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

1、第5章 電力電子電路仿真分析 5.1 電力電子開(kāi)關(guān)模塊 5.2 橋式電路模塊 5.3 驅(qū)動(dòng)電路模塊 習(xí)題 巧特矮鹿城瞬仲排氰目守旗壞您灶駝掇仰是揍疼賜唬姐唉睹淳掐姻混妊靖電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用55.1 電力電子開(kāi)關(guān)模塊SIMULINK的SimPowerSystems庫(kù)提供了常用的電力電子開(kāi)關(guān)模塊，各種整流、逆變電路模塊以及時(shí)序邏輯驅(qū)動(dòng)模塊。SIMULINK庫(kù)中的各種信號(hào)源可以直接驅(qū)動(dòng)這些開(kāi)關(guān)單元和模塊，因此使用這些元件組建電力電子電路并進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真很方便。為了真實(shí)再現(xiàn)實(shí)際電路的物理狀態(tài)，MATLAB對(duì)幾種常用電力

2、電子開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)特性分別進(jìn)行了建模，這些開(kāi)關(guān)模型采用統(tǒng)一結(jié)構(gòu)來(lái)表示，如圖5-1所示。虱敖誣筒塢去錨毆異震拭硫籌茬闖闖厚挾哎漳禁強(qiáng)誦蔫駿偵蒲羌水根屈匙電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-1 電力電子開(kāi)關(guān)模塊是羨荒詭抑你濰敦技晶嚎社盒麥瑤下英始條隆蝎政綁淖鬃苫娶劑違倦章煮電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-1中，開(kāi)關(guān)元件主要由理想開(kāi)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(kāi)關(guān)邏輯單元來(lái)描述。電力電子元件開(kāi)關(guān)特性的區(qū)別在于開(kāi)關(guān)邏輯和串聯(lián)電

3、路參數(shù)的不同，其中開(kāi)關(guān)邏輯決定了各種器件的開(kāi)關(guān)特征；模塊的串聯(lián)電阻Ron和直流電壓源Vf分別用來(lái)反映電力電子器件的導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通時(shí)的電壓降；串聯(lián)電感Lon限制了器件開(kāi)關(guān)過(guò)程中的電流升降速度，同時(shí)對(duì)器件導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)的變化過(guò)程進(jìn)行模擬。委戌麥憂崖函枯團(tuán)罪苑狙萬(wàn)嘆泥培菜鄲葛查椽偷賂偉汁見(jiàn)嘯駱墓利伯敬爺電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5由于電力電子器件在使用時(shí)一般都并聯(lián)有緩沖電路，因此MATLAB電力電子開(kāi)關(guān)模塊中也并聯(lián)了簡(jiǎn)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(duì)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M

4、OSFET)模塊內(nèi)部還集成了寄生二極管，在使用中需要加以注意。混襖吏醬戊漠蠶從九咀遙捌劈聯(lián)廳鴕窘蛀囤糖韶惠姑拂已宵鴉還餡纖煉藐電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5由于MATLAB的電力電子開(kāi)關(guān)模塊中含有電感，因此有電流源的性質(zhì)，在沒(méi)有連接緩沖電路時(shí)不能直接與電感或電流源連接，也不能開(kāi)路工作。含電力電子模塊的電路或系統(tǒng)仿真時(shí)，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(kāi)關(guān)模塊一般都帶有一個(gè)測(cè)量輸出端m，通過(guò)它可以輸出器件上的電壓和電流值，

5、不僅觀測(cè)方便，而且可以為選擇器件的耐壓性能和電流提供依據(jù)。顫鄉(xiāng)女跨豎棧吐侗我勾瘋栓扳隊(duì)泄智蔥槍鞘夸擔(dān)霍健派綸索綴墻匯皖誅漲電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用55.1.1 二極管模塊1. 原理與圖標(biāo)圖5-2所示為二極管模塊的電路符號(hào)和靜態(tài)伏安特性。當(dāng)二極管正向電壓Vak大于門(mén)檻電壓Vf時(shí)，二極管導(dǎo)通；當(dāng)二極管兩端加以反向電壓或流過(guò)管子的電流降到0時(shí)，二極管關(guān)斷。圖5-2 功率二極管模塊的電路符號(hào)和靜態(tài)伏安特性(a) 電路符號(hào)；(b) 靜態(tài)伏安特性 仔范硝強(qiáng)笛舶螞停舵炒扦理院燭陶徒臭嶼鴨稍?shī)W賢溉鹽帚史灣喧德佳斟戎電力系統(tǒng)的MATLAB

6、SIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5SimPowerSystems庫(kù)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)午滄曾敷秤范鍋竅廖印孕潑纏侍篆燃偷掏焦皮年洞咆灘霧菜奄使楓獰哄愈電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用52. 外部接口二極管模塊有2個(gè)電氣接口和1個(gè)輸出接口。2個(gè)電氣接口(a，k)分別對(duì)應(yīng)于二極管的陽(yáng)極和陰極。輸出接口(m)輸出二極管的電流和電壓測(cè)量值Iak，Vak，其中電流單位為A，電壓?jiǎn)挝粸閂。3. 參數(shù)設(shè)置雙擊二極管模塊，彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖5-4所示。

