電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5ppt課件

1、第5章 電力電子電路仿真分析 第5章 電力電子電路仿真分析 5.1 電力電子開關(guān)模塊電力電子開關(guān)模塊 5.2 橋式電路模塊橋式電路模塊 5.3 驅(qū)動電路模塊驅(qū)動電路模塊 習(xí)題習(xí)題 第5章 電力電子電路仿真分析 5.1 電力電子開關(guān)模塊電力電子開關(guān)模塊SIMULINK的的SimPowerSystems庫提供庫提供了常用的電力電子開關(guān)模塊，各種整流、逆了常用的電力電子開關(guān)模塊，各種整流、逆變電路模塊以及時序邏輯驅(qū)動模塊。變電路模塊以及時序邏輯驅(qū)動模塊。SIMULINK庫中的各種信號源可以直接驅(qū)動庫中的各種信號源可以直接驅(qū)動這些開關(guān)單元和模塊，因此使用這些元件組這些開關(guān)單元和模塊，因此使用這些元件組

2、建電力電子電路并進行計算機數(shù)值仿真很方建電力電子電路并進行計算機數(shù)值仿真很方便。為了真實再現(xiàn)實際電路的物理狀態(tài)，便。為了真實再現(xiàn)實際電路的物理狀態(tài)，MATLAB對幾種常用電力電子開關(guān)元件的開對幾種常用電力電子開關(guān)元件的開關(guān)特性分別進行了建模，這些開關(guān)模型采用關(guān)特性分別進行了建模，這些開關(guān)模型采用統(tǒng)一結(jié)構(gòu)來表示，如圖統(tǒng)一結(jié)構(gòu)來表示，如圖5-1所示。所示。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-1 電力電子開關(guān)模塊第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-1中，開關(guān)元件主要由理想開關(guān)SW、電阻Ron、電感Lon、直流電壓源Vf組成的串聯(lián)電路和開關(guān)邏輯單元來描述。電力電子元件開關(guān)特性的區(qū)別在于開關(guān)邏輯和串聯(lián)電

3、路參數(shù)的不同，其中開關(guān)邏輯決定了各種器件的開關(guān)特征；模塊的串聯(lián)電阻Ron和直流電壓源Vf分別用來反映電力電子器件的導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通時的電壓降；串聯(lián)電感Lon限制了器件開關(guān)過程中的電流升降速度，同時對器件導(dǎo)通或關(guān)斷時的變化過程進行模擬。第5章 電力電子電路仿真分析 由于電力電子器件在使用時一般都并聯(lián)有緩沖電路，因此MATLAB電力電子開關(guān)模塊中也并聯(lián)了簡單的RC串聯(lián)緩沖電路，緩沖電路的阻值和電容值可以在參數(shù)對話框中設(shè)置，更復(fù)雜的緩沖電路則需要另外建立。有的器件(如MOSFET)模塊內(nèi)部還集成了寄生二極管，在使用中需要加以注意。第5章 電力電子電路仿真分析 由于MATLAB的電力電子開關(guān)模塊中含有電

4、感，因此有電流源的性質(zhì)，在沒有連接緩沖電路時不能直接與電感或電流源連接，也不能開路工作。含電力電子模塊的電路或系統(tǒng)仿真時，仿真算法一般采用剛性積分算法，如ode23tb、ode15s，這樣可以得到較快的仿真速度。如果需要離散化電路，必須將電感值設(shè)為0。電力電子開關(guān)模塊一般都帶有一個測量輸出端m，通過它可以輸出器件上的電壓和電流值，不僅觀測方便，而且可以為選擇器件的耐壓性能和電流提供依據(jù)。第5章 電力電子電路仿真分析 5.1.1 二極管模塊二極管模塊1. 原理與圖標(biāo)原理與圖標(biāo)圖圖5-2所示為二極管模塊的電路符號和靜態(tài)伏安特性。所示為二極管模塊的電路符號和靜態(tài)伏安特性。當(dāng)二極管正向電壓當(dāng)二極管正向

5、電壓Vak大于門檻電壓大于門檻電壓Vf時，二極管導(dǎo)通；當(dāng)時，二極管導(dǎo)通；當(dāng)二極管兩端加以反向電壓或流過管子的電流降到二極管兩端加以反向電壓或流過管子的電流降到0時，二極時，二極管關(guān)斷。管關(guān)斷。圖5-2 功率二極管模塊的電路符號和靜態(tài)伏安特性(a) 電路符號；(b) 靜態(tài)伏安特性 第5章 電力電子電路仿真分析 SimPowerSystems庫提供的二極管模塊圖標(biāo)如圖5-3所示。圖5-3 二極管模塊圖標(biāo)第5章 電力電子電路仿真分析 2. 外部接口外部接口二極管模塊有二極管模塊有2個電氣接口和個電氣接口和1個輸出接口。個輸出接口。2個電氣接個電氣接口口(a，k)分別對應(yīng)于二極管的陽極和陰極。輸出接口

6、分別對應(yīng)于二極管的陽極和陰極。輸出接口(m)輸輸出二極管的電流和電壓測量值出二極管的電流和電壓測量值Iak，Vak，其中電流單位為，其中電流單位為A，電壓單位為，電壓單位為V。3. 參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置雙擊二極管模塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框，如圖雙擊二極管模塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框，如圖5-4所示。在該對話框中含有如下參數(shù)：所示。在該對話框中含有如下參數(shù)：(1) “導(dǎo)通電阻導(dǎo)通電阻”(Resistance Ron)文本框：單位為文本框：單位為，當(dāng)，當(dāng)電感值為電感值為0時，電阻值不能為時，電阻值不能為0。(2) “電感電感”(Inductance Lon)文本框：單位為文本框：單位為H，當(dāng)電阻，當(dāng)

7、電阻值為值為0時，電感值不能為時，電感值不能為0。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-4 二極管模塊參數(shù)對話框第5章 電力電子電路仿真分析 (3) “正向電壓”(Forward voltage Vf)文本框：單位為V，當(dāng)二極管正向電壓大于Vf后，二極管導(dǎo)通。(4) “初始電流”(Initial current Ic)文本框：單位為A，設(shè)置仿真開始時的初始電流值。通常將初始電流值設(shè)為0，表示仿真開始時二極管為關(guān)斷狀態(tài)。設(shè)置初始電流值大于0，表示仿真開始時二極管為導(dǎo)通狀態(tài)。如果初始電流值非0，則必須設(shè)置該線性系統(tǒng)中所有狀態(tài)變量的初值。對電力電子變換器中的所有狀態(tài)變量設(shè)置初始值是很麻煩的事情，所以該

