第三章 电力电子与MATLAB应用技术

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仿真算法选择ode23s算法,仿真时间为0－ 0.05 秒，其他参数为默 认值。在负载选择R＝1欧、L＝1mH，反电动势V＝－5V时进行仿 真。
MATLAபைடு நூலகம்应用技术
3.3基于PWM技术逆变器及其仿真 3.3.1 PWM技术逆变器原理
+Ed
V1V4

V3V2
2
-Ed (a)
+Ed -Ed

2
-Ed (b)
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3.3.2基于PWM技术逆变器仿真
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1.PWM发生器 MATLAB在SimPowerSystems工具箱的Extras库中Control Blocks子库下的PWM发生器（PWM Generator ）
Signal（s）：当选择为调制信号内部产生模式时， 无需连接此端子；当选择为调制信号外部产生模式 时，此端子需要连接用户定义的调制信号。 Pulses：根据选择主电路桥臂形式，定制产生2，4， 6，12路PWM脉冲。
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（5）仿真设置与结果输出 参照模型图进行电气连线完成模型的建立，仿真算法选择 ode15s算法，仿真时间为0-0.05秒，其他参数为默认值。
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3.4交流调压器及应用仿真 1.电阻性负载的交流调压器
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2.电阻电感性负载的交流调压器
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（3）其他模块 主回路负载这里为了模拟直流电动机模型，选择电阻、电感与 直流反电动势构成，电阻、电感模型选择RLC串联分支实现。直 流反电动势通过直流电源实现，因为电流反向的原因需要将其 设为负值实现反电动势功能。三相交流电源通过三个频率50、 幅值220、相位滞后120交流电压源实现。再加入相应的测量模 块和输出模块，完成电气连接。
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α=0°单相半波整流桥仿真结果
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反并联续流二极管
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3.1.3 可关断晶闸管 1 .可关断晶闸管工作原理
2. GTO的静态伏安特性
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3. GTO在MATLAB中的实现
GTO模型由电阻Ron电感Lon、直流电压源Vf和开关串联组成， 该开关受一个逻辑信号控制，该逻辑信号又由GTO的电压Vak、电流Iak和门极触发信号（g）决定
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（2）同步脉冲触发器
同步脉冲触发器用于触发三相全控整流桥的6个晶闸管，同步6脉冲触发器可以给出双脉冲, 双脉冲间隔为60°,触发器输出的1～6号脉冲依次送给三相全控整流桥对应编号的6个晶闸管.
同步脉冲触发器包括同步电源和六脉冲触发器两个部分
alpha_deg：此端子为脉冲触发角控制信号输入； AB, BC, CA：三相电源的三相线电压输入即Vab, Vbc, and V Block：触发器控制端，输入为“0”时开放触发器， 输入大于零时封锁触发器； Pulses：6脉冲输出信号。 alpha_deg为30度时双6脉冲同步触发器的输入输出信号
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通用桥臂模块参数设置
Number of bridge arms： 桥臂数量，可以选择1、2、3相桥臂，构成不同形式的整流器。 Port configuration：端口形式设。 Snubber resistance Rs(ohms):缓冲电阻Rs。 Snubber capacitance Cs(F):缓冲电容Cs。 Resistance Ron（ohms）：晶闸管的内电阻Ron，单位为Ω。 Inductance Lon（H）：晶闸管的内电感Lon，单位为H，电感不能设置为0。 Forward voltage Vf（v）:晶闸管元件的正向管压降Vf，单位为V。 Measurements：测量可以选择5中形式， 即无（None） 装置电压（Device voltages） 装置电流（Device currents） 三相线电压与输出平均电压（UAB UBC UCA UDC）或所有电压电流（All voltages and currents） 选择之后需要通过万用表模块（Multimeter）显示。
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PWM发生器参数设置
Generator Mode： 分别选择为1-arm bridge（2 pulses）、2-arm bridge（4 pulses）、3-arm bridge （6 pulses）、double 3-arm bridge（6 pulses）。 Carrier frequency (Hz)：载波频率 Internal generation of modulating signal (s)：调 制信号内、外产生方式选择信号。 Modulation index (0 < m < 1) ：调制索引值m， 调制信号内产生方式下可选，其范围在0－1之间。大 小决定输出信号的复制。 Frequency of output voltage (Hz)：调制信号内产 生方式下可选，输出电压的频率设定 Phase of output voltage (degrees)：调制信号内 产生方式下可选，输出电压初始相位值设定。
晶闸管仿真模型原理
晶闸管模块的图标
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晶闸管元件参数设置
Resistance Ron：晶闸管元件内电阻Ron Inductance Lon ：晶闸管元件内电感Lon Forward voltage Vf（V）： 晶闸管元件的正向管压降Vf Initial current Ic（A）：初始电流Ic Snubber resistance Rs（ohms）：缓冲电阻R Snubber capacitance Cs（F）：缓冲电容Cs
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4.晶闸管单相交流调压电路的仿真结果 仿真算法选择为ode23tb算法，仿真时间设置为0-0.03s，开始仿真。给出 了移相控制角等于60°和120°时带电阻负载和电感负载时，负载上的电流、 电压波形以及触发脉冲波形。
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（2）逆变器模型 逆变器模型采用通用桥臂构成
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（3）电源模型 由于逆变器模型为双极性方式，输入典型选择正负两相直流电压源， 实现过程将两个直流电压源串联连接，中间接地。二者都设定为20伏。 （4）其他模型 在模型窗口中增加输入与输出型中性接地模块各一只；逆变器负载选择 LRC串联分支，参数为R＝1欧，L＝2mH，C＝inf；以及输入、输出接地模 块和相关的测量和输出模块。
3.晶闸管交流调压器的仿真