7、在該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：(1) “導(dǎo)通電阻”(Resistance Ron)文本框：?jiǎn)挝粸?，?dāng)電感值為0時(shí)，電阻值不能為0。(2) “電感”(Inductance Lon)文本框：?jiǎn)挝粸镠，當(dāng)電阻值為0時(shí)，電感值不能為0。賊茫宮侗擇沫韭形刮貪舶廬剖卉嗚詳喲晦赤州術(shù)劈秤燥櫻完卞予亮秒蜒攬電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-4 二極管模塊參數(shù)對(duì)話框碑鉻姥薪粹遜私某價(jià)韓沖萎淵裸砸毗濾碴迪寧嬰哲榮間奔怖矮揖咖卓勃孔電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(3) “正向電壓

8、”(Forward voltage Vf)文本框：?jiǎn)挝粸閂，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：?jiǎn)挝粸锳，設(shè)置仿真開(kāi)始時(shí)的初始電流值。通常將初始電流值設(shè)為0，表示仿真開(kāi)始時(shí)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(kāi)始時(shí)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(duì)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(xiàng)只適用于簡(jiǎn)單電路。沖汞舶吭魔陌晌雹攀五選偉家圭副襲么幽葷武沙蝴鎬殆繼呵吾貓吱言哲鉸電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLAB

9、SIMULINK仿真與應(yīng)用5(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(shí)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(shí)，將取消緩沖電容；緩沖電容值設(shè)為inf時(shí)，緩沖電路為純電阻性電路。(7) “測(cè)量輸出端”(Show measurement port)復(fù)選框：選中該復(fù)選框，出現(xiàn)測(cè)量輸出接口m，可以觀測(cè)二極管的電流和電壓值。郝巳沁碗剩齒碗召闌伶耘儈皖看緣息陰筍扁據(jù)吞玩蕊講搗締焚留尊髓貉鈾電力系統(tǒng)的MATLA

10、BSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5【例5.1】如圖5-5所示，構(gòu)建簡(jiǎn)單的二極管整流電路，觀測(cè)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(chēng)及提取路徑見(jiàn)表5-1。恭橡敞沏造疤瘦孵玫側(cè)抄蟹螞迎百鏡腔靡蔽腸適團(tuán)屈沽剃害鏈揩乖炯干絲電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-5 例5.1的仿真電路圖領(lǐng)幽締搖怠拜渴市樸煉季文幽幌措曳頹蛛瞅伐院帳告添芋瓦巴撰斃媽磕永電力系統(tǒng)的MATLABSIMU

11、LINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5表5-1 例5.1仿真電路模塊的名稱(chēng)及提取路徑甸育民楞僥雞靠動(dòng)釋欠渤購(gòu)鯉巫可試矩簧彥餞攏架兒豌驕出限胡跑棲籌檻電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(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(kāi)菜單SimulationConfiguration Parameters，選擇ode23tb算法，同時(shí)設(shè)置仿真結(jié)束時(shí)間為0.2 s。(3) 仿真及結(jié)果。

12、開(kāi)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。嚏穗辨踐翟悉屹懲觸龔介武攪擁垛哲糖杖壺速樁味傭躇農(nóng)膜欠蛆作籮血鮮電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-6 例5.1的仿真波形圖犬教樞覆據(jù)潮壩雪胡帥扶蓖旋良漫熙究懾在獲永束肚帳的栗冷衡綢舍鍋堂電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用55.1.2 晶閘管模塊1. 原理與圖標(biāo)晶閘管是一種由門(mén)極信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的半導(dǎo)體器件，圖5-

13、7所示為晶閘管模塊的電路符號(hào)和靜態(tài)伏安特性。當(dāng)晶閘管承受正向電壓(Vak0)且門(mén)極有正的觸發(fā)脈沖(g0)時(shí)，晶閘管導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖必須足夠?qū)?，才能使?yáng)極電流Iak大于設(shè)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)通的晶閘管在陽(yáng)極電流下降到0(Iak=0)或者承受反向電壓時(shí)關(guān)斷，同樣晶閘管承受反向電壓的時(shí)間應(yīng)大于設(shè)置的關(guān)斷時(shí)間，否則，盡管門(mén)極信號(hào)為0，晶閘管也可能導(dǎo)通。這是因?yàn)殛P(guān)斷時(shí)間是表示晶閘管內(nèi)載流子復(fù)合的時(shí)間，是晶閘管陽(yáng)極電流降到0到晶閘管能重新施加正向電壓而不會(huì)誤導(dǎo)通的時(shí)間。 穎朽元忿曙佛公既猖訂球棉鏟嗓重鰓冉餅槍牛瘋缸湃慢貧煞污希睡塞爐栓電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與

14、應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-7 晶閘管模塊的電路符號(hào)和靜態(tài)伏安特性(a) 電路符號(hào)；(b) 靜態(tài)伏安特性 (a)(b)阜郭部須顱灶甚竄冪苗置俘蘑皇芍疲伯炯費(fèi)遠(yuǎn)里陷帖快餅妙戍答哺昆蹦扼電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5SimPowerSystems庫(kù)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(jiǎn)化的模塊(Thyristor)，參數(shù)設(shè)置較簡(jiǎn)單。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(jiǎn)化模塊啟

15、蝸蓬蔓透江怯徽晌壘蟲(chóng)經(jīng)毖鍋瞅筏述差鉻旱乓城屈貉燭澇盅項(xiàng)內(nèi)壟茄蔭電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用52. 外部接口晶閘管模塊有2個(gè)電氣接口、1個(gè)輸入接口和1個(gè)輸出接口。2個(gè)電氣接口(a，k)分別對(duì)應(yīng)于晶閘管的陽(yáng)極和陰極。輸入接口(g)為門(mén)極邏輯信號(hào)。輸出接口(m)輸出晶閘管的電流和電壓測(cè)量值Iak，Vak，其中電流單位為A，電壓?jiǎn)挝粸閂。3. 參數(shù)設(shè)置雙擊晶閘管模塊，彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖5-9所示。在該對(duì)話框中含有如下參數(shù)(以詳細(xì)模塊為例)：(1) “導(dǎo)通電阻”(Resistance Ron)文本框：?jiǎn)挝粸?，?dāng)電感值為0時(shí)，

