上是带R、L、E负载的晶闸管可控整流电路，关于它的电路原理、电压和电流波形、机械特性等问题，都已在“电力电子技术”课程中讲授。为了承上启下，本节按照分析和设计直流调速系统的需要，重点归纳V-M系统的几个重要问题：1.触发脉冲相位控制；2.电流脉冲及其波形的连续与断续；3. 抑制电流脉动的措施；4. V-M系统的机械特性；5. 晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数。
1.2.1触发脉冲相位控制
在图1-3的V-M系统中，调节控制电压Uc，从而移动触发装置GT输出脉冲的相位，即可方便地改变可控整流器VT输出瞬时电压ud的波形，以及输出平均电压Ud的数值。如果把整流装置内阻Rrec移到装置外边，看成是其负载电路电阻的一部分，那么，整流电压便可以用其理想空载瞬时值ud0和平均值Ud0 来表示，相当于用图1-7的等效电路代替图1-3实际的整流电路。
图1-7 V-M系统主电路的等效电路图
这时，瞬时电压平衡方程式可写作
（1-3）
式中 E — 电动机反电动势(V)；
id— 整流电流瞬时值(A)；
L— 主电路总电感(H)；
R— 主电路等效电阻(Ω)；R = Rrec + Ra + RL；
Rrec—整流装置内阻，包括整流器内部的电阻、整流器件正向压降所对应的电阻整流变压器漏抗换相压降的电阻；
Ra—电动机电枢电阻
RL—平波电抗器电阻。
对ud0进行积分，即得理想空载整流电压平均值Ud0 。
用触发脉冲的相位角 控制整流电压的平均值Ud0是晶闸管整流器的特点。
(完整版)SVPWM仿真
i
SVPWM仿真与分析
电压空间矢量控制技术是把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作，磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的。把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作，磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的。第一章SVPWM基本原理
随着微电子技术、计算机控制技术以及电力电子技术的发展，正弦脉宽调制
（SPWM）策略已广泛应用于交流变频调速系统中，但是SPWM方法不能充分利用馈电给逆变器的直流电压；SPWM是基于调节脉冲宽度和间隔来实现接近于正弦波的输出电流，但是仍会产生某些高次谐波分量，引起电机发热、转矩脉动甚至系统振荡；另外，SPWM适合模拟电路，不便于数字化实现。在交流电机调速的磁通轨迹控制思想的基础上，发展产生了电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）方法。SVPWM物理概念清晰、算法简单且适合数字化实现，在输出电压或电机线圈电流中产生的谐波少，提高了对电压源逆变器直流供电电源的利用率。
1.13s/2s变换
交流电动机三相对称绕组通以三相对称电流可以在电动机气隙中产生空间旋转的磁场，在功率不变的条件下，按磁动势相等的原则，三相对称绕组产生的空间旋转磁场可以用两相对称绕组来等效。这就是矢量坐标变换中的三相静止坐标系和两相静止坐标系的变换（简称3S/2S变换）。如图1-1所示。
对三相电进行3S/2S变换，将u，u，u分解到u，u坐标轴上。可有：
abcaP
u=u一ucos60。一ucos60。 aabc
u-0u+ucos30。一ucos30。式i-i
Pabc
整理可得：2
式1-2
c
图1-13S/2S变换
对于三相交流电u,u,u有:
abc
u-Ucos（®t）
am
bm
u—Ucos（®t+120。）
cm 将u,u,u代入式1-2中，可得结果:
abc
u a
u
P Ucos
《电力电子技术》PPT第1章
《电力电子技术》PPT第1章
☆1.1电力电子的构成☆1.2电力电子发展简史 ☆1.3电力电子的应用领域 第1章
绪论1.1电力电子的构成电力电子的英文是PowerElectronics，它是由电力（旋转电机、静止变换装置）、电
子（含电子器件和电子电路）以及控制（连续和离散）三种技术来支撑的。图1-1电力电子技术的构成1.2电力电子发展简史
随着科学技术的发展，电力电子已从真空管发展到晶体管、IC和LSI。电力电子技术应用的范围也在不断扩大，其发展历程为（如图1-2
