第3章 MATLAB与电力电子应用技术11ji

逆变器模型采用通用桥臂(Universal Bridge)构成
（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200伏。
同步脉冲触发器用于触发三相全控整流桥的6个晶闸管， 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. 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和 Vca； 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。
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。
（2）逆变器模型
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。
3.3 基于PWM技术逆变器及其仿真
逆变器是实现直流到交流的电流变换过程
PWM逆变器即是采用高频载波信号与调制信号 （即期望目标）比较形成触发控制脉冲，逆变器 上每个开关元件在一个控制周期内多次通断。通 过PWM调制技术,将直流电压变换成到交流电源 的装置
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。
晶闸管仿真模型原理
晶闸管模块的图标
测量端子m可测量出输出向量:导通电流和正向压 降，即[Iak，Vak]
4.晶闸管仿真举例 单相半波整流器 模型
α=0°单相半波整流桥仿真结果
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
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
模块的图标
电力二极管仿真模型原理
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Vf
Initial current Ic：
初始电流 Snubber resistance Rs：
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
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
缓冲电阻
Snubber capacitance Cs： 缓冲电容
3. 电力二极管元件的仿真举例
单相半波整流器
模块设置： AC:峰值220V ，频率50Hz；其他电气 元件为默认值 仿真算法：可选用ode23tb或ode15s
系统中使用的模块如下:
回路模块: AC Voltage Source( Simpowersystems→Electrical Source); Diode; Series RLC Branch( Simpowersystems→Elements);
3.3.1 PWM技术逆变器原理
+Ed V3V2
V1V4

2
-Ed (a)
+Ed -Ed

2
-Ed (b)
3.3.2基于PWM技术逆变器仿真
一桥臂仿真模型
1.PWM发生器 MATLAB在SimPowerSystems工具箱的Extra Library库中的 Control Blocks子库下的PWM发生器（PWM Generator ）
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： 端口形式设置。 Snubber resistance Rs(ohms):缓冲电阻Rs。 Snubber capacitance Cs(F):缓冲电容Cs。
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。
（2）同步脉冲触发器(Synchronized 6-Pulse Genetrator) (SimPowerSystem→Extra Library→Control Blocks)
仿真模型
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
Boost变换器仿真结果
3.2晶闸管三相桥式整流器及其仿真
Ground ( Simpowersystems→ Elements)
测量模块( Simpowersystems→Measurements): Current Measurement;Voltage Measurement
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
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种形式，
即: 无（None）
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。
三相线电压具体实现是通过Measurements库中 Voltage Measurement（电压测量）模块， 电压测量模块可以将电路中两相电压作为输入, 则其输出为一线电压，
Simulink→Source
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: R=1Ω；L=0.01H；C=inf
Pulse的参数设置对话框
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
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。
α=30°GTO单相半波整流器仿真结果
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
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]
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
三相三绕组变压器
三相二绕组变压器
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
2．电力二极管在MATLAB中实现
电力二极管仿真模型: (Simpowersystems→Power Electronics) 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
电力电子元件（Power Electronics）;
2）电器元件（Elements） 电器元件库包括各种常用的电器和电路元件的模型 断路器
连接端口 有分布电容、电感的传输线
接地端点
单相变压器，二次侧有一个 或两组绕组
互感线圈
分布电容、电感为л 型的传输导线
饱和变压器：考虑饱和效应的单相变压器
压敏电阻
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，
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
Snubber resistance Rs(ohms):缓冲电阻Rs Snubber capacitance Cs(F):缓冲电容Cs，