有源逆變電路建模與仿真-資料下載頁

【導讀】仿真所需要的電力系統模塊做了簡要的說明，介紹了有源逆變電路的主要環節整流及有源逆變的工作原理，并且分。析了幾種常見的觸發角，在此基礎上運用MATLAB軟件分別對電路的仿真進行了設計；實現了對有源逆變電路的仿真。

　　

【正文】 顯示一次；其二， “ Sample time” 設置顯示點的采樣時間間隔，默認設置為 0，意為顯示連續信號，設置為 1，表示顯示方式由輸入信號決定。 “Data history” 主要是針對示波器數據存儲與傳送方面的。 “Limit data points to last ” 欄設置緩沖區存儲數據的長度，默認設置為 5000。若輸入的數據過多時，則會自動清除空間。默認設置為不被勾選，意為不送數據到 matlab 工作空間。 “Variable name ” 是儲存數據的變量名，可以設置，也可以用默認設置名 “ScopeData ” 。 “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）。 在參數設置對話框中設置如下： “General” 標簽頁： “Number of axes ” 設置為 6 “Time range” 設置為 auto “Tick labels” 設置為 bottom axis only “Sampling” 設置為 Decimation l “Data history ” 標簽 頁： “Limt data poirts to last ” 設置為 5000 圖 3. 19示波器的模塊的參數設置對話框 模型仿真及仿真結果 在調試過程中，純電阻負載的波形最易于控制和分析，對于電感性負載，由于電感的儲能作用，其輸出電流不能突變，因此在仿真模 型 中電感負載的大小對仿真電流波形的好壞起 重要的作用。 在阻感性負載單相橋式逆變電路的仿真過程中，如果電感參數設置不當，電流波形則不理想。當電感是 ，由于電感的儲能作用不夠，不能達到最佳波形輸出；若電感是 ，由于電感 的作用過大，使得輸出電流波形也不理想；根據調試，選擇電感為 ，這個值和電阻匹配得第 32 頁 共 49 頁 比較理想。總之，在參數設置時，將其設置的參數大概選定在某一范圍內，然后再在小范圍內進行微調，選擇出最匹配的參數數值。 觸發脈沖參數的設計要完全取決于逆變電路的原理，每個橋臂、脈沖模塊的連接和參數設置都要嚴格依據不同的逆變原理。觸發脈沖參數的設置會直接影響輸出波形。單相橋式逆變電路橋臂上的電力開關交替處于導通狀態，而導通與關斷的狀態是由觸發脈沖控制的，由于兩個橋臂交替導通，兩組觸發脈沖存在 180176。 的相位差。 對單相橋式全控整流及有源逆變仿真模型進行仿真，即可得到 仿 真曲線，如圖 。當阻感負載 R=2Ω 、 L=， α =60176。 、 α =90176。 、 α =120176。 的仿真曲線如圖所示。圖中自上而下依次為交流電壓源 Ug、脈沖信號發生器 Pulsel發出的門極正脈沖 Ugl、 Pulse2發出的門極正脈沖 Ug負載電壓 Ud、 2號 晶閘管兩端電壓 Ut即 Uak、 負載電流 id。 仿真曲線如下： 第 33 頁 共 49 頁 圖 3. 20單相橋式電路 α =60176。 的仿真曲線 第 34 頁 共 49 頁 圖 3. 21 單相橋式電路 α =90176。 的仿真曲線 第 35 頁 共 49 頁 圖 3. 22 單相橋式電路 α =120176。 的仿真曲線 從仿真曲線可 知 ，當 α =60176。 時，即 α 90176。 時，變流裝置工作在整流狀態，負載電壓 Ud的波形正面積大于負面積，平均值為正值 ； 當 α =120176。 時，即 α 90176。 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。 ，即 α 90176。 時的消耗功率轉變為 α =120176。 時，即 α 90176。 時的回饋功率，這正是從整流到逆變的轉換。 