所示）：（1）水银整流器（2）晶闸管（3）大功率晶体管（4）智能化的模块（5）超高频、超大容量的高功能元件图1-2电
力电子发展简史1.3电力电子的应用领域由于功率整流器、功率晶体管、晶闸管、GTO、IGBT等功率器件取得很大进展，故
电力变换和控制的领域不断地扩大。下面将重点介绍电力电子器件在工业企业和日常生活的应用领域。如图1-4和图1-5所示。图1-4
电力电子技术的应用领域
《电力电子技术》PPT第2章
《电力电子技术》PPT第2章
2.4电力电子器件的模块化模块是在单个元件基础上发展起来的新器件，它是有若干个半导体芯片按不同的用途和目的进行接线后，封装成一个块
状整体。90年代已经开始普及，除少数超大功率器件外，一般中小功率器件均模块化。其优点是外部接线简单，抗干扰能力增强。2.5
智能电力电子模块（IPM）IPM（IntelligentPowerModule）智能电力电子模块是功率集成电路PIC（Po
werIntegratedCircuits）的一种。一类称为高压集成电路，简称HVIC，它是横向高耐压电力半导体器件与控制电路
的单片集成；另一类即IPM，它是纵向电力半导体器件与控制电路保护电路以及传感器电路等多功能集成。由于高度集成化使模块结构十分紧凑，
避免了由于分布参数、保护延迟等带来的一系列技术难题，使变频器的可靠性得到进一步提高。IPM的智能化表现为可以实现控制、保护、接
口三大功能，构成混合式电力集成电路。2.6全控型电力电子器件的比较1电压、电流的比较图2-45电压、电流的
比较2性能的比较200200200200125150最高工作结温（℃）中等高高高低中等di/d
t高高高高低中等du/dt中等低低很低中等高门栅极驱动功耗100200×10320×10350
1050最大开关速度（kHz）10倍额定值5倍额定值5倍额定值5倍额定值10倍额定值3倍额定值浪涌电流耐压量
100～500306604030正向导通电流密度（A/cm2）220200100～12400～100350
0400正向电流范围（A）500～450050～150050～1000200～2500500～9000100～14
00正向阻断电压范围（V）500～450000200～2500500～6500<50反向电压阻断能力（V）导通/
关断导通/关断阻断阻断阻断阻断常态电压电压电压电压电流电流控制方式S.ITHS.ITVDMOSI
电力系统仿真模拟
电力系统仿真模拟
——应用与未来
电力系统作为现代工业化社会不可或缺的能源供应系统，在改变生活方式、推动社会进步的同时也面临着严重的能源压力，如何更好地控制能源的消耗、提高电能利用率是当代电力行业必须解决的重要问题。因此，技术的应用显得尤为必要，这不仅是因为仿真模拟技术可以帮助电力工程师们更好地了解电力系统的运行情况和特征，而且可以通过不断调整电力系统的运行参数，指导对其进行改进。
仿真模拟技术在电力系统领域应用的原理较为简单，主要是通过对电力系统内各设备进行可视化建模，并按照实际情况与实验数据对应进行仿真和模拟，模拟结果可为电力系统人员提供定量分析和合理化建议。通过这种方式，可为电力行业推进技术发展，优化系统的效率和性能，提高派生的服务，为电力行业的健康发展提供源源不断的动力。与手工计算模型相比，仿真模拟技术更加精准、高效、可靠和智能化。现代电力行业采用了仿真模拟技术，更能更精确地解析与分析电力系统建设、运营和维护的一系列复杂问题，从而提高电网安全运行的能力，保障电力市场稳定供需。 电力系统仿真技术的应用，从入门学习到工程模型的复杂验证，都离不开各类仿真技术的支持。仿真模拟技术的广泛应用带来了更快、更好、更廉价的技术支持，优化了电力线路数据库。仿真技术已经成为现代工程设计不可或缺的一部分，如在电气产品开发过程中，仿真技术可用于多场强度分析、短路电流计算、电磁兼容性和热效应分析等。同时，仿真模拟技术还可通过网络连接世界各地用户进行交互，远程协作，扩大了电力系统模型的适用范围和普及度。
虽然已经得到广泛应用，但仍存在一些问题。首先是模型与实际的差异问题，由于模型的不完善，很多仿真结果与真实情况相距甚远。其次，仿真的时间与资源消耗问题，模型的复杂度以及所需的计算设备限制了大规模数据模拟分析的速度和开销。第三是对人员的要求问题，需要较专业的岗位人员掌握科学的电力系统模型设计和数据分析技术，人才培养与提升需要长期的书面和实践学习。未来能够通过优良的仿真模拟模型、计算机模拟和机器学习等技术手段，加速仿真分析的过程，在数据的预测、模拟参数的选择、可视化、数据汇总等方面迎接挑战。