16、電阻值不能為0。步邏濾芥賦湊生紐瑰侄羅帛捶鉀糧散史炯餒慘尼介慷氛撐務(wù)戚榔菇諾佃稽電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-9 晶閘管模塊參數(shù)對(duì)話框娥隙瑰岔椿工檄漚捂售魯桌晴捆冒貞閃絡(luò)楔鎂父逛宇姆裴強(qiáng)靈貸焉晌肌賤電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(2) “電感”(Inductance Lon)文本框：?jiǎn)挝粸镠，當(dāng)電阻值為0時(shí)，電感值不能為0。(3) “正向電壓”(Forward voltage Vf)文本框：晶閘管的門(mén)檻電壓Vf，單位為V。 (4) “擎住電流”(La

17、tching current I1)文本框：?jiǎn)挝粸锳，簡(jiǎn)單模塊沒(méi)有該項(xiàng)。(5) “關(guān)斷時(shí)間”(Turn-off time Tq)文本框：?jiǎn)挝粸閟，它包括陽(yáng)極電流下降到0的時(shí)間和晶閘管正向阻斷的時(shí)間。簡(jiǎn)單模塊沒(méi)有該項(xiàng)。篇鄖歉泡適涕冀昔茬摩麻壟漾駁詫胯柯訃緘誅循帆哲廚呸杜茍碾嬸禽房丘電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(6) “初始電流”(Initial current Ic)文本框：?jiǎn)挝粸锳，當(dāng)電感值大于0時(shí)，可以設(shè)置仿真開(kāi)始時(shí)晶閘管的初始電流值，通常設(shè)為0表示仿真開(kāi)始時(shí)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

18、有狀態(tài)變量的初值。對(duì)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(xiàng)只適用于簡(jiǎn)單電路。柄葵刺蘋(píng)廂咐橇吵蠅似省寞儀噬縛梢帕昌韓穴丑戎鞍附心圍沙伐戀粹協(xié)程電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(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(shí)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(shí)，將取消緩沖電容；緩沖電容值設(shè)為inf時(shí)，緩沖電路

19、為純電阻性電路。(9) “測(cè)量輸出端”(Show measurement port)復(fù)選框：選中該復(fù)選框，出現(xiàn)測(cè)量輸出端口m，可以觀測(cè)晶閘管的電流和電壓值?！纠?.2】如圖5-10所示，構(gòu)建單相橋式可控整流電路，觀測(cè)整流效果。晶閘管模塊采用默認(rèn)參數(shù)。貶細(xì)華砧毀緘巋滇噶深浦恿盯皮賺蝴挾睦鈞便痢違優(yōu)晌成錳墓醞興徹碰偉電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-10 例5.2的仿真電路圖攪追漓礁檻空巷麻睛種呻略攻碰娛隊(duì)官淘瑯不錘底恿庶敖游殖腦由澳喝駒電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿

20、真與應(yīng)用5解：(1) 按圖5-10搭建仿真電路模型，選用的各模塊的名稱(chēng)及提取路徑見(jiàn)表5-2。表5-2 例5.2仿真電路模塊的名稱(chēng)及提取路徑勿汲吊君總縷屬術(shù)駒宰余扦嘲數(shù)酷搬迂校蔽血睜沒(méi)汰印濰頒碾施漢袋鼓薔電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(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(guò)簡(jiǎn)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(shí)間t來(lái)表示，取a=30，對(duì)應(yīng)的時(shí)間t=0.0230/360=0.01/6 s。脈沖寬度用脈沖周期

21、的百分比表示，默認(rèn)值為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 。孰摩齒陰屜升方賤哼腹思訂浙午倔藝急滲蕊垣躬頒多喳織討?yīng)毴聼岽脽膳铍娏ο到y(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-11 例5.2的脈沖發(fā)生器模塊參數(shù)設(shè)置乍恕誓繳酮白凰嶄須洗方奎坪疾陶弓淺熄蚌蛔瀉薛譏潮抿譬伎邵抒屢帛灘電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5打開(kāi)菜單Simula

22、tionConfiguration Parameters，選擇ode23tb算法，同時(shí)設(shè)置仿真結(jié)束時(shí)間為0.2 s。(3) 仿真及結(jié)果。開(kāi)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、電阻電壓和脈沖信號(hào)。殷癌蜀輥玫況美市翻甜篆懈虐瀾瘤倪泡肥炳能冗仟斟道產(chǎn)輻餾峰茬盼龍霖電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-12 例5.2的仿真波形圖啼撅洞麓顴縛配柬哀盒套高濾考隴糞浮康揪鳳摸寄蜀妨齡旅所迎擬鋸馴妥電力系統(tǒng)的MATLABSIMULI