8、選項只適用于簡單電路。第5章 電力電子電路仿真分析 (5) “緩沖電路阻值”(Snubber resistance Rs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電阻值，單位為。緩沖電阻值設(shè)為inf時將取消緩沖電阻。(6) “緩沖電路電容值”(Snubber capacitance Cs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電容值，單位為F。緩沖電容值設(shè)為0時，將取消緩沖電容；緩沖電容值設(shè)為inf時，緩沖電路為純電阻性電路。(7) “測量輸出端”(Show measurement port)復(fù)選框：選中該復(fù)選框，出現(xiàn)測量輸出接口m，可以觀測二極管的電流和電壓值。第5章 電力電子電路仿真分析 【例5.1】如圖5-5所示，構(gòu)

9、建簡單的二極管整流電路，觀測整流效果。其中電壓源頻率為50 Hz，幅值為100 V，電阻R為1 ，二極管模塊采用默認(rèn)參數(shù)。解：(1) 按圖5-5搭建仿真電路模型，選用的各模塊的名稱及提取路徑見表5-1。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-5 例5.1的仿真電路圖第5章 電力電子電路仿真分析 表表5-1 例例5.1仿真電路模塊的名稱及提取路徑仿真電路模塊的名稱及提取路徑第5章 電力電子電路仿真分析 (2) 設(shè)置參數(shù)和仿真參數(shù)。二極管模塊采用圖5-4所示的默認(rèn)參數(shù)。交流電壓源Vs的頻率等于50 Hz、幅值等于100 V。串聯(lián)RLC支路為純電阻電路，其中R=1 。打開菜單SimulationConf

10、iguration Parameters，選擇ode23tb算法，同時設(shè)置仿真結(jié)束時間為0.2 s。(3) 仿真及結(jié)果。開始仿真。在仿真結(jié)束后雙擊示波器模塊，得到二極管D1和電阻R上的電流電壓如圖5-6所示。圖中波形從上向下依次為二極管電流、二極管電壓、電阻電流、電阻電壓。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-6 例5.1的仿真波形圖第5章 電力電子電路仿真分析 5.1.2 晶閘管模塊晶閘管模塊1. 原理與圖標(biāo)原理與圖標(biāo)晶閘管是一種由門極信號觸發(fā)導(dǎo)通的半導(dǎo)體器件，圖晶閘管是一種由門極信號觸發(fā)導(dǎo)通的半導(dǎo)體器件，圖5-7所示為晶閘管模塊的電路符號和靜態(tài)伏安特性。當(dāng)晶閘管所示為晶閘管模塊的電路符號和靜

11、態(tài)伏安特性。當(dāng)晶閘管承受正向電壓承受正向電壓(Vak0)且門極有正的觸發(fā)脈沖且門極有正的觸發(fā)脈沖(g0)時，晶閘時，晶閘管導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖必須足夠?qū)?，才能使陽極電流管導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖必須足夠?qū)?，才能使陽極電流Iak大于設(shè)大于設(shè)定的晶閘管擎住電流定的晶閘管擎住電流I1，否則晶閘管仍要轉(zhuǎn)向關(guān)斷。導(dǎo)通的，否則晶閘管仍要轉(zhuǎn)向關(guān)斷。導(dǎo)通的晶閘管在陽極電流下降到晶閘管在陽極電流下降到0(Iak=0)或者承受反向電壓時關(guān)斷，或者承受反向電壓時關(guān)斷，同樣晶閘管承受反向電壓的時間應(yīng)大于設(shè)置的關(guān)斷時間，同樣晶閘管承受反向電壓的時間應(yīng)大于設(shè)置的關(guān)斷時間，否則，盡管門極信號為否則，盡管門極信號為0，晶閘管也可能導(dǎo)通。這是

12、因為關(guān)，晶閘管也可能導(dǎo)通。這是因為關(guān)斷時間是表示晶閘管內(nèi)載流子復(fù)合的時間，是晶閘管陽極斷時間是表示晶閘管內(nèi)載流子復(fù)合的時間，是晶閘管陽極電流降到電流降到0到晶閘管能重新施加正向電壓而不會誤導(dǎo)通的時到晶閘管能重新施加正向電壓而不會誤導(dǎo)通的時間。間。 第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-7 晶閘管模塊的電路符號和靜態(tài)伏安特性(a) 電路符號；(b) 靜態(tài)伏安特性 (a)(b)第5章 電力電子電路仿真分析 SimPowerSystems庫提供的晶閘管模塊一共有兩種：一種是詳細(xì)的模塊(Detailed Thyristor)，需要設(shè)置的參數(shù)較多；另一種是簡化的模塊(Thyristor)，參數(shù)設(shè)置較簡單。

13、晶閘管模塊的圖標(biāo)如圖5-8。圖5-8 晶閘管模塊圖標(biāo)(a) 詳細(xì)模塊；(b) 簡化模塊第5章 電力電子電路仿真分析 2. 外部接口外部接口晶閘管模塊有晶閘管模塊有2個電氣接口、個電氣接口、1個輸入接口和個輸入接口和1個輸出接個輸出接口?？?。2個電氣接口個電氣接口(a，k)分別對應(yīng)于晶閘管的陽極和陰極。分別對應(yīng)于晶閘管的陽極和陰極。輸入接口輸入接口(g)為門極邏輯信號。輸出接口為門極邏輯信號。輸出接口(m)輸出晶閘管的電輸出晶閘管的電流和電壓測量值流和電壓測量值Iak，Vak，其中電流單位為，其中電流單位為A，電壓單位，電壓單位為為V。3. 參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置雙擊晶閘管模塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框

14、，如圖雙擊晶閘管模塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框，如圖5-9所示。在該對話框中含有如下參數(shù)所示。在該對話框中含有如下參數(shù)(以詳細(xì)模塊為例以詳細(xì)模塊為例)：(1) “導(dǎo)通電阻導(dǎo)通電阻”(Resistance Ron)文本框：單位為文本框：單位為，當(dāng)，當(dāng)電感值為電感值為0時，電阻值不能為時，電阻值不能為0。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-9 晶閘管模塊參數(shù)對話框第5章 電力電子電路仿真分析 (2) “電感”(Inductance Lon)文本框：單位為H，當(dāng)電阻值為0時，電感值不能為0。(3) “正向電壓”(Forward voltage Vf)文本框：晶閘管的門檻電壓Vf，單位為V。 (4) “

