第三章 电力电子与MATLAB应用技术

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1.电力电子与MATLAB应用技术,3.1电力电子设备及MATLAB,3.1.1.电力二极管种具有单向导电性的半导体装置，即正向导电和反向阻断。,1电力二极管的基本特性，2电力二极管MATLAB电力二极管模拟模型由电阻实现Ron、一个电感Lon、直流电压源Vf与开关串联。开关受电压Vak与电流Iak逻辑信号控制，VakVf、Iak0将导致电力二极管导通。,模块有两个输出(k、m端子)和输入(a端子)、电力二极管阴极、测量信号输出端子和二极管阳极端子。测量端子可以测量输出向量：导电流和正压降Iak,Vak。,位于SimPowerSystems工。

2、具箱的PowerElectronic在库中，名字是Diode,参数设置界面，ResistanceRon：电阻二极管元件内电阻InductanceLon：电力二极管元件内电感二极管元件内电感ForwardvoltageVf：电力二极管元件正向压降VfInitialcurrentIc：初始电流SnubberresistanceRs：缓冲电阻SnubbercapacitanceCs：缓冲电容,3.模拟电力二极管元件，单相半波整流器，3.1.2晶闸管，1.晶闸管工作原理，阳极、阴极、门极分别表示A、K、g,2晶闸管伏安特性，3晶闸管MATLAB通过电阻实现Ron、一个电感Lon、直流电压源Vf和。

三、开关串联组成。该开关由电压控制Vak、电流Iak和门极触发信号g决定。,晶闸管模拟模型原理闸管模块图标位于SimPowerSystems工具箱的PowerElectronic在库中，名字是Thyristor,设置晶闸管元件参数，ResistanceRon：晶闸管元件内的电阻RonInductanceLon：晶闸管元件内的电感LonForwardvoltageVf(V)：晶闸管元件的正压降VfInitialcurrentIc(A)：初始电流IcSnubberresistanceRs(ohms)：缓冲电阻RsSnubbercapacitanceCs(F)：缓冲电容Cs。

4.以晶闸管模拟为例，单相半波整流器模型，Pulse对话框设置为参数，晶闸管模块设置为其他模块参数：Ron=0.001；Lon=0H；Vf=0.8V；Rs=20；Cs=4e6F；串联RLC组件模块和接地模块Thyristor模型R=1；L=0.01H,模拟参数：选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3开始模拟时间设置为0，停止模拟时间设置为0.1,=0单相半波整流桥模拟结果，反并连续流二极管，3.1.3可关闭晶闸管，1.可关闭晶闸管的工作原理.GTO静态伏安特性，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，开关是一封逻辑信。

5.号控，逻辑信号由GTO的电压Vak、电流Iak和门极触发信号(g)决定,位于SimPowerSystems工具箱的PowerElectronic在库中，名字是Gto,参数设置,ResistanceRon(ohms)：元件内电阻RonInductanceLon(H)：元件内电感LonForwardvoltageVf(v):元件正向管压降VfCurrent10?lltime(s)：电流下降到10%的时间Currenttailtime(s):电流拖尾时间TtInitialcurrentIc(A):初始电流IcSnubberresistanceRs(ohms):缓冲电阻RsSnubberca。

6、pacitanceCs(F):缓冲电容Cs，,5.可关闭晶闸管元件的建模和模拟应用实例、单相半波整流器、模拟模型参数设置：交流电压源振幅5V，频率为50HZ，LRC分支参数R=1，L=0.01H，Cinf模拟算法选择ode23tb算法将相对误差设置为1e-模拟的开始时间为0，停止时间为0.1。,=30GTO单相半波整流器模拟结果，3.1.4绝缘栅双极晶体管，1绝缘栅双极晶体管工作原理，2.IGBT伏安特性，3IGBT在MATLAB由电阻实现Ron、电感Lon还有直流电压源Vf与逻辑信号(g0或g=0)由控制开关串联电路组成，输入C和输出E对应于绝缘栅双极晶体管的集电极C和发射。

7.极E输入g是门极上添加的逻辑控制信g输出m，用于测量输出向量Iak,Vak,IGBT绝缘栅双极晶体管的参数设置：内阻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,4.IGBT主要参数设置：电压源模块Vdc100v；并联RLC分支元件参数R=50,C=3e-6F;脉冲发生器模块周期参数设置为1e-4s；模拟算法选择ode23tb算法将相对误差设置为1e-3.开始模拟时间为0，停止时间为0.0015,Boost变换器模拟结果，3.二晶闸管三相桥式整流器及其仿真，3.2.由晶闸管三相桥式整流器组成。

8、,3.2.二晶闸管三相桥式整流器模拟模型，(1)整流桥模型，通用桥臂模块(UniversalBridge),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：触发脉冲输入端子，如果选择为电力二极管，则无此端子；端子：分别为整流器的输出和输入端子，在建模过程中需要构成电路。,设置通用桥臂模块参数，Numberofbridgearms：可选择1、2、3相桥臂，形成不同形式的整流器。Portconfiguration：端口形式设置。SnubberresistanceRs(ohms):缓冲电阻Rs。SnubbercapacitanceCs(F):缓冲电容Cs。Resist。