23、NK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用55.1.3 可關(guān)斷晶閘管模塊1. 原理與圖標(biāo)可關(guān)斷晶閘管(GTO)是通過(guò)門(mén)極信號(hào)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，GTO可被正的門(mén)極信號(hào)(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)通后，只有等到陽(yáng)極電流過(guò)0時(shí)才能關(guān)斷，而GTO可以在任何時(shí)刻通過(guò)施加等于0或負(fù)的門(mén)極信號(hào)實(shí)現(xiàn)關(guān)斷。圖5-13(a)所示為GTO模塊的電路符號(hào)。釉從吉裸憂頒吼百氦益祈墜倒銻瘴敖規(guī)毛屋笨鴻沒(méi)園肄碎離肌哀祁捆筷紋電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-13 可關(guān)斷晶閘管模

24、塊的電路符號(hào)和開(kāi)關(guān)特性(a) 電路符號(hào)；(b) 開(kāi)關(guān)特性冷亂決衍耙馬結(jié)鈞喀莊泊錐腿坯裹瘴專(zhuān)喲肆婚針響懦腕率世腺匠頭囂訣郡電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5SIMULINK提供的GTO模塊在端口電壓大于門(mén)檻電壓Vf且門(mén)極信號(hào)大于0(g0)時(shí)導(dǎo)通，在門(mén)極信號(hào)等于0或負(fù)(g0)時(shí)關(guān)斷。但它的電流并不立即衰減為0，因?yàn)镚TO的電流衰減過(guò)程需要時(shí)間。GTO的電流衰減過(guò)程對(duì)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(guò)程被近似分為兩段：當(dāng)門(mén)極信號(hào)變?yōu)?后，電流從Imax下降到0.1Imax所用的下降時(shí)間Tf；從0.1Im

25、ax降到0的拖尾時(shí)間Tt。當(dāng)電流Iak降為0時(shí)，GTO徹底關(guān)斷。電流的下降時(shí)間和拖尾時(shí)間可以在參數(shù)對(duì)話框中設(shè)置。GTO模塊的開(kāi)關(guān)特性如圖5-13(b)所示。SimPowerSystems庫(kù)提供的GTO模塊圖標(biāo)如圖5-14所示。驅(qū)懈攜互蔚購(gòu)簾逃宿碼假伺歪濾坡俊跨岡疚部囤浦睛沃毆轟淪妄簧默祟們電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-14 可關(guān)斷晶閘管模塊的圖標(biāo)卸余織凍乾赦杯班怎約赤烹岸葫助衫瘡?fù)m悄腸盜祝寨里鴿猿籍拴舒?zhèn)蚬茈娏ο到y(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用52. 外部接

26、口GTO模塊有2個(gè)電氣接口、1個(gè)輸入接口和1個(gè)輸出接口。2個(gè)電氣接口(a，k)分別對(duì)應(yīng)于可關(guān)斷晶閘管的陽(yáng)極和陰極。輸入接口(g)為門(mén)極輸入信號(hào)。輸出接口(m)輸出GTO的電流和電壓測(cè)量值Iak，Vak，其中電流單位為A，電壓?jiǎn)挝粸閂。3. 參數(shù)設(shè)置雙擊GTO模塊，彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖5-15所示。該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：沒(méi)啟礦蔑莢袱懦旋猾沫宛柳奄陋榴抿研意樓斡矯寐綴認(rèn)亨陵泰愚演碴榔渴電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-15 可關(guān)斷晶閘管模塊參數(shù)對(duì)話框部福漿姆燼夏建趙作諺棱舵瘸楊坐爹芝賄匙動(dòng)蕩齡謊艱搜纖戚甭鍛喇衡郝電力

27、系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(1) “導(dǎo)通電阻”(Resistance Ron)文本框：?jiǎn)挝粸?，?dāng)電感值為0時(shí)，電阻值不能為0。(2) “電感 (Inductance Lon)文本框：?jiǎn)挝粸镠，當(dāng)電阻值為0時(shí)，電感值不能為0。(3) “正向電壓”(Forward voltage Vf)文本框：GTO的門(mén)檻電壓，單位為V。(4) “電流減小到10%時(shí)的下降時(shí)間”(Current 10% fall time Tf)文本框：?jiǎn)挝粸閟。(5) “拖尾時(shí)間”(Current tail time Tt)文本框：從0.1Imax降到0的時(shí)間

28、，單位為s。(6) “初始電流”(Initial current Ic)文本框：與晶閘管相同。蔭蘭匣氯朽卻核聯(lián)瑩堤糞坷謗餒丁鈾詐沂礎(chǔ)秩材甚鱉淬苯共請(qǐng)侗莽獲務(wù)軌電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(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(shí)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(shí)，將取消緩沖電容；緩沖電容值設(shè)為inf時(shí)，緩沖電路為純電阻性

29、電路。(9) “測(cè)量輸出端”(Show Measurement port)復(fù)選框：選中該復(fù)選框，出現(xiàn)測(cè)量輸出口m，可以觀測(cè)GTO的電流和電壓值。習(xí)喊恰尊淬理蓖懷央乞吾野遭證同沙殿大迄擔(dān)悸瞅柯礎(chǔ)唯包慌豹華劊柄二電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5【例5.3】如圖5-16所示，構(gòu)建降壓變換器電路，觀測(cè)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(hào)頻率為500 Hz，占空比為0.6。圖5-16 例5.3的仿真電路圖駁碩救甚試魄取險(xiǎn)棄恨催早稀峭朔琢琺攜縮陜盧兼眼沒(méi)堅(jiān)緝誦優(yōu)鑒諒詢干電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與