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主要模块参数设置： 交流峰值电压为100V、初相位为0、频率为50HZ； 晶闸管参数进行设置：Ron=0.001Ω；Lon=0H；Vf=0； Rs=20Ω；Cs=4e-6F，RC缓冲电路Lon=0.01H； 负载RLC分支，电阻性负载时，R=2Ω，L=0H，C =inf； 脉冲发生器：Pulse 和Pulse1模块中的脉冲周期为0.02s,脉冲 宽度设置为脉宽的确10%，脉冲高度为12，脉冲移相角通过 “相位角延迟”对话框进行设置。
模块有两个输出（k、m端子）和一个输入（a端子）， 分别电力二极管的阴极和测量信号输出端子以及二极管的阳极端子
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参数设置界面
Resistance Ron：电力二极管元件内电阻 Inductance Lon ：电力二极管元件内电感 Forward voltage Vf：电力二极管元件正向管压降V Initial current Ic：初始电流 Snubber resistance Rs：缓冲电阻 Snubber capacitance Cs：缓冲电容
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6脉冲同步触发器参数设置
Frequency of synchronization voltages(Hz)：同步电压频率（赫兹）； Pulse width(degrees) ：触发脉冲宽度（角度）； Double pulsing：双脉冲触发选择。
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三相线电压具体实现是通过Voltage Measurement（电压测量）模块， 电压测量模块可以将电路中两个节点的电压值，并提供其他电路或者用于输出
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3. 电力二极管元件的仿真举例 单相半波整流器
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3.1.2晶闸管 1.晶闸管工作原理 阳极、阴极、门极分别表示为A、K、g
2．晶闸管伏安特性
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3．晶闸管在MATLAB中的实现 由一个电阻Ron、一个电感Lon、一个直流电压源Vf和一个开关串联组成。 开关受逻辑信号控制，该逻辑信号由电压Vak、电流Iak和门极触发信号g决定。
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5.可关断晶闸管元件的建模和仿真应用实例 单相半波整流器
仿真模型参数设置： 交流电压源幅值5V，频率为50HZ， LRC分支参数R=1Ω，L=0.01H，C＝inf 仿真算法选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3 仿真开始时间为0，停止时间设置为0.1。
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IGBT的参数设置
绝缘栅双极型晶体管: 内电阻Ron 电感Lon 正向管压降Vf 电流下降到10%的时间Tf 电流拖尾时间Tt 初始电流Ic 缓冲电阻Rs 缓冲电容Cs
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4.IGBT构成的升压变换器建模与仿真
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主要参数设置： 电压源模块Vdc＝ 100v； 并联RLC分支元件参数R=50Ω,C=3e-6F; 脉冲发生器模块周期参数设置为1e-4s； 仿真算法选择ode23tb算法,将相对误差设置为1e-3, 开始仿真时间为0,停止时间设置为0.0015,
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Boost变换器仿真结果
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3.2晶闸管三相桥式整流器及其仿真 3.2.1 晶闸管三相桥式整流器构成
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3.2.2晶闸管三相桥式整流器的仿真模型
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（1）整流桥模型 通用桥臂模块（Universal Bridge）
A、B、C端子：分别为三相交流电源的相电压输入端子； Pulses端子：为触发脉冲输入端子，如果选择为电力二极管，无此端子； ＋、－端子：分别为整流器的输出和输入端子，在建模时需要构成回路。
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4.晶闸管仿真举例 单相半波整流器模型
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Pulse的参数设置对话框 晶闸管模块设置： Ron=0.001Ω；Lon=0H；Vf=0.8V； Rs=20Ω；Cs=4e—6F； 串联RLC元件模块和接地模块到Thyristor模型 R=1Ω；L=0.01H 仿真参数： 选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3 开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为0.1
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参数设置
Resistance Ron（ohms）：元件内电阻Ron Inductance Lon（H）：元件内电感Lon Forward voltage Vf（v）:元件的正向管压降Vf Current 10% fall time（s）： 电流下降到10%的时间 Current tail time(s):电流拖尾时间Tt Initial current Ic(A):初始电流Ic Snubber resistance Rs(ohms):缓冲电阻Rs Snubber capacitance Cs(F):缓冲电容Cs，
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清华大学出版社
王忠礼 段慧达 高玉峰编著
3电力电子与MATLAB应用技术
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3.1 电力电子器件与MATLAB 3.1.1电力二极管 电力二极管是一种具有单向导电性的半导体器件，即正向导电、反向阻断。
1．电力二极管基本特性
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2．电力二极管在MATLAB中实现 电力二极管仿真模型: 由一个电阻Ron、一个电感Lon、一个直流电压源Vf和一个开关串联组成
α=30°GTO单相半波整流器仿真结果
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3.1.4 绝缘栅双极型晶体管 1．绝缘栅双极型晶体管工作原理
2.IGBT的伏安特性
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3．IGBT在MATLAB中的实现
由电阻Ron、电感Lon和直流电压源Vf与逻辑信号（g>0或g=0）控制的开关串联电路组成
输入C和输出E对应于绝缘栅双极型晶体管的集电极C和发射极E 输入g为加在门极上的逻辑控制信g 输出m用于测量输出向量[Iak,Vak]