有源逆變電路建模與仿真(存儲版)

　　

【正文】 要借助計算機編制相應的程序做近似計算。不過， MATLAB作為一種新的計算機語言，要想運用自如，充分發(fā)揮它的威力，也需先系統地學習它。如下圖所 示： 第 23 頁 共 49 頁 圖 仿真模型模塊的參數設置 對于工業(yè)交流電，其頻率 f= 50Hz，周期 T=1/f=l/50=，半周期 T/2=。 在參數設置對話框中設置如下： “Amplitude” 直流電源設置為 220V 圖 3. 12直流電壓的模塊的參數設置對話框 3． RLC元件 在 RLC元件參數設置對話框里， “Btanch type” 右側的下拉窗口，可選擇 RLC元件的各種組合；在參數 “Resistance” 下的空白窗口里，輸入電阻的歐姆數；在 “Inductance39。’ 設置為 , 第 26 頁 共 49 頁 “Jnduction Lon” 設置為 0， “Forward volt age” 設置為 , “Initial current Ic” 設置為 0， “Snubber resistance Rs” 設置為 10, “Snubber capacitance Cs” 設置為 圖 3. 14晶閘管的模塊的參數設置對話框 5． 脈沖信號發(fā)生器 脈沖信號發(fā)生器是以矩形方波信號發(fā)生器，且為矩形方波前沿觸發(fā)方式，可用于觸發(fā)電力電子器件，如晶閘管等。當 α =120176。 =, 對 Pulse2，相位延遲設置為 +=, 第 28 頁 共 49 頁 圖 3. 15脈 沖信號發(fā)生器的模塊的參數設置對話框 6． 電壓測量 電壓測量模型用于測量電路兩節(jié)點之間的電壓，其模型圖標如圖 ，模型圖標有兩個標有極性的輸入端，既可用來測量直流電壓，也可測交流電壓。 “ Source of element indeces” 輸入向量元素源，可選擇 Internal（內部）與 Extemal（外部） 。“Ticklabels” 下拉三個選項： “all” 為坐標系標注標識 “Time offset 0” ， “none” 為坐標系不標注標識 “Time offset O” ， “bottom axis only”為坐標系底部標注標識 “Time offset 0” ，實際上與 “all” 選項相同。 “Format” 為三種保存數據的格式選擇： Structure with time（帶時間的構架）、 Structure（構架）、 Array（數組）。 的相位差。 的仿真曲線 第 34 頁 共 49 頁 圖 3. 21 單相橋式電路 α =90176。 時的消耗功率轉變?yōu)?α =120176。時，對于 Pulse,觸發(fā)脈沖對應延遲時間 t=α t/360=(60+30)*； 對于 Pulse1,第 37 頁 共 49 頁 觸發(fā)脈沖對應延遲時間 t=α t/360=（ 90+120） *；對于 Pulse2，觸發(fā)脈沖對應延遲時間 t=（ 90+240） *。 仿真曲線如下： 第 38 頁 共 49 頁 圖 三相半波電路 α =60176。圖 是三相半波電路工作在整流、逆變交界時的波形（α=90176。、120176。 Measurements：測量可以選擇 5中形式， 即無（ None） 裝置電壓（ Device voltages） 裝置電流（ Device currents） 三相線電壓與輸出平均電壓（ UAB UBC UCA UDC）或所有電壓電流（ All voltages and currents） 選擇之后需要通過萬用表模塊（ Multimeter）顯示。 參數設置完成后，啟動仿真。設計實現了單相橋式全控整流及有源逆變 、三相半波及三相橋式有源逆變電路 在 阻 感 負載時的仿真實例，最后通過調試各個模塊的參數來觀察和分析仿真結果，并進一步設計出了有源逆變的仿真程序，此外，還對仿真中遇到的問題及解決方法做了介紹。 第 48 頁 共 49 頁 結論 本文主要研究單相 橋式全控整流及有源逆變電路 、三相半波及三相橋式有源逆變電路 的原理以及如何應用 matlab 仿真軟件對有源逆變電路原理進行闡述并對其進行仿真。 