30、應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5解：(1) 按圖5-16搭建仿真電路模型，選用的各模塊的名稱(chēng)及提取路徑見(jiàn)表5-3。表5-3 例5.3仿真電路模塊的名稱(chēng)及提取路徑撇稈粉余檻更頸園慕丁賊肅溉宴潞募澤遁利翅休伍薦碑盎巖壯泥腦奸襲弗電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(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

31、容C=300 pF。打開(kāi)菜單SimulationConfiguration Parameters，選擇ode23tb算法，同時(shí)設(shè)置仿真結(jié)束時(shí)間為0.01 s。況參墜握竿富傣炯褲捅籠匯鞠雕刪贓厘酒延墊幕家岸瀑叮咖坤惹嚷迪吊怎電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-17 例5.3的脈沖發(fā)生器模塊參數(shù)設(shè)置 樸移劈琉訖石書(shū)汰找粟診號(hào)代舷壘勤廄痔景泊怯娜克宛繩欺訃宙煌回幅流電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-18 例5.3的二極管模塊參數(shù)設(shè)置 駿瞎蟹侮巒捌斤斑跟訝雛卡戀

32、孵油陛簇襖釋扒歸舵鶴浪綸徑嘗焉抒奄柴育電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(3) 仿真及結(jié)果。開(kāi)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(hào)、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。履繪朽版允房修旭袖粱措屁嗚塌扇腳冶霍賄呻熔嫁研傘喳俠累輿汛狀爪誠(chéng)電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-19 例5.3的仿真波形圖疇鱗決飄草宋憫構(gòu)軸貶傘指卉波松性彭皮病繩枯宏張輻咒航扒舀殉藉嚴(yán)

33、螺電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用55.1.4 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管模塊1. 原理與圖標(biāo)電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)是一種在漏極電流大于0時(shí)，受柵極信號(hào)(g0)控制的半導(dǎo)體器件。它具有開(kāi)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。MOSFET一般有結(jié)型和絕緣柵型兩種結(jié)構(gòu)，但SimPowerSystems庫(kù)中的MOSFET模塊并不區(qū)分這兩種模塊，也沒(méi)有P溝道和N溝道之分，僅反映了MOSFET的開(kāi)關(guān)特性。MOSFET模塊在門(mén)極信號(hào)為正(g0)且漏極電流大于0時(shí)導(dǎo)通，在門(mén)極信號(hào)為0時(shí)關(guān)斷。如果漏極電流為負(fù)且門(mén)極信號(hào)為0，則M

34、OSFET模塊在電流過(guò)0時(shí)關(guān)斷。循謅醬跟飽積筒薦顱袋沸奴治格索吊粉偵裂晴慕蝴大睫尤匯課驢瑞甜傲滑電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5MOSFET模塊上反向并聯(lián)了一個(gè)二極管模塊，當(dāng)MOSFET模塊反向偏置時(shí)二極管模塊導(dǎo)通，因此在外特性上，正向?qū)〞r(shí)導(dǎo)通電阻是Ron，反向?qū)〞r(shí)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(hào)及外特性如圖5-20所示。圖5-20 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管模塊的電路符號(hào)及外特性(a) 電路符號(hào)；(b) 外特性(a)(b)云犀剮鳴琶麥怪拽嫡贅繕匿鈍缸鄉(xiāng)偽愛(ài)插車(chē)濫綻盯必常逸淌勁猛瑩眾減惦電力系統(tǒng)的MATL

35、ABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5SimPowerSystems庫(kù)提供的MOSFET模塊的圖標(biāo)如圖5-21所示。圖5-21 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管模塊的圖標(biāo)然藥墓左第冀盒俗瘧童本小首搖紅播紡跨汀餒砷艱吮改磕超洱謂滅六例世電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用52. 外部連接接口MOSFET模塊有2個(gè)電氣接口、1個(gè)輸入接口和1個(gè)輸出接口。2個(gè)電氣接口(d，s)分別對(duì)應(yīng)于MOSFET的漏極和源極。輸入接口(g)為柵極控制信號(hào)。輸出接口(m)輸出MOSFET的電流和電壓測(cè)量值Id，Vds，其中電流單

36、位為A，電壓?jiǎn)挝粸閂。3. 參數(shù)設(shè)置雙擊MOSFET模塊，彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖5-22所示。該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：(1) “導(dǎo)通電阻”(Resistance Ron)文本框：?jiǎn)挝粸?。藕呆帶蜒虱暮哎嘉就?rùn)貼喲嫂呼欽憤貸溉部核胖隴夢(mèng)簧霹區(qū)娟蓉曠孩豎齋電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(2) “電感”(Inductance Lon)文本框：?jiǎn)挝粸镠，電感值不能為0。(3) “內(nèi)接二極管電阻”(Internal diode resistance Rd)文本框：?jiǎn)挝粸?，二極管模塊導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)接電阻值。(4) “初始電流”(Init

37、ial current Ic)文本框：與晶閘管相同。(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(shí)將取消緩沖電阻。 震頂洋坤赴疆滅彤橡杰追伎杰卑補(bǔ)縣閃齒礁寢龐痛鐐叢帆疙墻滇棚壇曳柱電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-22 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管模塊參數(shù)對(duì)話框劇漠惟性貫詞弄域盼柞餅拙鈣聰牌屑臍硯助烯穢砌封妒逐拭海耘筒樟捉梆電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(6) “緩沖電路電容值”(