15、擎住電流”(Latching current I1)文本框：單位為A，簡單模塊沒有該項。(5) “關(guān)斷時間”(Turn-off time Tq)文本框：單位為s，它包括陽極電流下降到0的時間和晶閘管正向阻斷的時間。簡單模塊沒有該項。第5章 電力電子電路仿真分析 (6) “初始電流”(Initial current Ic)文本框：單位為A，當(dāng)電感值大于0時，可以設(shè)置仿真開始時晶閘管的初始電流值，通常設(shè)為0表示仿真開始時晶閘管為關(guān)斷狀態(tài)。如果電流初始值非0，則必須設(shè)置該線性系統(tǒng)中所有狀態(tài)變量的初值。對電力電子變換器中的所有狀態(tài)變量設(shè)置初始值是很麻煩的事情，所以該選項只適用于簡單電路。第5章 電力電

16、子電路仿真分析 (7) “緩沖電路阻值”(Snubber resistance Rs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電阻值，單位為。緩沖電阻值設(shè)為inf時將取消緩沖電阻。(8) “緩沖電路電容值”(Snubber capacitance Cs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電容值，單位為F。緩沖電容值設(shè)為0時，將取消緩沖電容；緩沖電容值設(shè)為inf時，緩沖電路為純電阻性電路。(9) “測量輸出端”(Show measurement port)復(fù)選框：選中該復(fù)選框，出現(xiàn)測量輸出端口m，可以觀測晶閘管的電流和電壓值。【例5.2】如圖5-10所示，構(gòu)建單相橋式可控整流電路，觀測整流效果。晶閘管模塊采用默認(rèn)參數(shù)。第

17、5章 電力電子電路仿真分析 圖5-10 例5.2的仿真電路圖第5章 電力電子電路仿真分析 解：(1) 按圖5-10搭建仿真電路模型，選用的各模塊的名稱及提取路徑見表5-2。表表5-2 例例5.2仿真電路模塊的名稱及提取路徑仿真電路模塊的名稱及提取路徑第5章 電力電子電路仿真分析 (2) 設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。晶閘管的觸發(fā)脈沖通過簡單的“脈沖發(fā)生器”(Pulse Generator)模塊產(chǎn)生，脈沖發(fā)生器的脈沖周期取為2倍的系統(tǒng)頻率，即100 Hz。晶閘管的控制角a以脈沖的延遲時間t來表示，取a=30，對應(yīng)的時間t=0.0230/360=0.01/6 s。脈沖寬度用脈沖周期的百分比表示，默認(rèn)值為

18、50%。雙擊脈沖發(fā)生器模塊，按圖5-11設(shè)置參數(shù)。晶閘管模塊采用圖5-9所示的默認(rèn)設(shè)置。交流電壓源Vs的頻率等于50 Hz、幅值等于100 V。串聯(lián)RLC支路為純電阻電路，其中R=1 。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-11 例5.2的脈沖發(fā)生器模塊參數(shù)設(shè)置第5章 電力電子電路仿真分析 打開菜單SimulationConfiguration Parameters，選擇ode23tb算法，同時設(shè)置仿真結(jié)束時間為0.2 s。(3) 仿真及結(jié)果。開始仿真。在仿真結(jié)束后雙擊示波器模塊，得到晶閘管TH1和電阻R上的電流、電壓如圖5-12所示。圖中波形從上向下依次為晶閘管電流、晶閘管電壓、電阻電流、電阻

19、電壓和脈沖信號。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-12 例5.2的仿真波形圖第5章 電力電子電路仿真分析 5.1.3 可關(guān)斷晶閘管模塊可關(guān)斷晶閘管模塊1. 原理與圖標(biāo)原理與圖標(biāo)可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷晶閘管(GTO)是通過門極信號觸發(fā)導(dǎo)通和關(guān)斷的是通過門極信號觸發(fā)導(dǎo)通和關(guān)斷的半導(dǎo)體器件。與普通晶閘管一樣，半導(dǎo)體器件。與普通晶閘管一樣，GTO可被正的門極信號可被正的門極信號(g0)觸發(fā)導(dǎo)通。與普通晶閘管的區(qū)別是，普通的晶閘管導(dǎo)觸發(fā)導(dǎo)通。與普通晶閘管的區(qū)別是，普通的晶閘管導(dǎo)通后，只有等到陽極電流過通后，只有等到陽極電流過0時才能關(guān)斷，而時才能關(guān)斷，而GTO可以在任可以在任何時刻通過施加等于何時刻通過施

20、加等于0或負(fù)的門極信號實現(xiàn)關(guān)斷。圖或負(fù)的門極信號實現(xiàn)關(guān)斷。圖5-13(a)所示為所示為GTO模塊的電路符號。模塊的電路符號。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-13 可關(guān)斷晶閘管模塊的電路符號和開關(guān)特性(a) 電路符號；(b) 開關(guān)特性第5章 電力電子電路仿真分析 SIMULINK提供的GTO模塊在端口電壓大于門檻電壓Vf且門極信號大于0(g0)時導(dǎo)通，在門極信號等于0或負(fù)(g0)時關(guān)斷。但它的電流并不立即衰減為0，因為GTO的電流衰減過程需要時間。GTO的電流衰減過程對晶閘管的關(guān)斷損耗有很大影響，所以在模塊中考慮了關(guān)斷特性。電流衰減過程被近似分為兩段：當(dāng)門極信號變?yōu)?后，電流從Imax下降到

21、0.1Imax所用的下降時間Tf；從0.1Imax降到0的拖尾時間Tt。當(dāng)電流Iak降為0時，GTO徹底關(guān)斷。電流的下降時間和拖尾時間可以在參數(shù)對話框中設(shè)置。GTO模塊的開關(guān)特性如圖5-13(b)所示。SimPowerSystems庫提供的GTO模塊圖標(biāo)如圖5-14所示。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-14 可關(guān)斷晶閘管模塊的圖標(biāo)第5章 電力電子電路仿真分析 2. 外部接口外部接口GTO模塊有模塊有2個電氣接口、個電氣接口、1個輸入接口和個輸入接口和1個輸出接口。個輸出接口。2個電氣接口個電氣接口(a，k)分別對應(yīng)于可關(guān)斷晶閘管的陽極和陰極。分別對應(yīng)于可關(guān)斷晶閘管的陽極和陰極。輸入接口輸入

22、接口(g)為門極輸入信號。輸出接口為門極輸入信號。輸出接口(m)輸出輸出GTO的電流的電流和電壓測量值和電壓測量值Iak，Vak，其中電流單位為，其中電流單位為A，電壓單位為，電壓單位為V。3. 參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置雙擊雙擊GTO模塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框，如圖模塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框，如圖5-15所示。該對話框中含有如下參數(shù)：所示。該對話框中含有如下參數(shù)：第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-15 可關(guān)斷晶閘管模塊參數(shù)對話框第5章 電力電子電路仿真分析 (1) “導(dǎo)通電阻”(Resistance Ron)文本框：單位為，當(dāng)電感值為0時，電阻值不能為0。(2) “電感 (Inductance

