基于Simulink电力电子课设-正文

电力电子系统计算机仿真第四组说明书学院：电信学院班级：学号：姓名：日期：2010年12月2日目录前言-----------------------------------------------------3 摘要-----------------------------------------------------3 第一章电力电子常用的仿真软件介绍----------------------4 1.1 MATLAB----------------------------------------------4 1.2 SPICE-----------------------------------------------4 1.3 PSIM------------------------------------------------4 1.4 Saber-----------------------------------------------4 1.5 Simulink--------------------------------------------4 第二章电力电子器件的概念和特征-------------------------6 2.1概念--------------------------------------------------------------------------------6 2.2电力电子器件基本模型-----------------------------------------------------6 2.3 电力电子器件的一般特征--------------------------------------------------6 第三章常见的几种电力器件-------------------------------8 3.1 电力二极管----------------------------------------------------------------------8 3.2 晶闸管-----------------------------------------------9 3.3 门极可关断晶闸管------------------------------------10 3.4 电力晶体管------------------------------------------11 第四章电力电子元件仿真介绍----------------------------12 4.1电力二极管仿真--------------------------------------------------------------12 4.2晶闸管仿真----------------------------------------------------------------------144.3可关断晶闸管仿真----------------------------------------------------------18第五章电力电子典型电路仿真----------------------------21 5.1设计一---------------------------------------------------------------------------21 5.2 设计二---------------------------------------------------------------------------24 第六章复杂电路的仿真----------------------------------28 6.1 三相电压型桥式逆变电路原理--------------------------------------------28 6.1 三相电压型桥式逆变电路仿真--------------------------------------------29 总结体会------------------------------------------------35 参考文献------------------------------------------------36前言摘要：本文在介绍电力基本元器件时，是在单相半波整流电路的基础上，建立了基于Simulink的单相半波整流电路的仿真模型，并分别对电力二极管、晶体管、可关断晶体管所组成的单相半波整流电路进行了仿真分析与研究。

在对典型电路仿真时，是在三相全控桥整流及逆变和降压斩波电路的基础上，建立了基于Simulink的三相全控整流及逆变和降压斩波电路的仿真模型。

通过仿真分析也验证了本文所建模型的正确性。

关键字：Simulink、仿真、单相半波、整流、三相全控桥、逆变、降压斩波第一章电力电子常用的仿真软件介绍目前在电力电子场合常用的仿真软件主要有MATLAB、Simulink、SPICE、PSIM、Saber等。

1.1 MATLABMATLAB是一种适用于工程应用各领域分析设计与复杂计算的科学计算软件。

MAT—LAB是矩阵(Matrix)和实验室(Lahoratory)两个英文单词的前三个字母的组合，它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重针对科学计算、工程计算和绘图的要求，现已成为大学教学和科研中最常用且必不可少的工具。

1.2 SPICESPICE主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。

各种以SPICE为核心的商用模拟电路仿真软件，在SPICE的基础上做了大量实用化工作，从而使SPICE成为最为流行的电子电路仿真软件。

PSPICE则是SPICE的基础上升级发展来的，采用自由格式语言和图形界面。

PSPICE在三大方面实现了重大变革：首先，在对模拟电路进行直流、交流和瞬态等基本电路特性分析的基础上，实现了蒙特卡罗分析、最坏情况分析以及优化设计等较为复杂的电路特性分析；第二，不但能够对模拟电路进行，而且能够对数字电路、数/模混合电路进行仿真；第三，集成度大大提高，电路图绘制完成后可直接进行电路仿真，并且可以随时分析观察仿真结果。

1.3 PSIMPSIM是趋向于电力电子领域以及电机控制领域的仿真应用包软件。

PSIM具有仿真高速、用户界面友好、波形解析等功能，为电力电子电路的解析、控制系统设计、电机驱动研究等有效提供强有力的仿真环境。

PSIM仿真解析系统可以和其他公司的仿真器连接，为用户提供高开发效率的仿真环境。

1.4 SaberSaber仿真器可以在一个界面中完成设计，也可以在不同界面中完成设计，但这些界面之间完全实现无缝连接。

可以作多种仿真分析，它可以作时域仿真分析，频域仿真分析，参数分析和参数扫描分析。

DC分析、时域瞬态分析；AC分析、傅立叶分析、FFT分析；直流工作点的扫描分析、温度分析、参数扫描分析、蒙特卡诺分析、噪声分析、应力分析、失真分析等。

可以从多方面分析对象的特征，可以更全面、更准确地了解设计对象的特征。

建立的模拟系统具有物理特性，同时还能够建立控制系统。

它支持多种建模语言，但主要采用MAST语言建模。

Saber具有功能完备的信号波形察工具和分析工具。

1.5 SimulinkSimulink是一个集建模、仿真和分析动态系统为一体的软件，是一种基于MATLAB的图形设计环境，是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows 的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。

它有友好的图形用户界面，用户可以轻松地完成对应用问题的仿真，并实时地观察可能出现的结果。

Simulink 支持线性，非线性系统，连续系统，离散系统，或者混合系统的建模与仿真。

用户可以在MATLAB的命令窗口直接键入Simulink或者单击MATLAB命令窗口工具栏上的Simulink模块库浏览器命令按钮或者在MATLAB命令窗口File菜单中选择New菜单项下的Model命令启动Simulink。

本次电力电子技术课程设计所采用的仿真软件是Simulink。

通过本次的课程设计仿真，可以对Simulink基本操作有所掌握。

第二章电力电子器件的概念和特征2.1 概念:电力电子器件（Power Electronic Device）功率半导体开关器件，在主电路中通过控制其开关状态，能实现电能变换和控制的电子器件。

2.2 电力电子器件基本模型图2.1 电力电子器件基本模型2.3 电力电子器件的一般特征同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一般特征：（1）处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力，是最重要的参数。

其处理电功率的能力小至毫瓦级，大至兆瓦级,大多都远大于处理信息的电子器件。

（2）电力电子器件一般都工作在开关状态导通时（通态）阻抗很小，接近于短路，管压降接近于零，而电流由外电路决定。

阻断时（断态）阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，而管子两端电压由外电路决定。

电力电子器件的动态特性（也就是开关特性）和参数，也是电力电子器件特性很重要的方面，有些时候甚至上升为第一位的重要问题。

作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替（3）实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。

在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对控制电路的信号进行放大，这就是电力电子器件的驱动电路。

（4）为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热器。

导通时器件上有一定的通态压降，形成通态损耗。

阻断时器件上有微小的断态漏电流流过，形成断态损耗。

在器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和关断损耗，总称开关损耗。

对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是造成器件发热的原因之一。

通常电力电子器件的断态漏电流极小，因而通态损耗是器件功率损耗的主要成因。

器件开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素。

它有三个电极：其中A和B代表开关的两个主电极，K是控制开关通断的控制极；它只工作在“通态”和“断态”两种情况：通态时其电阻为零，断态时其电阻无穷大。

第三章常见的几种电力器件3.1 不可控器件—电力二极管（Power Diode）Power Diode结构和原理简单，工作可靠，基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。

图3.1 电力二极管电气图形符号1)PN结N型半导体和P型半导体结合后构成PN结。

交界处电子和空穴的浓度差别，造成了各区的多子向另一区的扩散运动，到对方区内成为少子，在界面两侧分别留下了带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。