【TLB仿真】電力電子仿真lecture

電力電子系統(tǒng)MATLAB仿真第四講第三章電力電子器件模型電力電子器件模型二極管模型晶閘管模型可關(guān)斷晶閘管模型電力場效應(yīng)晶體管模型絕緣柵雙極型晶體管模型理想開關(guān)模型三相橋式整流電路模型通用橋式電路模型三電平變流器模塊驅(qū)動(dòng)模型第3章電力電子器件模型3-3電力電子器件模型系統(tǒng)級(jí)模型MATLAB中電力電子器件模型使用簡化宏模型,只要求外特性與實(shí)際基本相符,不考慮內(nèi)部細(xì)微結(jié)構(gòu)。（不同于PSPICE的器件級(jí)模型）第3章電力電子器件模型3-4/48電力電子器件模型電力電子器件的開關(guān)模型SW: 可控開關(guān)Ron: 導(dǎo)通電阻Lon:串聯(lián)電感，限制電流升降Vf: 導(dǎo)通門檻電壓緩沖電路并聯(lián)RC緩沖電路，RC值可以在參數(shù)表設(shè)置第3章電力電子器件模型3-53.1

二極管模型?工作特性承受正向電壓Vak>0,導(dǎo)通；電流降為零Iak=0或承受反向電壓Vak<0,關(guān)斷。第3章電力電子器件模型3-6/483.1

二極管模型參數(shù)設(shè)置:電阻、電感不能同時(shí)為零初始電流一般為零不同類型二極管在參數(shù)設(shè)置上略有不同第3章電力電子器件模型3-73.2

晶閘管模型第3章電力電子器件模型3-8/483.2

晶閘管模型工作特性?導(dǎo)通:承受正向壓降Vak>0，門極正觸發(fā)g>0；觸發(fā)脈沖寬度使陽極電流Iak大于設(shè)定的擎住電流IL?關(guān)斷:陽極電流Iak=0，或承受反壓Vak<0，且反壓時(shí)間大于設(shè)定的關(guān)斷時(shí)間與實(shí)際不同，實(shí)際中陽極電流下降到維持電流第3章電力電子器件模型3-93.3

可關(guān)斷晶閘管模型工作特性通過門極信號(hào)控制其導(dǎo)通和關(guān)斷。正向壓降且門極信號(hào)為正時(shí)導(dǎo)通；門極信號(hào)為零時(shí)關(guān)斷與實(shí)際的不同之處，實(shí)際導(dǎo)通后，門極為零，仍導(dǎo)通，關(guān)斷時(shí)，門極有足夠的反抽電流。關(guān)斷過程包括:電流下降時(shí)間Tf、電流拖尾時(shí)間Tt第3章電力電子器件模型3-10/483.3

可關(guān)斷晶閘管模型第3章電力電子器件模型3-113.4

電力場效應(yīng)晶體管模型電力場效應(yīng)晶體管具有開關(guān)頻率高，導(dǎo)通壓降小等特點(diǎn)，在電力電子電路中使用廣泛。場效應(yīng)晶體管模型在門極信號(hào)為正(g>O)，且漏極電流大于0時(shí)導(dǎo)通，在門極信號(hào)為零時(shí)關(guān)斷。外特性:正向?qū)顟B(tài)的導(dǎo)通電阻是Ron，反向?qū)ㄊ嵌O管導(dǎo)通，導(dǎo)通電阻是二極管的電阻Rd。第3章電力電子器件模型3-12/483.4

電力場效應(yīng)晶體管模型第3章電力電子器件模型3-133.5

絕緣柵雙極型晶體管模型絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)結(jié)合了場效應(yīng)晶體管和電力晶體管的優(yōu)點(diǎn),具有驅(qū)動(dòng)功率小,開關(guān)速度快,通流能力強(qiáng)的特點(diǎn),目前已經(jīng)成為中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。第3章電力電子器件模型3-14/483.5

絕緣柵雙極型晶體管模型工作特性:集射極間電壓為正(Vce>0)，門極信號(hào)(g>0)時(shí)導(dǎo)通;集射極間電壓為正(Vce>O)，門極信號(hào)為零(g=0)關(guān)斷。集射極間電壓為負(fù)(Vce<0)，則管子處在關(guān)斷狀態(tài)，IGBT/Diode因其內(nèi)部已并聯(lián)了反向二極管，反向?qū)?。?章電力電子器件模型3-153.5