23、Lon)文本框：單位為H，當(dāng)電阻值為0時，電感值不能為0。(3) “正向電壓”(Forward voltage Vf)文本框：GTO的門檻電壓，單位為V。(4) “電流減小到10%時的下降時間”(Current 10% fall time Tf)文本框：單位為s。(5) “拖尾時間”(Current tail time Tt)文本框：從0.1Imax降到0的時間，單位為s。(6) “初始電流”(Initial current Ic)文本框：與晶閘管相同。第5章 電力電子電路仿真分析 (7) “緩沖電路阻值”(Snubber resistance Rs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電阻值，單位為。緩

24、沖電阻值設(shè)為inf時將取消緩沖電阻。(8) “緩沖電路電容值”(Snubber capacitance Cs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電容值，單位為F。緩沖電容值設(shè)為0時，將取消緩沖電容；緩沖電容值設(shè)為inf時，緩沖電路為純電阻性電路。(9) “測量輸出端”(Show Measurement port)復(fù)選框：選中該復(fù)選框，出現(xiàn)測量輸出口m，可以觀測GTO的電流和電壓值。第5章 電力電子電路仿真分析 【例5.3】如圖5-16所示，構(gòu)建降壓變換器電路，觀測降壓效果。GTO模塊采用默認(rèn)參數(shù)。二極管去掉緩沖電路，控制信號頻率為500 Hz，占空比為0.6。圖5-16 例5.3的仿真電路圖第5章 電力

25、電子電路仿真分析 解：(1) 按圖5-16搭建仿真電路模型，選用的各模塊的名稱及提取路徑見表5-3。表表5-3 例例5.3仿真電路模塊的名稱及提取路徑仿真電路模塊的名稱及提取路徑第5章 電力電子電路仿真分析 (2) 設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。雙擊脈沖發(fā)生器模塊，按圖5-17設(shè)置參數(shù)。雙擊二極管模塊，按圖5-18設(shè)置參數(shù)?？申P(guān)斷晶閘管模塊采用圖5-15所示的默認(rèn)設(shè)置。直流電壓源VDC的幅值等于100 V。串聯(lián)RLC支路中，電阻R=1 ，電感L=0.5 mH，電容C=300 pF。打開菜單SimulationConfiguration Parameters，選擇ode23tb算法，同時設(shè)置仿真結(jié)束時

26、間為0.01 s。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-17 例5.3的脈沖發(fā)生器模塊參數(shù)設(shè)置 第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-18 例5.3的二極管模塊參數(shù)設(shè)置 第5章 電力電子電路仿真分析 (3) 仿真及結(jié)果。開始仿真。在仿真結(jié)束后雙擊示波器模塊，得到可關(guān)斷晶閘管G1和電阻R上的電流電壓如圖5-19所示。圖中波形從上向下分別為脈沖信號、可關(guān)斷晶閘管電流、可關(guān)斷晶閘管電壓、電阻電流和電阻電壓。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-19 例5.3的仿真波形圖第5章 電力電子電路仿真分析 5.1.4 電力場效應(yīng)晶體管模塊電力場效應(yīng)晶體管模塊1. 原理與圖標(biāo)原理與圖標(biāo)電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體

27、管(MOSFET)是一種在漏極電流大于是一種在漏極電流大于0時，受柵極信號時，受柵極信號(g0)控制的半導(dǎo)體器件。它具有開關(guān)頻率控制的半導(dǎo)體器件。它具有開關(guān)頻率高、導(dǎo)通壓降小等特點，在電力電子電路中使用廣泛。高、導(dǎo)通壓降小等特點，在電力電子電路中使用廣泛。MOSFET一般有結(jié)型和絕緣柵型兩種結(jié)構(gòu)，但一般有結(jié)型和絕緣柵型兩種結(jié)構(gòu)，但SimPowerSystems庫中的庫中的MOSFET模塊并不區(qū)分這兩種模模塊并不區(qū)分這兩種模塊，也沒有塊，也沒有P溝道和溝道和N溝道之分，僅反映了溝道之分，僅反映了MOSFET的開關(guān)的開關(guān)特性。特性。MOSFET模塊在門極信號為正模塊在門極信號為正(g0)且漏極電流

28、大于且漏極電流大于0時導(dǎo)通，在門極信號為時導(dǎo)通，在門極信號為0時關(guān)斷。如果漏極電流為負(fù)且門時關(guān)斷。如果漏極電流為負(fù)且門極信號為極信號為0，則，則MOSFET模塊在電流過模塊在電流過0時關(guān)斷。時關(guān)斷。第5章 電力電子電路仿真分析 MOSFET模塊上反向并聯(lián)了一個二極管模塊，當(dāng)MOSFET模塊反向偏置時二極管模塊導(dǎo)通，因此在外特性上，正向?qū)〞r導(dǎo)通電阻是Ron，反向?qū)〞r導(dǎo)通電阻是二極管模塊的內(nèi)電阻Rd。MOSFET模塊的電路符號及外特性如圖5-20所示。圖5-20 電力場效應(yīng)晶體管模塊的電路符號及外特性(a) 電路符號；(b) 外特性(a)(b)第5章 電力電子電路仿真分析 SimPowerSy

29、stems庫提供的MOSFET模塊的圖標(biāo)如圖5-21所示。圖5-21 電力場效應(yīng)晶體管模塊的圖標(biāo)第5章 電力電子電路仿真分析 2. 外部連接接口外部連接接口MOSFET模塊有模塊有2個電氣接口、個電氣接口、1個輸入接口和個輸入接口和1個輸出個輸出接口。接口。2個電氣接口個電氣接口(d，s)分別對應(yīng)于分別對應(yīng)于MOSFET的漏極和源的漏極和源極。輸入接口極。輸入接口(g)為柵極控制信號。輸出接口為柵極控制信號。輸出接口(m)輸出輸出MOSFET的電流和電壓測量值的電流和電壓測量值Id，Vds，其中電流單位為，其中電流單位為A，電壓單位為，電壓單位為V。3. 參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置雙擊雙擊MOSFET模

30、塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框，如圖模塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框，如圖5-22所示。該對話框中含有如下參數(shù)：所示。該對話框中含有如下參數(shù)：(1) “導(dǎo)通電阻導(dǎo)通電阻”(Resistance Ron)文本框：單位為文本框：單位為。第5章 電力電子電路仿真分析 (2) “電感”(Inductance Lon)文本框：單位為H，電感值不能為0。(3) “內(nèi)接二極管電阻”(Internal diode resistance Rd)文本框：單位為，二極管模塊導(dǎo)通時的內(nèi)接電阻值。(4) “初始電流”(Initial current Ic)文本框：與晶閘管相同。(5) “緩沖電路阻值”(Snubber resi