Frequency of 第 44 頁 共 49 頁 synchronization voltages(Hz)：同步電壓頻率（赫茲）； Pulse width(degrees) ：觸發(fā)脈沖寬度（角度）； Double pulsing：雙脈沖觸發(fā)選擇 。 Inductance Lon（ H）：晶閘管的內電感 Lon，單位為 H，電感不能設置為 0。 Um=100V、 f=50Hz、初相位依次為 0176。圖 是三相半波電路工作在整流狀態(tài)時的波形（α =60176。參數設置完成后，啟動仿真。 晶閘管設置參數為 Ron=、 Lon=、 Vf=0V、 Rs=10Ω、 Cs=。 時，負載電壓 Ud 的波形負面積大于正面積，平均值為負值；輸出電流 Id的方向沒變，所以負載由 α =60176。圖中自上而下依次為交流電壓源 Ug、脈沖信號發(fā)生器 Pulsel發(fā)出的門極正脈沖 Ugl、 Pulse2發(fā)出的門極正脈沖 Ug負載電壓 Ud、 2號 晶閘管兩端電壓 Ut即 Uak、 負載電流 id。觸發(fā)脈沖參數的設置會直接影響輸出波形。默認設置為不被勾選，意為不送數據到 matlab 工作空間。Number of axes”為示波器窗口內的坐標系個數，默認設置為 l；當設置為 2 時，相應模型結構圖中的示波器圖標的輸入端就變成兩個輸入端口。在參數設置對話框中， “Input type” 輸入信號類型，可選擇 Vector（向量）與 Matrix（矩陣），一般都是向量輸入， “Index mode” 基數標志模式，可選擇 Zerobased（零基）與 Onebased（一基）來進行數數，零基，即第一個數從 0開始計數。 =,對 Pulse2，相位延遲設置為 +=, 當對 α =120176。 ，對電網交流電T=,當 α =60176。 “Forward voltage Vf ” 晶閘管門檻電 壓 ， “Initial current Ic” 初始電流， “Snubber resistance Rs” 吸收電阻， “Snubber capacitance Cs” 吸收電容。’ 頻率設置為 50Hz， “Sample time” 采樣時間設置為 0（默認值 0表示該交流電源為連續(xù)源） 第 24 頁 共 49 頁 圖 2．直流電源 參數設置對話框，圖中只有兩項參數設置內容， “Amplitude” 欄下輸入其直流電壓幅值，單 位為伏特 (V)，在測量 “Measurement39。附加的工具箱（單獨提供的專用 MATLAB函數集）擴展了MATLAB環(huán)境，以解決這些應用領域內特定類型的問題。其中包括：一般數值分析、矩陣運算、數字信號處理、建模和系統控制和優(yōu)化 等應用程序，并集應用程序和圖形于一便于使用的集成環(huán)境中。 N的取值由波形的諧波分析展開式確定。有源 逆變工作狀態(tài)下，電路中輸出電壓的波形如圖 (b)實線所示。變流器整流工作時，α ＜π /2， 相應的 β ＞π /2， 而在逆變工作時， α ＞π /2而 β ＜π /2。此時電流 Id從 Ud的正端流出，從 ED的正端流入，能量的流轉關系為交流電網輸出能量， 電機吸收能量以電動狀態(tài)運行。 第 16 頁 共 49 頁 上述兩個條件必須同時具備才能實現有源逆變。顯然，這時電動機為發(fā)電狀態(tài)運行， 對外輸出電能，變流器則吸收上述能量并饋送回交流 電網去，此時的電路進入到有源逆變工作狀態(tài)。 (3) 兩個電源反極性相連，如果電路的總電阻很小，將形成電源間的短路， 應當避免發(fā)生這種情況。 （ 2） 在圖 (b)中，兩個電源的極性均與圖 (a)中相反，但還是屬于兩個電源同極性相連的形式。 相對于整流而言，逆 變是它的逆過程 。 第 11 頁 共 49 頁 圖 （ Machines） 模塊組 （ 6）：連接器（ Conectors）模塊組 連接器模塊組包括 10個常用的連接器模塊。 