第 36 頁 共 49 頁 三相半波有源逆變的 模型 仿真 仿真模型 三相半波有源逆變的仿真設計如下圖所示 圖 源逆變的仿真模型 仿真模型模塊的參數設置 1．交流電源 按三相對稱電源要求設置參數 Um=100V、 f=50Hz、 初相位依次為 0176。、 120176。、 120176。 晶閘管設置參數為 Ron=、 Lon=、 Vf=0V、 Rs=10Ω、 Cs=。 RLC原件設置參數為 R=5Ω、 L=、 C=inf 直流電壓源電壓設置為 120V 由于電源頻率為 50Hz，脈沖設置為 、脈沖寬 度設置為脈寬的 10%、脈沖高度為 當 α =60176。時，對于 Pulse,觸發脈沖對應延遲時間 t=α t/360=(60+30)*； 對于 Pulse1,第 37 頁 共 49 頁 觸發脈沖對應延遲時間 t=α t/360=（ 90+120） *；對于 Pulse2，觸發脈沖對應延遲時間 t=（ 90+240） *。 當 α =90176。時，對于 Pulse,觸發脈沖對應延遲時間 t=α t/360=(90+30)*； 對于Pulse1,觸發脈沖對應延遲 時間 t=α t/360=（ 120+120） *；對于 Pulse2，觸發脈沖對應延遲時間 t=（ 120+240） *。 當 α =120176。時，對于 Pulse,觸發脈沖對應延遲時間 t=α t/360=(120+30)*； 對于Pulse1,觸發脈沖對應延遲時間 t=α t/360=（ 150+120） *；對于 Pulse2，觸發脈沖對應延遲時間 t=（ 150+240） *。 模 型仿真及仿真結果 打開仿真參數窗口，選擇 ode23tb 算法，相對誤差設置為 1e3，開始仿真時間設置為 0，停止仿真時間設置為 ，三個晶閘管觸發脈沖依次相差 120176。參數設置完成后，啟動仿真。圖中自上而下為 負載電流 Id、 負載電壓 Ud、 晶閘管兩端電壓 UT即 Uak。 仿真曲線如下： 第 38 頁 共 49 頁 圖 三相半波電路 α =60176。時的仿真波形 第 39 頁 共 49 頁 圖 三相半波電路 α =90176。時的仿真波形 第 40 頁 共 49 頁 圖 三相半波電路 α =120176。時的仿真波形 根據三相半波可控整流電路帶阻感負載時輸出電壓表達 式 Ud=。可知：當α≤ 90176。時， Ud≥ 0。圖 是三相半波電路工作在整流狀態時的波形（α =60176。），變流電路輸出電壓波形正面積大于負面積，平均電壓大于零 。圖 是三相半波電路工作在整流、逆變交界時的波形（α=90176。），電路輸出電壓波形正負面積相等，平均電壓等于零；圖 態時的波形（α =120176。），此時增加一個反電動勢， 電路輸出電壓波形正面積小于負面積，直流平均第 41 頁 共 49 頁 電壓小于零，電流方向未變，仿真結果與理論分析吻合。 三相橋式有源逆變的 模型 仿真 仿真模型 圖 為三相橋式有源逆變的仿真模型 。與三相半波有源逆變電路相比， 圖 由于采用了六脈沖觸發模塊和通用變流橋，因此在移相觸發角設置上較為簡單，直接給出角度即可。 圖 第 42 頁 共 49 頁 圖 仿真模型模塊的參數設置 打開參數設置對話框，按三相對稱電源要求設置參數。 Um=100V、 f=50Hz、初相位依次為 0176。、 120176。、120176。） Number of bridge arms：橋臂數量，可以選擇 3相橋臂，構成不同形式的整流器。 Port configuration：端口形式設。 Snubber resistance Rs(ohms):緩沖電阻 Rs。 Snubber capacitance Cs(F):緩沖電容 Cs。 Resistance Ron（ ohms）：晶閘管的內電阻 Ron，單位為Ω。 Inductance Lon（ H）：晶閘管的內電感 Lon，單位為 H，電感不能設置為 0。 Forward voltage Vf（ v） :晶閘管元件的正向管壓降 Vf，單位為 V。 