31、stance Rs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電阻值，單位為。緩沖電阻值設(shè)為inf時將取消緩沖電阻。 第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-22 電力場效應(yīng)晶體管模塊參數(shù)對話框第5章 電力電子電路仿真分析 (6) “緩沖電路電容值”(Snubber capacitance Cs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電容值，單位為F。緩沖電容值設(shè)為0時，將取消緩沖電容；緩沖電容值設(shè)為inf時，緩沖電路為純電阻性電路。(7) “測量輸出端”(Show measurement port)復(fù)選框：選中該復(fù)選框，出現(xiàn)測量輸出端口m，可以觀測MOSFET的電流和電壓值?！纠?.4】如圖5-23所示，構(gòu)建零電流準(zhǔn)諧振開關(guān)換

32、流器電路，觀測零電流切換效果。為了避免諧振電感、電流源和Mosfet直接串聯(lián)，在電感L上并聯(lián)了一個1000 的電阻?？刂菩盘栴l率為2 MHz，占空比為0.2。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-23 例5.4的仿真電路圖 第5章 電力電子電路仿真分析 解：(1) 按圖5-23搭建仿真電路模型，選用的各模塊的名稱及提取路徑見表5-4。表表5-4 例例5.4仿真電路模塊的名稱及提取路徑仿真電路模塊的名稱及提取路徑第5章 電力電子電路仿真分析 (2) 設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。雙擊電力場效應(yīng)晶體管模塊，按圖5-24設(shè)置參數(shù)。雙擊脈沖發(fā)生器模塊，按圖5-25設(shè)置參數(shù)。 第5章 電力電子電路仿真分析 圖5

33、-24 例5.4的電力場效應(yīng)晶體管模塊參數(shù)設(shè)置 第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-25 例5.4的脈沖發(fā)生器模塊參數(shù)設(shè)置 第5章 電力電子電路仿真分析 雙擊二極管模塊，按圖5-26設(shè)置參數(shù)。雙擊電流源模塊，按圖5-27設(shè)置參數(shù)。直流電壓源VDC的幅值等于24 V。串聯(lián)RLC支路為純?nèi)菪噪娐?，其中電容C=0.03 F。并聯(lián)RLC支路中，L=0.02 H，R=1000 。打開菜單SimulationConfiguration Parameters，選擇ode23tb算法，同時設(shè)置仿真結(jié)束時間為0.002 ms。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-26 例5.4的二極管模塊參數(shù)設(shè)置 第5章 電力電

34、子電路仿真分析 圖5-27 例5.4的電流源模塊參數(shù)設(shè)置 第5章 電力電子電路仿真分析 (3) 仿真及結(jié)果。開始仿真。在仿真結(jié)束后雙擊示波器模塊，得到電力場效應(yīng)晶閘管MOSFET和電容C上的電流和電壓，如圖5-28所示。圖中波形從上向下依次為脈沖信號、電力場效應(yīng)晶閘管電流、電力場效應(yīng)晶閘管電壓、電容電壓。圖5-28 例5.4的仿真波形圖第5章 電力電子電路仿真分析 5.1.5 絕緣柵極雙極性晶體管模塊絕緣柵極雙極性晶體管模塊1. 原理與圖標(biāo)原理與圖標(biāo)絕緣柵極雙極性晶體管絕緣柵極雙極性晶體管(Insulted Gate Bipolar Transistor，IGBT)是一種受柵極信號控制的半導(dǎo)體

35、器件。是一種受柵極信號控制的半導(dǎo)體器件。它出現(xiàn)在它出現(xiàn)在20世紀(jì)世紀(jì)80年代中期，由于結(jié)合了場效應(yīng)晶體管和年代中期，由于結(jié)合了場效應(yīng)晶體管和電力晶體管的優(yōu)點，因此具有驅(qū)動功率小，開關(guān)速度快，電力晶體管的優(yōu)點，因此具有驅(qū)動功率小，開關(guān)速度快，通流能力強的特點，目前已經(jīng)成為中小功率電力電子設(shè)備通流能力強的特點，目前已經(jīng)成為中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。的主導(dǎo)器件。IGBT模塊的電路符號及外特性如圖模塊的電路符號及外特性如圖5-29所示。所示。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-29 絕緣柵極雙極性晶體管模塊的電路符號及外特性(a) 電路符號；(b) 外特性第5章 電力電子電路仿真分析 IGBT模

36、塊在集電極發(fā)射極間電壓VCE為正且大于Vf，門極信號為正(g0)時導(dǎo)通。即使集電極發(fā)射極間電壓為正，但門極信號為0(g=0)，IGBT也要關(guān)斷。如果IGBT集電極發(fā)射極間電壓為負(fù)(VCEConfiguration Parameters，選擇ode23tb算法，同時設(shè)置仿真結(jié)束時間為20 ms。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-34 例5.5的脈沖發(fā)生器模塊參數(shù)設(shè)置 第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-35 例5.5的二極管模塊參數(shù)設(shè)置 第5章 電力電子電路仿真分析 (3) 仿真及結(jié)果。開始仿真。在仿真結(jié)束后雙擊示波器模塊，得到絕緣柵極雙極性晶體管IGBT和并聯(lián)RLC元件R/C上的電流電壓如圖

37、5-36所示。圖中波形從上向下依次為電感電流、二極管電流、負(fù)荷電壓、絕緣柵極雙極性晶體管電流和電壓。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-36 例5.5的仿真波形圖第5章 電力電子電路仿真分析 5.1.6 理想開關(guān)模塊理想開關(guān)模塊1. 原理與圖標(biāo)原理與圖標(biāo)理想開關(guān)是理想開關(guān)是SIMULINK特設(shè)的一種電子開關(guān)，其模塊特設(shè)的一種電子開關(guān)，其模塊的電路符號如圖的電路符號如圖5-37(a)所示。理想開關(guān)的特點是導(dǎo)通和關(guān)所示。理想開關(guān)的特點是導(dǎo)通和關(guān)斷受門極控制，開關(guān)導(dǎo)通時電流可以雙向通過。當(dāng)門極信斷受門極控制，開關(guān)導(dǎo)通時電流可以雙向通過。當(dāng)門極信號號g=0時，無論開關(guān)承受正向還是反向電壓，開關(guān)都關(guān)斷；