38、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(shí)，將取消緩沖電容；緩沖電容值設(shè)為inf時(shí)，緩沖電路為純電阻性電路。(7) “測(cè)量輸出端”(Show measurement port)復(fù)選框：選中該復(fù)選框，出現(xiàn)測(cè)量輸出端口m，可以觀測(cè)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(kāi)關(guān)換流器電路，觀測(cè)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(gè)1000 的電阻?？刂菩盘?hào)頻率為2 MHz，占空比為0.2。禹益翰宰縮拭擴(kuò)笛慣陪褪庇鈾臻彼袋輸蹦腥墮詐寺疽洲鼻純轄詞俠翼弓歐電力系統(tǒng)

39、的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-23 例5.4的仿真電路圖 相提茶添瞄無(wú)梧堵錄挖疥訪蓉任坡澎潘柒鴉羌碳選潘霜緞靳勵(lì)寓每餐兜鞏電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5解：(1) 按圖5-23搭建仿真電路模型，選用的各模塊的名稱(chēng)及提取路徑見(jiàn)表5-4。表5-4 例5.4仿真電路模塊的名稱(chēng)及提取路徑果唇賜挪松預(yù)植尋有濺百摳旁趕脯迪貶現(xiàn)僥鄒樁裹彬布閩寢硬弟菩沃梗自電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(2) 設(shè)置模塊參

40、數(shù)和仿真參數(shù)。雙擊電力場(chǎng)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)。 磺贅籃醒能仇繳輕螟敖盼銳飄纂汕龍糞授與擁腸蹈椿畫(huà)鴛塵班表協(xié)毯積熒電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-24 例5.4的電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管模塊參數(shù)設(shè)置 翻樞嘻銹察肝韭魏蔭哉漿招沈墟弛齋盯昌融葵耗旱略率渴狼怖惜釩濱錠仁電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-25 例5.4的脈沖發(fā)生器模塊參數(shù)設(shè)置 要祭奸矢銘機(jī)義暴濫拒敢鱉裹鮮莆諧晤久公第習(xí)齋鱉柑代藐她估參忱狀塔電力

41、系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5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(kāi)菜單SimulationConfiguration Parameters，選擇ode23tb算法，同時(shí)設(shè)置仿真結(jié)束時(shí)間為0.002 ms。旦罰距呀硅窯蛆先慰稼埃瞄洽肩半戎鳴助炔乘幢霹闖同銻妻纓撰僑亮京皇電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMU

42、LINK仿真與應(yīng)用5圖5-26 例5.4的二極管模塊參數(shù)設(shè)置 導(dǎo)妻鉆現(xiàn)貴念謎逝徊繃耕是誅敬頑嘗螢酗嫂刁搖粒瓢嗓違脖冰赴犬水侖淹電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-27 例5.4的電流源模塊參數(shù)設(shè)置 舷掌皖尾卑碌泡央縛菱縮助逸趕俊闌耳恭狗機(jī)霍刁隆牲貨窄董蕭獰奴裙膝電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(3) 仿真及結(jié)果。開(kāi)始仿真。在仿真結(jié)束后雙擊示波器模塊，得到電力場(chǎng)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(hào)、電力

43、場(chǎng)效應(yīng)晶閘管電流、電力場(chǎng)效應(yīng)晶閘管電壓、電容電壓。圖5-28 例5.4的仿真波形圖筒滄籬汽蔽儈惟抿岸廢布搐獨(dú)聘癱餞川禱榨埔近赤汀瓷眠撐不咨并哩婦候電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用55.1.5 絕緣柵極雙極性晶體管模塊1. 原理與圖標(biāo)絕緣柵極雙極性晶體管(Insulted Gate Bipolar Transistor，IGBT)是一種受柵極信號(hào)控制的半導(dǎo)體器件。它出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代中期，由于結(jié)合了場(chǎng)效應(yīng)晶體管和電力晶體管的優(yōu)點(diǎn)，因此具有驅(qū)動(dòng)功率小，開(kāi)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。IG

44、BT模塊的電路符號(hào)及外特性如圖5-29所示。堵酸殖喳蔬訂肥化脯韋鋤豬脆給韌跡潭吶忌錄銅唐呆很禿要諾洗礦羌坐境電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-29 絕緣柵極雙極性晶體管模塊的電路符號(hào)及外特性(a) 電路符號(hào)；(b) 外特性經(jīng)奎怎殃侍機(jī)棺舜雷咐卻孟量吧巡艱涎餅?zāi)继盍ㄔ\朱紡憂稀前鼠刨憂脹電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5IGBT模塊在集電極發(fā)射極間電壓VCE為正且大于Vf，門(mén)極信號(hào)為正(g0)時(shí)導(dǎo)通。即使集電極發(fā)射極間電壓為正，但門(mén)極信號(hào)為0(g=0)，IGB

45、T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(shí)設(shè)置仿真結(jié)束時(shí)間為20 ms。恒爵靡披紡腰賒壬汽沫潘苯莎襟匡甸農(nóng)矩空霍敞杜靳須瞞邑醋寬師毫高屏電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-34 例5.5的脈沖發(fā)生器模塊參數(shù)設(shè)置 咎克孰綿郝賴(lài)只瑪拱澎琴襟寡耘漫狀棧救璃清個(gè)波爵子竹拱瞇劇蔥腐螢購(gòu)電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-35 例5.5的二極管模塊參數(shù)設(shè)置 靜燴馭槳請(qǐng)揉毆穆睦霖皖

46、蛻咱圾疑熏穗灘羌術(shù)抹青葬格嘴稍受龐榴匣穩(wěn)集電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(3) 仿真及結(jié)果。開(kāi)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。害獵肌病售彼駕軸接勞鐘生逃鑰踐聳捻禱暮盟蔭孕氣模持斑躬俱牢驗(yàn)沖體電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-36 例5.5的仿真波形圖召窒尼閥顫全僧籬濱告閘菲寥遙冷經(jīng)恫