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。 第 43 頁 共 49 頁 圖 通用變流橋 設置參數為 Ron=1e3Ω、 Lon=0H、 Vf=、 Rs=10Ω、 Cs=。 RLC原件設置參數為 R=1Ω、 L=、 C=inf 直流電壓源電壓設置為 150V 脈沖發生器 同步脈沖觸發器用于觸發三相全控整流橋的 6個晶閘管，同步 6脈沖觸發器可以給出雙脈沖 ,雙脈沖間隔為 60176。 ,觸發器輸出的 1～ 6號脈沖依次送給三相全控整流橋對應編號的 6個晶閘管。 alpha_deg：此端子為脈沖觸發角控制信號輸入； AB, BC, CA：三相電源的三相線電壓輸入即 Vab, Vbc, and Vca； Block：觸發器控制端，輸入為 “0” 時開放觸發器，輸入大于零時封鎖觸發器； Pulses： 6脈沖輸 出信號。 alpha_deg為 30度時雙 6脈沖同步觸發器的輸入輸出信號 。 Frequency of 第 44 頁 共 49 頁 synchronization voltages(Hz)：同步電壓頻率（赫茲）； Pulse width(degrees) ：觸發脈沖寬度（角度）； Double pulsing：雙脈沖觸發選擇 。 圖 模型仿真及仿真結果 打開仿真參數窗口，選擇 ode23tb 算法，相對誤差設置為 1e3，開始仿真時間設置為 0，停止仿真時間設置為 ，六 個晶閘管觸發脈沖依次相差 60176。 參數設置完成后，啟動仿真。圖中自上而下為 負載電流 Id、 負載電壓 Ud、 六脈沖觸發器的門極正脈沖 和 晶閘管兩端電壓 UT即 Uak。 仿真曲線如下： 第 45 頁 共 49 頁 圖 三相橋式電路 α =60176。時的仿真波形 第 46 頁 共 49 頁 圖 三相橋式電路 α =90176。時的仿真波形 第 47 頁 共 49 頁 圖 三相橋式電路 α =120176。時的仿真波形 通過以上的仿真過程分析可以得到以下結論：有源逆變電路實質上是整流電路工作于移相控制角α＞π /2，且存在一個極性與晶閘管導通方向一致的反電動勢時的特殊情況。 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。設計中主要用 matlab仿真軟件仿真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 。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。 綜上所述， matlab 軟件在電力電子中的仿真有以下幾 個方面的發展：采用更有效的硬件和 matlab軟件開發功能更完善的實驗用的實時仿真系統和教學仿真系統；結合工程應用實際，按照各自理論系統進行仿真過程的設計，使所有的工程內容都有其理論依據，以及各種理論背景的查詢；利用matlab 軟件和人工智能技術設計、研究、開發新一代的電力電子器件，使電力電子的面貌日新月異；隨著電力電子技術的應用日益廣泛， matlab 軟件也必將涉及到與電力電子器件、裝置、系統等有關電力電子技術仿真。 第 49 頁 共 49 頁 參考文獻 [1]黃俊，王兆安 .電力電子技術 ， 機械工業出版社， 2020 [2]黃忠霖 ， 電力電 子技術的 matlab實踐 ， 國防工業出版社， 2020 [3]韓利竹 等 ， Matlab電子 仿真 與 應用 ， 國防工業出版社 2020 [4]邱關源，羅先覺 . 電路 ， 高等教育出版社， 1999 [5]薛定宇，基于 matlab的系統仿真技術與應用 ， 清華大學出版社 2020 [6]黃忠霖，控制系統 matlab計算與仿真 ， 國防工業出版社， 2020 [7]陳桂明，應用 matlab建模與仿真 ， 科學出版社， 2020 [8]鐘 麟 ， matlab仿真 技術與 應用 教程 ， 國防工業出版社， 2020