38、時，無論開關(guān)承受正向還是反向電壓，開關(guān)都關(guān)斷；當(dāng)門極信號當(dāng)門極信號g0時，無論開關(guān)承受正向還是反向電壓，開時，無論開關(guān)承受正向還是反向電壓，開關(guān)都導(dǎo)通。在門極觸發(fā)時開關(guān)動作是瞬時完成的。理想開關(guān)都導(dǎo)通。在門極觸發(fā)時開關(guān)動作是瞬時完成的。理想開關(guān)模塊的伏安特性如圖關(guān)模塊的伏安特性如圖5-37(b)所示。所示。 第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-37 理想開關(guān)模塊的電路符號和伏安特性(a) 電路符號；(b) 伏安特性 第5章 電力電子電路仿真分析 SimPowerSystems庫提供的理想開關(guān)模塊的圖標(biāo)如圖5-38所示。圖5-38 理想開關(guān)模塊的圖標(biāo)第5章 電力電子電路仿真分析 2. 外部接口外

39、部接口理想開關(guān)模塊有理想開關(guān)模塊有2個電氣接口、個電氣接口、1個輸入接口和個輸入接口和1個輸出個輸出接口。接口。2個電氣接口個電氣接口(1，2)與電路直接連接。輸入接口與電路直接連接。輸入接口(g)輸輸入開關(guān)導(dǎo)通或關(guān)斷的控制信號。輸出接口入開關(guān)導(dǎo)通或關(guān)斷的控制信號。輸出接口(m)輸出理想開關(guān)輸出理想開關(guān)的電流和電壓測量值的電流和電壓測量值I12，V12，其中電流單位為，其中電流單位為A，電壓，電壓單位為單位為V。3. 參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置雙擊理想開關(guān)模塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框，如圖雙擊理想開關(guān)模塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框，如圖5-39所示。該對話框中含有如下參數(shù)：所示。該對話框中含有如下參數(shù)：(

40、1) “內(nèi)部電阻內(nèi)部電阻”(Internal resistance Ron)文本框：單位文本框：單位為為，電阻值不能為，電阻值不能為0。 第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-39 理想開關(guān)模塊參數(shù)對話框第5章 電力電子電路仿真分析 (2) “初始狀態(tài)“(Initial state)文本框：0為關(guān)斷，1為導(dǎo)通。(3) “緩沖電路阻值” (Snubber resistance Rs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電阻值，單位為。緩沖電阻值設(shè)為inf時，將取消緩沖電阻。 (4) “緩沖電路電容值”(Snubber capacitance Cs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電容值，單位為F。緩沖電容值設(shè)為0時，

41、將取消緩沖電容；緩沖電容值設(shè)為inf時，緩沖電路為純電阻性電路。(5) “測量輸出端”(Show measurement port)復(fù)選框：選中該復(fù)選框，出現(xiàn)測量輸出端口m，可以觀測理想開關(guān)模塊的電流和電壓值。第5章 電力電子電路仿真分析 【例5.6】如圖5-40所示，構(gòu)建理想開關(guān)電路，觀測理想開關(guān)的投切效果。開關(guān)未并聯(lián)緩沖電路，導(dǎo)通時電阻為0.01 ，開關(guān)初始為合閘狀態(tài)，0.06 s時開關(guān)斷開，0.165 s時重合閘成功。圖5-40 例5.6的仿真電路圖第5章 電力電子電路仿真分析 解：(1) 按圖5-40搭建仿真電路模型，選用的各模塊的名稱及提取路徑見表5-6。表表5-6 例例5.6仿真電

42、路模塊的名稱及提取路徑仿真電路模塊的名稱及提取路徑第5章 電力電子電路仿真分析 (2) 設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。雙擊理想開關(guān)模塊，按圖5-41設(shè)置參數(shù)。雙擊定時器模塊，按圖5-42設(shè)置開關(guān)初始為合閘狀態(tài)，0.06 s時開關(guān)斷開，0.165 s時再次合閘。電壓源Vs的有效值為120 V，頻率為50 Hz。串聯(lián)RLC支路中，電阻R=10 ，電感L=0.1 H，電容C=10 F。打開菜單SimulationConfiguration Parameters，選擇ode23tb算法，同時設(shè)置仿真結(jié)束時間為20 ms。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-41 例5.6的理想開關(guān)模塊參數(shù)設(shè)置第5章 電力電子

43、電路仿真分析 圖5-42 例5.6的定時器模塊參數(shù)設(shè)置第5章 電力電子電路仿真分析 (3) 仿真及結(jié)果。開始仿真。在仿真結(jié)束后雙擊示波器模塊，得到理想開關(guān)和RL支路上的電流電壓如圖5-43所示。圖中波形從上向下依次為理想開關(guān)電流、理想開關(guān)電壓、負(fù)荷電流、負(fù)荷電壓。從仿真波形圖上可以清楚觀察到電流最大時斷開開關(guān)導(dǎo)致的負(fù)荷過電壓和電壓最大時投入重合閘的沖擊電流。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-43 例5.6的仿真波形圖第5章 電力電子電路仿真分析 5.2 橋式電路模塊橋式電路模塊5.2.1 三電平橋式電路模塊三電平橋式電路模塊1. 原理與圖標(biāo)原理與圖標(biāo)SimPowerSystems庫提供的三電

44、平橋式庫提供的三電平橋式電路模塊圖標(biāo)和單相結(jié)構(gòu)如圖電路模塊圖標(biāo)和單相結(jié)構(gòu)如圖5-44所示。該所示。該模塊每一相由模塊每一相由4個開關(guān)設(shè)備個開關(guān)設(shè)備(Q1A、Q2A、Q3A、Q4A)、4個反向并聯(lián)的二極管個反向并聯(lián)的二極管(D1A、D2A、D3A、D4A)和和2個箝位二極管個箝位二極管(D5A、D6A)組成，所有開關(guān)器件均忽略導(dǎo)通時間、組成，所有開關(guān)器件均忽略導(dǎo)通時間、下降時間和拖尾時間。下降時間和拖尾時間。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-44 三電平橋式電路模塊(a) 圖標(biāo)；(b) 單相結(jié)構(gòu)第5章 電力電子電路仿真分析 2. 外部接口外部接口三電平橋式電路模塊有三電平橋式電路模塊有6個電氣