圖 Simulink 模型庫界面 （ 1）：連續(xù)模塊組及其用途 連續(xù)模塊組包括的主要模塊及其圖標 如圖所示 第 6 頁 共 49 頁 圖 連續(xù)模塊組 表 模塊名稱 模塊用途 Derivative 對信號輸入進行微分 Integrator 對信號輸入進行微分 Memory 輸出本模塊上一步的輸入值 StateSpace 建立一個線性狀態(tài)空間模型 Transfer F 建立一個線性傳遞函數模型 Transport Delay 對輸入信號進行給定量的延遲 Varible Transport Dalay 對輸入信號進行不定量的延遲 ZerpPole 以零極點形式建立一個傳遞函數 模型 （ 2）：離散模塊組及其用途 第 7 頁 共 49 頁 圖 表 模塊名稱 模塊用途 模塊名稱 模塊用途 Discrete 建立離散濾波器 DiscreteTime Intergrater 對一個信號進行離散時間積分 Discrete StateSpace 建立一個離散狀態(tài)空間模型 FirstOrder Hold 建立一階采樣保持器 Discrete Transrer F 建立一個離散傳遞函數 Unit Delay 對采樣信號保持，延遲一個采樣周期 Discrete ZeroPole 建立一個零極點形式離散傳遞函數 ZeroOrder Hold 建立零階保持器 （ 3）：函數與表模塊組及其用途 第 8 頁 共 49 頁 圖 表 模塊名稱 模塊用途 模塊名稱 模塊用途 LookUp Table 建立一維輸入信號巡查表 F 求取輸入信號的熟悉函數值 LookUp Table(2D) 建立兩維輸入信號巡查表 MATLAB F 用 MATLAB現有函數運算 LookUp Table(nD) 建立 n 維輸入信號巡查表 SFunction 調用 s 函數的程序 proLookUp Index Search 查找輸入信號所在范圍 SFunction Builder S 函數生成器 Interpolation(nD)using PreLookUp 對輸入信號進行內差運算 Polynomial 多項式求值 Direct LookUpTable(nD) 從表中選擇數據 （ 4）：數學運算模塊組 （ 5）：非線性系統模塊組 （ 6）：信號與系統模塊組 （ 7）：模塊組輸出及 （ 8）：輸入源模塊組 第 9 頁 共 49 頁 POWER SYSTEM 簡介 在 MATLAB 命令窗口中鍵入 powerlib 命令，則可以得到下圖的模塊庫。今后的電力系統必將是交、直流混合的系統 。采用有源逆變系統將能量回 饋到交流電網而代替?zhèn)鹘y的電阻能耗制動，既節(jié)約了電能，又提高了安全性能。最新的研究方向是運用空間矢量的調制控制，以及開發(fā)新的逆變器的拓撲連接，以獲得部分負載情況下的高的效率。 隨著功率開關器件向高壓大容量化、集成化、全控化、高頻化及多功能化的方向 發(fā)展，材料學科的超導材料和軟磁材料的驚人發(fā)展速度以及智能化控制技術、信息網絡技術的發(fā)展，逆變技術正朝著高功率密度、高變換效率、高可靠性、無污染、智能化的方向發(fā)展 。隨著半導體技術和變流技術的發(fā)展，自關斷的電力電子器件脫穎而出，相繼出現了電力晶體管（ＧＴＲ）、可關斷晶閘管（ＧＴＯ）、功率場效應晶體管（ＭＯＳＦＥＴ）、絕緣柵雙極型晶體管（ＩＧＢＴ） 等等。應用 Matlab/Simulink進行仿真，在仿真過程中可以靈活改變仿真參數，并且能直觀的觀察到仿真結果隨參數的變化情況。 matlab仿真 。 Matlab simulation。它們的幅值、頻率、穩(wěn)定度及變化方式因用電設備的不同而不盡相同，如充電器、太陽能發(fā) 電裝置、電弧焊電源、交流電動機的變頻調速器、加熱電源、電動汽車、燃料電池發(fā)電系統、綠色照明電源、不間斷電源、有源濾波器、市電電源的無功補償器等等，它們所使用的電能都是通過整流和逆變組合電路對原始電能進行變換后得到的。這個階段的特點是：開關器件以低速器件為主，逆變器的開關頻率較低，波形改善以多重疊加法為主，體積重量較大，逆變效率低，正弦波逆變器開始出現 ， 晶閘管 SCR 的誕生為正弦波逆變器的發(fā)展創(chuàng)造了條件 。開發(fā)利用新 能源和可再生能源是 21 世紀世界經濟發(fā)展中最具決定性影響的技術之一，充分開發(fā)利用太陽能、風能、潮汐能和地熱能等可再生能源是世界各國可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策，其中光伏發(fā)電最受矚目。今