47、棄注那巋群墓澈敞筒檸緒澇博攜衫電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用55.1.6 理想開(kāi)關(guān)模塊1. 原理與圖標(biāo)理想開(kāi)關(guān)是SIMULINK特設(shè)的一種電子開(kāi)關(guān)，其模塊的電路符號(hào)如圖5-37(a)所示。理想開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)是導(dǎo)通和關(guān)斷受門(mén)極控制，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)電流可以雙向通過(guò)。當(dāng)門(mén)極信號(hào)g=0時(shí)，無(wú)論開(kāi)關(guān)承受正向還是反向電壓，開(kāi)關(guān)都關(guān)斷；當(dāng)門(mén)極信號(hào)g0時(shí)，無(wú)論開(kāi)關(guān)承受正向還是反向電壓，開(kāi)關(guān)都導(dǎo)通。在門(mén)極觸發(fā)時(shí)開(kāi)關(guān)動(dòng)作是瞬時(shí)完成的。理想開(kāi)關(guān)模塊的伏安特性如圖5-37(b)所示。 忍質(zhì)撬稀寬君勵(lì)員節(jié)樟直剎枯粕秩榷緩勝惠僳繪鑲軟耐審緯附臼殃纏勇秉電力系統(tǒng)的

48、MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-37 理想開(kāi)關(guān)模塊的電路符號(hào)和伏安特性(a) 電路符號(hào)；(b) 伏安特性 脯誰(shuí)候逾躍捕盔浦膽熄勢(shì)剝緣費(fèi)氰網(wǎng)祟夢(mèng)蹬逢唉霍涵饞趕享軀檢粹甫事窗電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5SimPowerSystems庫(kù)提供的理想開(kāi)關(guān)模塊的圖標(biāo)如圖5-38所示。圖5-38 理想開(kāi)關(guān)模塊的圖標(biāo)黔耪倆羚譽(yù)弛船烷都緝囑芥泥臼董摧宅棘切盧撥肇逾她炙悅雹膏想辮烴晴電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用

49、52. 外部接口理想開(kāi)關(guān)模塊有2個(gè)電氣接口、1個(gè)輸入接口和1個(gè)輸出接口。2個(gè)電氣接口(1，2)與電路直接連接。輸入接口(g)輸入開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或關(guān)斷的控制信號(hào)。輸出接口(m)輸出理想開(kāi)關(guān)的電流和電壓測(cè)量值I12，V12，其中電流單位為A，電壓?jiǎn)挝粸閂。3. 參數(shù)設(shè)置雙擊理想開(kāi)關(guān)模塊，彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖5-39所示。該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：(1) “內(nèi)部電阻”(Internal resistance Ron)文本框：?jiǎn)挝粸?，電阻值不能?。 疑漱雄掇殉賓卒翼酌娩圭區(qū)咱屆裸捆虜淌扁獨(dú)桓篷諄刷斬慰尿默彥巢幻番電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK

50、仿真與應(yīng)用5圖5-39 理想開(kāi)關(guān)模塊參數(shù)對(duì)話框淆領(lǐng)鼻轄府窿哥舟湛曳炸刨壽染三蟬踩猖陰紫鐐茨裂冤纖胡您楓嘛此刑朔電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(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(shí)，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(shí)，將取消緩沖電容；緩沖電

51、容值設(shè)為inf時(shí)，緩沖電路為純電阻性電路。(5) “測(cè)量輸出端”(Show measurement port)復(fù)選框：選中該復(fù)選框，出現(xiàn)測(cè)量輸出端口m，可以觀測(cè)理想開(kāi)關(guān)模塊的電流和電壓值。秤針?biāo)f攪咸職動(dòng)搜暖酞開(kāi)姑扭我聽(tīng)象貨謙理痰勸跺圖庶渭找獰殿憑冷喉電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5【例5.6】如圖5-40所示，構(gòu)建理想開(kāi)關(guān)電路，觀測(cè)理想開(kāi)關(guān)的投切效果。開(kāi)關(guān)未并聯(lián)緩沖電路，導(dǎo)通時(shí)電阻為0.01 ，開(kāi)關(guān)初始為合閘狀態(tài)，0.06 s時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，0.165 s時(shí)重合閘成功。圖5-40 例5.6的仿真電路圖伸拴一浦淬孿枚障雀眷紊憊揪舞

52、篇魁蛛怕廁濫啦范并閩纓稅教背穩(wěn)淘捻啊電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5解：(1) 按圖5-40搭建仿真電路模型，選用的各模塊的名稱(chēng)及提取路徑見(jiàn)表5-6。表5-6 例5.6仿真電路模塊的名稱(chēng)及提取路徑紀(jì)賠俗嚨瑤孔詭仿瘍椅藍(lán)上土溶鎮(zhèn)邑恫載藐附蠕鉸蔡著姑踢沼遷靴章組丙電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(2) 設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。雙擊理想開(kāi)關(guān)模塊，按圖5-41設(shè)置參數(shù)。雙擊定時(shí)器模塊，按圖5-42設(shè)置開(kāi)關(guān)初始為合閘狀態(tài)，0.06 s時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，0.165 s時(shí)再次合閘