45、接口和個電氣接口和1個輸入接口。個輸入接口。電氣接口電氣接口A、B、C用于連接三相電源或整流變壓器的三相用于連接三相電源或整流變壓器的三相輸出。電氣接口輸出。電氣接口“+”和和“-”連接直流側(cè)正負(fù)極。箝位中性點連接直流側(cè)正負(fù)極。箝位中性點N用于外電路的連接。輸入接口用于外電路的連接。輸入接口(g)用于接入開關(guān)設(shè)備的觸發(fā)用于接入開關(guān)設(shè)備的觸發(fā)信號。信號。3. 參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置雙擊三電平橋式電路模塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框，雙擊三電平橋式電路模塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框，如圖如圖5-45所示。該對話框中含有如下參數(shù)：所示。該對話框中含有如下參數(shù)：(1) “橋臂個數(shù)橋臂個數(shù)”(Number of b

46、ridge arms)下拉框：決定下拉框：決定橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可選橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可選1、2、3三種橋臂數(shù)。三種橋臂數(shù)。 第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-45 三電平橋式電路模塊參數(shù)對話框第5章 電力電子電路仿真分析 (2) “緩沖電路阻值”(Snubber resistance Rs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電阻值，單位為。緩沖電阻值設(shè)為inf時，將取消緩沖電阻。(3) “緩沖電路電容值”(Snubber capacitance Cs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電容值，單位為F。緩沖電容值設(shè)為0時，將取消緩沖電容；緩沖電容值為inf時，緩沖電路為純電阻性電路。第5章 電力電子電路仿真分析 (4

47、) “電力電子開關(guān)”(Power Electronic device)下拉框：選擇三電平橋式電路中的電力電子開關(guān)種類，有4種開關(guān)可供選擇，即GTO-Diode、Mosfet-Diode、IGBT-Diode和理想開關(guān)。不同的開關(guān)對應(yīng)不同的圖標(biāo)。圖5-44(a)所示的圖標(biāo)是GTO橋，MOSFET橋、IGBT橋和理想開關(guān)橋式電路的圖標(biāo)如圖5-46所示。若選中理想開關(guān)橋式電路，對應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變，如圖5-47所示。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-46 不同電力電子器件下的三電平橋式電路圖標(biāo)(a) MOSFET；(b) IGBT；(c) 理想開關(guān)第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-47 理

48、想開關(guān)三電平橋式電路單相結(jié)構(gòu)圖第5章 電力電子電路仿真分析 (5) “內(nèi)部電阻”(Internal resistance Ron)文本框：電力電子開關(guān)和二極管的內(nèi)部電阻，單位為。(6) “正向電壓”(Forward voltage)文本框：當(dāng)電力電子開關(guān)為IGBT和GTO時，該項需要輸入IGBT和GTO的門檻電壓Vf 和反向并聯(lián)的二極管門檻電壓Vfd，單位均為V。(7) “測量參數(shù)”(Measurements)下拉框：對以下變量進行測量。 無(None)：不測量任何變量。 所有器件電流(All device currents)：測量流經(jīng)開關(guān)器件和二極管的電流。如果定義了緩沖電路，測量值僅為流過

49、開關(guān)器件的電流。第5章 電力電子電路仿真分析 相電壓和直流電壓(Phase-to-Neutral and DC voltages)：測量三電平橋式電路模塊交流和直流側(cè)的端口電壓。 所有變量(All voltage and currents)：測量三電平橋式電路模塊中全部有定義的電壓和電流。選中的測量變量需要通過萬用表模塊進行觀察。測量變量用模塊名做后綴，例如，IQ1A表示Q1A的電流值。表5-7所示為三相三電平橋式電路的測量變量符號。第5章 電力電子電路仿真分析 表表5-7 三相三電平橋式電路測量變量符號三相三電平橋式電路測量變量符號 第5章 電力電子電路仿真分析 三電平橋式電路的觸發(fā)信號是一

50、組向量，向量的維數(shù)由橋臂的個數(shù)決定。表5-8所示為觸發(fā)信號向量。留意，若是理想開關(guān)電路，則信號Q1驅(qū)動sw1，信號Q4驅(qū)動sw2，信號Q2和信號Q3的“與邏輯結(jié)果驅(qū)動sw3。表表5-8 觸發(fā)信號向量觸發(fā)信號向量第5章 電力電子電路仿真分析 5.2.2 通用橋式電路模塊通用橋式電路模塊1. 原理與圖標(biāo)原理與圖標(biāo)SimPowerSystems庫提供了通用橋式電路模塊，圖標(biāo)如庫提供了通用橋式電路模塊，圖標(biāo)如圖圖5-48(a)所示所示(以晶閘管開關(guān)為例以晶閘管開關(guān)為例)。該模塊既可以用作整流，。該模塊既可以用作整流，也可以用作逆變，通過對該模塊的設(shè)置還可以改變相數(shù)和也可以用作逆變，通過對該模塊的設(shè)置還

51、可以改變相數(shù)和電力電子開關(guān)類型。電力電子開關(guān)類型。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-48 通用橋式電路模塊(a) 圖標(biāo)；(b) 三相結(jié)構(gòu) (a)(b)第5章 電力電子電路仿真分析 2. 外部接口外部接口通用橋式電路模塊有通用橋式電路模塊有5個電氣接口和個電氣接口和1個輸入接口。電個輸入接口。電氣接口氣接口A、B、C用于連接三相電源或整流變壓器的三相輸用于連接三相電源或整流變壓器的三相輸出，電氣接口出，電氣接口“+”和和“-”連接直流側(cè)正負(fù)極。輸入接口連接直流側(cè)正負(fù)極。輸入接口(g)接接入觸發(fā)信號。觸發(fā)信號的排列順序必須與通用橋式電路中入觸發(fā)信號。觸發(fā)信號的排列順序必須與通用橋式電路中電力電子

52、器件的序號一致。對于二極管和晶閘管橋，脈沖電力電子器件的序號一致。對于二極管和晶閘管橋，脈沖順序和自然換相順序相同。對于其它的強迫換流開關(guān)橋，順序和自然換相順序相同。對于其它的強迫換流開關(guān)橋，脈沖分別觸發(fā)三相橋的上橋臂和下橋臂開關(guān)器件。脈沖分別觸發(fā)三相橋的上橋臂和下橋臂開關(guān)器件。3. 參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置雙擊通用橋式電路模塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框，雙擊通用橋式電路模塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框，如圖如圖5-49所示。該對話框中含有如下參數(shù)：所示。該對話框中含有如下參數(shù)：第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-49 通用橋式電路模塊參數(shù)對話框第5章 電力電子電路仿真分析 (1) “橋臂個數(shù)”(Numbe