絕緣柵雙極型晶體管模型IGBT在關(guān)斷時(shí),有電流下降和電流拖尾兩段時(shí)間,在下降時(shí)間內(nèi)電流減小到關(guān)斷前的10%,再經(jīng)過一段電流的拖尾時(shí)間,IGBT才完全關(guān)斷。第3章電力電子器件模型3-16/483.6

理想開關(guān)模型理想開關(guān)是MATLAB特設(shè)的一種電子開關(guān)。特點(diǎn)是開關(guān)受門極控制,開關(guān)導(dǎo)通時(shí)電流可以雙向通過。第3章電力電子器件模型3-173.7

三相橋式整流電路模型3.7.1三相橋式不可控整流電路模型三個(gè)輸入端:A、B、C，用于連接三相電源或整流變壓器的三相輸出;兩個(gè)輸出端:K和A，輸出整流直流電壓，K端為“+”，A端為“-"第3章電力電子器件模型3-18/483.7

三相橋式整流電路模型3.7.2三相橋式可控整流電路模型特點(diǎn):器件按導(dǎo)通順序編號(hào)；采用專用的同步6脈沖發(fā)生器觸發(fā)第3章電力電子器件模型3-193.7

三相橋式整流電路模型增加測量端:菜單欄Edit——lookundermask，將山字型封口換接輸出端口。第3章電力電子器件模型3-20/483.7

三相橋式整流電路模型第3章電力電子器件模型3-213.8

通用橋式電路模型通用性體現(xiàn):√整流、逆變√橋臂相數(shù):1單相半橋、2單相全橋、3三相全橋√開關(guān)器件:二極管、晶閘管，GTO、MOSFET、IGBT或理想開關(guān)。第3章電力電子器件模型3-22/483.8

通用橋式電路模型兩種編號(hào)方式（詳見圖3-26.圖3-27）半控型器件：1、3、5、4、6.2全控型器件：1、2、3、4、5、6驅(qū)動(dòng)信號(hào)晶閘管6脈沖觸發(fā)器驅(qū)動(dòng)模塊PWM發(fā)生器輸出的脈沖序列相對應(yīng)第3章電力電子器件模型3-233.9

三電平變流器相數(shù)：1、2.3器件：GTO等（全控）理想開關(guān)每相：4個(gè)開關(guān)三種狀態(tài)，三種電平第3章電力電子器件模型3-24/483.10

驅(qū)動(dòng)模型MATLAB的電力系統(tǒng)模型庫提供了兩種驅(qū)動(dòng)模型:一種是針對晶閘管電路的一種是適用于自關(guān)斷器件電路的MATLAB模型的驅(qū)動(dòng)與實(shí)際物理器件的驅(qū)動(dòng)不同:實(shí)際物理器件的驅(qū)動(dòng)要求有一定的電壓和電流器件模型的驅(qū)動(dòng)僅僅是在于門極信號(hào)的有無,是原理性的宏模型。第3章電力電子器件模型3-253.10

驅(qū)動(dòng)模型同步6脈沖發(fā)生器12脈沖發(fā)生器3.10.3

PWM脈沖發(fā)生器SimPowerSystem Extra

LibraryControl

Block第3章電力電子器件模型3-26/483.10

驅(qū)動(dòng)模型3.10.1同步6脈沖發(fā)生器用于產(chǎn)生三相橋式整流電路晶閘管的觸發(fā)脈沖Block:控制脈沖輸出0輸出 1禁止參數(shù)設(shè)置:同步頻率脈沖寬度寬脈沖大于60°雙脈沖波形見圖3-32）第3章電力電子器件模型3-273.10

驅(qū)動(dòng)模型3.10.2同步12脈沖發(fā)生器產(chǎn)生十二相整流器觸發(fā)脈沖第3章電力電子器件模型3-28/483.10

驅(qū)動(dòng)模型3.10.3PWM脈沖發(fā)生器調(diào)制波分兩種:內(nèi)部和外部輸入第3章電力電子器件模型3-293.10

驅(qū)動(dòng)模型第3章電力電子器件模型3-30/48第四章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型變壓器和電動(dòng)機(jī)模型變壓器模型直流電機(jī)模型交流電機(jī)模型第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-32/484.1

變壓器模型4.1.1 單相變壓器模型R和L，為繞組的電阻和漏感；磁化電阻Rm，反映了鐵心的磁阻損耗，電感Lsat，反映鐵心的飽和特性。電阻、電感標(biāo)幺值（pu）換算:第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-334.1

變壓器模型4.1.1 單相變壓器模型如果設(shè)置剩磁通,則從剩磁開始,否則從零開始,進(jìn)入穩(wěn)態(tài)第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-34/484.1

