第三章 电力电子与MATLAB应用技术

220(交流电源 交流电压源 电压峰值) 50（电压频率） 电流测量模 块 电压测量模 块
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第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.1 电力电子器件与MATLAB
各模块的名称及参数设置表 子模块库 SimPower Systems 模块
第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.1 电力电子器件与MATLAB
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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第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术
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
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
第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.1 电力电子器件与MATLAB
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 2.IGBT
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3.1 电力电子器件与MATLAB
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
串联RLC分支
Power Electronics
Thyristor 晶闸管参数设置 略见教材P74图3-12
晶闸管内电阻 内电感 正向管压降 初始电流 缓冲电阻 缓冲电容 停止仿真时间
设置仿真 参数
菜单 Simulation parameters
Simulation time (stop time) Solver options Relative tolerance
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3.1 电力电子器件与MATLAB
4.IGBT构成的升压变换器建模与仿真
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3.1 电力电子器件与MATLAB
第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.1 电力电子器件与MATLAB
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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第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.1 电力电子器件与MATLAB
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：缓冲电阻 Snubber capacitance Cs：缓冲电容
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]
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3.1 电力电子器件与MATLAB
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
主要参数设置： 电压源模块Vdc＝ 100v； 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； 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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第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.1 电力电子器件与MATLAB
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
第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.1 电力电子器件与MATLAB
参数名
略 Number of outputs
参数值
略见P75图314 2
备注
脉冲发生器 信号分离器 示波器
Number of 5 axes(坐标个数） Pink amplitude (v) Frequency (Hz)
SimPower Systems
Electrical Sources Measurements
算法（刚性积分） 相对误差 MATLAB应用技术 MATLAB应用技术
第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.1 电力电子器件与MATLAB
α=0°单相半波整流桥仿真结果
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第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.1 电力电子器件与MATLAB
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4.晶闸管仿真举例
第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.1 电力电子器件与MATLAB
单相半波整流器模型
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第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.1 电力电子器件与MATLAB
反并联续流二极管
练习题
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第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.1 电力电子器件与MATLAB
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
Diode
Thyristor
Gto
IGBT
模型图标
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第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.2 晶闸管三相桥式整流器及其仿真
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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1.晶闸管工作原理 阳极、阴极、门极分别表示为A、K
2．晶闸管伏安特性
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第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.1 电力电子器件与MATLAB
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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第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.1 电力电子器件与MATLAB
各模块的名称及参数设置表 子模块库 Simulink 模块
Sources Signal Routing Sinks
模块名称
Pulse Generator Demux Scope AC Voltage Source Current Measurement Voltage Measurement
3.1 电力电子器件与MATLAB
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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第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术
3.1 电力电子器件与MATLAB
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=1 ，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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3.2 晶闸管三相桥式整流器及其仿真
3.2.2晶闸管三相桥式整流器的仿真模型
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3.2 晶闸管三相桥式整流器及其仿真
（1）整流桥模型 通用桥臂模块（Universal Bridge）
Elements
模块名 称
Ground Series RLC Branch
参数名
参数值
备注
接地
Resistance (ohms) Inductance (H) Capacitance (F)
R=1 L=0.01H inf Ron=0.001 Lon=0H Vf=0.8V Ic=0 Rs=20 Cs=4e-6F 0.1 ode23tb 1e-3
Pulse的参数设置对话框 晶闸管模块设置： Ron=0.001 ；Lon=0H；Vf=0.8V； Rs=20 ；Cs=4e—6F； 串联RLC元件模块和接地模块到Thyristor模型 R=1 ；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
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
第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.1 电力电子器件与MATLAB
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Rs Snubber capacitance Cs（F）：缓冲电容Cs
MATLAB应用技术
天津理工大学自动化学院 电气工程及其自动化专业
第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术 3.1 电力电子器件与MATLAB 3.2 晶闸管三相桥式整流器及其仿真 3.3基于PWM技术逆变器及其仿真 3.4 交流调压器及应用仿真
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第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术
3.1 电力电子器件与MATLAB
α=30°GTO单相半波整流器仿真结果
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第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术
3.1 电力电子器件与MATLAB
3.1 电力电子器件与MATLAB
Boost变换器仿真结果
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第三章 MATLAB与电力电子应用技术 与电力电子应用技术
3.1 电力电子器件与MATLAB
电力电子器件一览表
电子器件名称 模块库 SimPowerSystems 子模块名 Power Electronics 所在模块名称 电力二极管 晶闸管 可关断晶闸管 绝缘栅双极型 晶体管
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。