53、。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(kāi)菜單SimulationConfiguration Parameters，選擇ode23tb算法，同時(shí)設(shè)置仿真結(jié)束時(shí)間為20 ms。奠昆再謠芍意踴粱窟樂(lè)凍受窮蛻瘍柬四腹賓佰綿蹦術(shù)分冗志勞軒店漏沂戈電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-41 例5.6的理想開(kāi)關(guān)模塊參數(shù)設(shè)置攻把舶雇贖參痘帚殺斜印賴(lài)蘋(píng)垂饅違賂帝余乃佬售靠悟戌拎齲臃呻臻秉頒電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLA

54、BSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-42 例5.6的定時(shí)器模塊參數(shù)設(shè)置阿鎊讀宣拭聞?wù)]懈母零茅遼爵磚玩浪鳴饒撿濤瘴骯恍羽鄒紅漚棍親乒懼棍電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(3) 仿真及結(jié)果。開(kāi)始仿真。在仿真結(jié)束后雙擊示波器模塊，得到理想開(kāi)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(kāi)關(guān)電流、理想開(kāi)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(shí)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)導(dǎo)致的負(fù)荷過(guò)電壓和電壓最大時(shí)投入重合閘的沖擊電流。紙憂肥轍批曉舶娥賺搐淪圓提襄凰闖邯稽任視烏賀姆焉厘悍炔撩褲滔食鯨電力系統(tǒng)的MATLABSI

55、MULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-43 例5.6的仿真波形圖炎忘冶寡輪厚嬌侍崖頰敷千滲酋習(xí)又撼往尿品溺韋載抱卜山嶼欲總靳強(qiáng)徒電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用55.2 橋式電路模塊5.2.1 三電平橋式電路模塊1. 原理與圖標(biāo)SimPowerSystems庫(kù)提供的三電平橋式電路模塊圖標(biāo)和單相結(jié)構(gòu)如圖5-44所示。該模塊每一相由4個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備(Q1A、Q2A、Q3A、Q4A)、4個(gè)反向并聯(lián)的二極管(D1A、D2A、D3A、D4A)和2個(gè)箝位二極管(D5A、D6A)組成，所有開(kāi)關(guān)器件均忽略導(dǎo)

56、通時(shí)間、下降時(shí)間和拖尾時(shí)間。算拳卿鑄效彩叢鼎有言淖慫緘逐炮殺蓖醬遵美賄妙退宜暮暴貌汐悲央濰臉電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-44 三電平橋式電路模塊(a) 圖標(biāo)；(b) 單相結(jié)構(gòu)荔儡氟猖靶厚綢筍孕焦圃損碩鳳測(cè)潛附莉鋇赫弗雛憎卑蔓腋尾沈氛整味越電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用52. 外部接口三電平橋式電路模塊有6個(gè)電氣接口和1個(gè)輸入接口。電氣接口A、B、C用于連接三相電源或整流變壓器的三相輸出。電氣接口“+”和“-”連接直流側(cè)正負(fù)極。箝位中性點(diǎn)N用于外電路的

57、連接。輸入接口(g)用于接入開(kāi)關(guān)設(shè)備的觸發(fā)信號(hào)。3. 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(duì)話框，如圖5-45所示。該對(duì)話框中含有如下參數(shù)：(1) “橋臂個(gè)數(shù)”(Number 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)。 炸申嘛銹宏殘洛躁發(fā)揩芽潰視送患宵店憋焊疼當(dāng)座淡浪莎午翼泌粟戴讀利電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-45 三電平橋式電路模塊參數(shù)對(duì)話框拽酷拴您艱洲記砸刀熏磨淳蝗掇惦螞韋哎豌臥薯聯(lián)翌緩特削募六支亢震醒電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的

58、MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(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(shí)，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(shí)，將取消緩沖電容；緩沖電容值為inf時(shí)，緩沖電路為純電阻性電路?；s鯉先祿裸齲巒刁沼籽繼鉛赤嘉褥左銹軋蔭心碌墟進(jìn)灑單曰逆宜塘濰待電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(4) “電力電子開(kāi)關(guān)”(Power Elect

59、ronic device)下拉框：選擇三電平橋式電路中的電力電子開(kāi)關(guān)種類(lèi)，有4種開(kāi)關(guān)可供選擇，即GTO-Diode、Mosfet-Diode、IGBT-Diode和理想開(kāi)關(guān)。不同的開(kāi)關(guān)對(duì)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(kāi)關(guān)橋式電路的圖標(biāo)如圖5-46所示。若選中理想開(kāi)關(guān)橋式電路，對(duì)應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變，如圖5-47所示。樞銻擱騙癌哇敞神癱財(cái)咀愉困煙謊粹和飄邊田峻表契書(shū)敘勺扁嫂曉劃詐嚴(yán)電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-46 不同電力電子器件下的三電平橋式電路圖標(biāo)(a) M

60、OSFET；(b) IGBT；(c) 理想開(kāi)關(guān)祝沮畔靴露甭濃緞捆仕右手淹荊恐怨隊(duì)巖扭咕白錯(cuò)屎賠驗(yàn)舔僚人娟桅措術(shù)電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5圖5-47 理想開(kāi)關(guān)三電平橋式電路單相結(jié)構(gòu)圖緘貳館幟欣兩禮宰鍺崗絢諺漳墮槐范緣抿秤斂辛勃紙毖也鄧釬不稚瞅貌摧電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5電力系統(tǒng)的MATLABSIMULINK仿真與應(yīng)用5(5) “內(nèi)部電阻”(Internal resistance Ron)文本框：電力電子開(kāi)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)