變壓器模型4.1.1 單相變壓器模型磁化電流和磁通標(biāo)么值與標(biāo)準(zhǔn)單位的換算關(guān)系為第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-35/484.1

變壓器模型4.1.2 三相變壓器模型參數(shù)設(shè)置:同單相變壓器第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-36/484.1

變壓器模型4.1.3 互感線圈參數(shù)設(shè)置:（使用標(biāo)準(zhǔn)單位）線圈電阻、自感線圈互感如果互感參數(shù)為零，表示三個(gè)線圈獨(dú)立第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-37/484.2 直流電機(jī)模型端子功能:F+、F:勵(lì)磁繞組連接端A+、A-:電樞繞組連接端TL:是電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的輸入端m:用于輸出電機(jī)的內(nèi)部變量和狀態(tài),輸出:電機(jī)轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵(lì)磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩。第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-38/484.2

直流電機(jī)模型勵(lì)磁回路電壓方程為式中,uF、iF為勵(lì)磁電壓和電流；RF、LF為勵(lì)磁回路電阻和電感。電樞回路電壓方程為式中,Ua、ia為電樞電壓和電流;E為電樞感應(yīng)電動(dòng)勢；Ce為電動(dòng)勢常數(shù);Ra、La為電樞回路電阻和電感;ω

為電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度(rad/s);LaF

為磁場和電樞繞組間互感。第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-39/484.2

直流電機(jī)模型電機(jī)轉(zhuǎn)矩方程為J 為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.m2);B 為粘滯摩擦系數(shù)(N.m.s);KT 為轉(zhuǎn)矩系數(shù),KT=KETf 庫侖摩擦轉(zhuǎn)矩Te-TL

>0電動(dòng)機(jī)模式；Te-TL

<0發(fā)電機(jī)模式第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-40/484.2

直流電機(jī)模型第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-41/484.2

直流電機(jī)模型第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-42/484.3

交流電機(jī)模型4.3.1

三相交流異步電機(jī)模型輸入端： A.B、CTm用于連接三相電源,用于輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩。輸出端:a、b、c 是繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)的三相轉(zhuǎn)子繞組的外接端，籠型異步電機(jī)，內(nèi)部短接。m 用于觀測電機(jī)的工作狀態(tài)。包括轉(zhuǎn)子、定子電流、轉(zhuǎn)子、定子磁鏈、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-43/484.3

交流電機(jī)模型4.3.2 交流永磁同步電機(jī)模型模型圖標(biāo)有四個(gè)輸入端,一個(gè)輸出端,輸入端A、B、C連接三相電壓,輸入端Tm接入機(jī)械轉(zhuǎn)矩信號(hào)。輸出端m用于測量工作狀態(tài)。需要母線選擇器觀測（BusSelect）第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-44/484.3

交流電機(jī)模型第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-45/484.3

交流電機(jī)模型4.3.3 交流同步電機(jī)模型(基本型)模型的輸入端Pm用于輸入電機(jī)軸上的機(jī)械功率,電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí),一個(gè)常數(shù)模塊或函數(shù)模塊發(fā)電機(jī)狀態(tài),連接常數(shù)、函數(shù)或原動(dòng)機(jī)（水輪機(jī)和調(diào)速器、蒸汽輪機(jī)和調(diào)速器）第二個(gè)輸入端Vf用于接入勵(lì)磁電壓,電動(dòng)機(jī)狀態(tài)下,連接常數(shù)模塊;發(fā)電機(jī)狀態(tài),則連接勵(lì)磁系統(tǒng)模塊。模型的輸出端A、B、C為三相定子的接線端,輸出端m用于連接電機(jī)的測量模塊（觀測電機(jī)的22項(xiàng)參數(shù),多維矢量形式）第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-46/484.3.4

交流電機(jī)測量單元作用:用于分列需觀測的變量數(shù)據(jù)第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-47/484.3.4

交流電機(jī)測量單元第4章變壓器和電動(dòng)機(jī)模型4-48/48在交流電機(jī)的模型圖標(biāo)上都有一個(gè)測量端m,通過該端可以輸出交流電機(jī)模型各變量,如電壓、電流、轉(zhuǎn)速、磁鏈等的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)以多維矢量的形式表示,在使用中,需要將需觀測的變量數(shù)據(jù)從多維矢量中分列出來。交流電機(jī)測量單元是一個(gè)通用單元,它可以用于測量交流同步電機(jī)也可以用于測量異步電機(jī)。觀測變量一般可以使用示波器本章作業(yè)題目：直流電機(jī)建模與特