53、r of bridge arms)下拉框：決定橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可選1、2、3三種橋臂數(shù)。 (2) “緩沖電路阻值”(Snubber resistance Rs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電阻值，單位為；緩沖電阻值設(shè)為inf時，將取消緩沖電阻。 (3) “緩沖電路電容值”(Snubber capacitance Cs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電容值，單位為F。緩沖電容值設(shè)為0時，將取消緩沖電容；緩沖電容值為inf時，緩沖電路為純電阻性電路。第5章 電力電子電路仿真分析 (4) “電力電子開關(guān)”(Power Electronic device)下拉框：選擇通用橋式電路中的電力電子開關(guān)種類，有6種開關(guān)可

54、供選擇，即二極管、晶閘管、GTO-Diode、MOSFET-Diode、IGBT-Diode和理想開關(guān)。不同的開關(guān)對應(yīng)不同的圖標(biāo)。圖5-48(a)所示的圖標(biāo)為晶閘管橋，二極管橋、MOSFET橋、IGBT橋和理想開關(guān)橋電路模塊的圖標(biāo)和對應(yīng)的三相結(jié)構(gòu)分別如圖5-50圖5-52所示。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-50 二極管通用橋式電路模塊(a) 圖標(biāo)；(b) 三相結(jié)構(gòu) (a)(b)第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-51 強迫換流設(shè)備的通用橋式電路模塊(a) 圖標(biāo)；(b) 三相結(jié)構(gòu)第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-52 理想開關(guān)通用橋式電路模塊(a) 圖標(biāo)；(b) 三相結(jié)構(gòu) (a)(b)第

55、5章 電力電子電路仿真分析 (5) “內(nèi)部電阻”(Ron)文本框：電力電子開關(guān)內(nèi)部電阻值，單位為。(6) “內(nèi)部電感”(Lon)文本框：二極管和晶閘管的內(nèi)部電感值，單位為H。如果模塊被離散化，該參數(shù)必須設(shè)置為0。(7) “正向電壓”(Forward voltage Vf)文本框：當(dāng)電力電子開關(guān)為IGBT和GTO時，需要在該項中輸入IGBT和GTO的門檻電壓Vf和反向并聯(lián)的二極管門檻電壓Vfd，單位為V；當(dāng)電力電子開關(guān)為MOSFET和理想開關(guān)時，該項不可見。(8) “關(guān)斷時間文本框：IGBT和GTO的下降時間Tf和拖尾時間Tt，單位為s。當(dāng)電力電子開關(guān)選為IGBT和GTO時，該項可見。第5章 電

56、力電子電路仿真分析 (9) “測量參數(shù)”(Measurements)下拉框：對以下變量進行測量。 無(None)：不測量任何變量。 設(shè)備電壓(Device voltages)：測量6個開關(guān)器件的端口電壓。 設(shè)備電流(Device currents)：測量流經(jīng)6個開關(guān)器件的電流。如果定義了反向并聯(lián)二極管，則測量的電流值為開關(guān)器件和二極管中的電流之和，其中正電流表示電流流經(jīng)開關(guān)器件，負(fù)電流表示電流流經(jīng)二極管電路。如果定義了緩沖電路，則測量值僅為流過開關(guān)器件的電流。第5章 電力電子電路仿真分析 線電壓和直流電壓(UAB UBC UCA UDC voltages)：測量通用橋式電路模塊交流和直流側(cè)的電

57、壓。 所有變量(All voltage and currents)：測量通用橋式電路模塊中全部有定義的電壓和電流。選中的測量變量需要通過萬用表模塊進行觀察。測量變量符號如表5-9所示。表表5-9 三相橋電路測量變量符號三相橋電路測量變量符號 第5章 電力電子電路仿真分析 【例5.7】如圖5-53所示，利用通用橋式電路模塊構(gòu)建三相橋式全控整流電路，觀察整流器在不同負(fù)載、不同觸發(fā)角時的輸出電壓、電流波形，并測量電壓平均值。圖5-53 例5.7的仿真電路圖第5章 電力電子電路仿真分析 解：(1) 按圖5-53搭建仿真電路模型，選用的各模塊的名稱及提取路徑見表5-10。表表5-10 例例5.7仿真電路

58、模塊的名稱及提取路徑仿真電路模塊的名稱及提取路徑第5章 電力電子電路仿真分析 通用橋式電路模塊有專用的脈沖發(fā)生器模塊，在沒有學(xué)習(xí)到該模塊前，不妨用簡單的脈沖發(fā)生器構(gòu)建觸發(fā)單元，以加深對通用橋式電路結(jié)構(gòu)的理解。(2) 設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。設(shè)置三相電壓源Vs的線電壓有效值為220sqrt(3)，頻率為50 Hz，初始相角為0。串聯(lián)RLC支路為純電阻性電路，其中電阻R=2 。通用橋式電路模塊采用默認(rèn)參數(shù)。雙擊脈沖發(fā)生器模塊P1，按圖5-54設(shè)置參數(shù)。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-54 例5.7的脈沖發(fā)生器模塊參數(shù)設(shè)置第5章 電力電子電路仿真分析 脈沖發(fā)生器模塊P2、P3、P4、P5、P6的

59、相位延遲時間分別設(shè)置為0.04/6、0.06/6、0.08/6、0.10/6、0.12/6，其它設(shè)置與P1相同。打開菜單SimulationConfiguration Parameters，選擇ode23tb算法，同時設(shè)置仿真結(jié)束時間為0.06 s。 (3) 仿真及結(jié)果。開始仿真。在仿真結(jié)束后雙擊示波器模塊，得到整流器的電流波形、輸出電壓和電壓平均值如圖5-55所示。由圖可見，觀測到的整流電壓平均值與計算值Vd=2.34 Vs cosa=2.34220cos60=445 V一致。讀者可以自己動手，改變觸發(fā)角、負(fù)荷的電阻、電感大小，重新仿真，并觀察波形的變化。第5章 電力電子電路仿真分析 圖5-

60、55 例5.7的仿真波形圖第5章 電力電子電路仿真分析 5.3 驅(qū)動電路模塊驅(qū)動電路模塊電力電子器件工作時需要有正確的門極電力電子器件工作時需要有正確的門極控制信號，產(chǎn)生控制信號的驅(qū)動電路是電力控制信號，產(chǎn)生控制信號的驅(qū)動電路是電力電子線路必不可少的組成部分。由于晶閘管電子線路必不可少的組成部分。由于晶閘管和其它自關(guān)斷電力電子器件的驅(qū)動要求不同，和其它自關(guān)斷電力電子器件的驅(qū)動要求不同，因此因此SimPowerSystems庫提供了兩種驅(qū)動模庫提供了兩種驅(qū)動模塊，一種適用于晶閘管電路，另一種適用于塊，一種適用于晶閘管電路，另一種適用于強迫換流器件電路。強迫換流器件電路。5.3.1 同步同步6脈沖