9、anceRon(ohms)：晶闸管内电阻Ron，单位为。InductanceLon(H)：晶闸管内电感Lon，单位为H，电感不能设置为0。ForwardvoltageVf(v):晶闸管元件的正压降Vf，单位为V。Measurements：可选择5中形式进行测量，无(None)装置电压(Devicevoltages)装置电流(Devicecurrents)三相线电压与输出平均电压(UABUBCUCAUDC)或所有电压电流(Allvoltagesandcurrents)通过万用表模块进行选择(Multimeter)显示。,(2)同步脉冲触发器，用于触发三相全控整流桥的器。

10.闸管，同步6脉冲触发器可给出双脉冲，双脉冲间隔为60，触发器输出的16脉冲依次给出三相全控整流桥对应数量的6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：该端子输入脉冲触发角控制信号；AB,BC,CA：三相电源的三相电压输入是Vab,Vbc,Vca；Block：触发器控制端，输入为0时打开触发器，输入大于零时封锁触发器；Pulses：6脉冲输出信号。alpha_deg双6脉冲同步触发器的输入输出信号如图3-41所示.,设置脉冲同步触发器参数，Frequencyofsynchronizationvoltages(Hz)：同步电压频率(赫兹)。

11、；Pulsewidth(degrees)：触发脉冲宽度(角度)；Doublepulsing：双脉冲触发选择。,通过三相线电压的具体实现VoltageMeasurement(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提供给其他电路或输出。,(3)其他模块，主电路负载:为了模拟直流电机模型，选择电阻、电感和直流反电势，选择电阻和电感模型RLC串联分支实现。由于电流反向的原因，需要将直流反电动势设置为负值来实现反电动势功能。通过三个频率50、幅值220、相位滞后120交流电压源实现三相交流电源。添加相应的测量模块和输出模块，完成电气连接。,(4)仿真。

12.设置和模拟结果，选择模拟算法ode23s算法，仿真时间为00.05秒，其他参数为默认值。在负载选择R1欧、L1mH，反电动势V5V模拟时进行。,3.3基于PWM技术逆变器及其模拟，3.3.1PWM技术逆变器原理，3.3.2基于PWM(1)技术逆变器模拟PWM发生器,MATLAB在SimPowerSystems工具箱的Extras库中ControlBlocks子库下的PWM发生器(PWMGenerator),Signal(s)：当选择调制信号内部生成模式时，无需连接端子；当选择调制信号外部生成模式时，端子需要连接用户定义的调制信号。Pulses：根据主电路桥臂形式的选择，定制2、4、。

13、6，12路PWM脉冲。,PWM设置发生器参数，GeneratorMode：分别选择为1-armbridge(2pulses)、2-armbridge(4pulses)、3-armbridge(6pulses)、double3-armbridge(6pulses)。Carrierfrequency(Hz)：载波频率Internalgenerationofmodulatingsignal(s)：选择信号内外调制信号。Modulationindex(0m1):调制索引值m，可选调制信号中的生成模式，其范围在01之间。大小决定复制输出信号。Frequencyofoutputvoltage(。

14、Hz)：可选调制信号中的生成模式，设置输出电压的频率。Phaseofoutputvoltage(degrees)：可选调制信号中的生成模式，设置输出电压的初始相位值。,（2）逆变器模型，逆变器模型由通用桥臂组成，（3）电源模型，由于逆变器模型为双极性，输入正负两相直流电压源，连接两个直流电压源，中间接地。两者都设定为200伏。,(4)其他模型在模型窗口中增加一个输入输出中性接地模块；逆变器负载选择LRC串联分支，参数为R1欧，L2mH，Cinf；以及输入、输出接地模块及相关测量和输出模块。,(5)模拟设置和结果输出，参照模型图建立电气连接，模拟计算。

15、法选择ode15s算法，仿真时间为0-0.05秒，其他参数为默认值。,3.4.交流调压器及应用模拟，1。电阻负载交流调压器，2。电阻电感负载交流调压器，3。晶闸管交流调压器模拟，主要模块参数设置：交流峰值电压100V、初相位为0，频率为50HZ；设置晶闸管参数：Ron=0.001；Lon=0H；Vf=0；Rs=20；Cs=4e-6F，RC缓冲电路Lon=0.01H；负载RLC当分支、电阻负载时，R=2，L=0H，C=inf；脉冲发生器：Pulse和Pulse1模块中的脉冲周期为0.02s,脉冲宽度确实是10%，脉冲高度是12，脉冲移相角是通过相位角延迟对话框设置的。。

16.4.晶闸管单相交流调压电路的模拟算法选择为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。,控制角为60时的电阻性负载电流、电压和脉冲波形,控制角120时的电阻性负载电流、电压和脉冲波形,3.5直流斩波器及应用仿真,直流斩波包括降压斩波电路、升压斩波电路，升降压斩波电路。,1.降压斩波电路的模型及工作原理,2.降压式(Buck)变换器的建模和仿真,主要参数设置：输入直流电压源Vdc100V。负载并联LRC，设置参数：R=50，C=3e-6F；平波电感串联LRC，参数设置为148e-5H。斩波器选择通用桥臂，功率器件选择IGBT；脉冲发生器模块，周期参数设置为1e-4。,选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3，开始仿真时间设置为0.0194，停止时间设置为20.8e-3,3.升压-降压式(Buck-Boost)变换器的仿真,Buck-Boost变换器中IGBT电流、电感电流、二极管和负载电压波形。