單相橋式全控整流及有源逆變電路的實現(xiàn)研究與仿真設(shè)計_第1頁
單相橋式全控整流及有源逆變電路的實現(xiàn)研究與仿真設(shè)計_第2頁
單相橋式全控整流及有源逆變電路的實現(xiàn)研究與仿真設(shè)計_第3頁
單相橋式全控整流及有源逆變電路的實現(xiàn)研究與仿真設(shè)計_第4頁
單相橋式全控整流及有源逆變電路的實現(xiàn)研究與仿真設(shè)計_第5頁
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單相橋式全控整流及有源逆變電路的實現(xiàn)研究與仿真設(shè)計摘要本文以單相橋式全控整流及有源逆變電路為研究對象,介紹了單相橋式全控整流及有源逆變電路的工作原理,并對MATLAB/Simulink模塊中電力電子仿真所需要的電力系統(tǒng)模塊做了簡要的說明,介紹了單相橋式全控整流及有源逆變電路的主要環(huán)節(jié)整流及有源逆變的工作原理,并且分析了幾種常見的觸發(fā)角,在此基礎(chǔ)上運(yùn)用MATLAB軟件分別對電路的仿真進(jìn)行了設(shè)計;實現(xiàn)了對單相橋式全控整流及有源逆變電路的仿真。關(guān)鍵詞:Simulink;單相橋式全控整流及有源逆變電路;仿真設(shè)計AbstractInthispaper,single-phasebridgecontrolledrectifierandinvertercircuitfortheactivestudy,describedsingle-phasebridgecontrolledrectifierandactiveinvertercircuitworks,andmatlab/simulinkmoduleneededtopowerelectronicsimulationpowersystemmoduletodoabriefdescriptionofthesingle-phasebridgecontrolledrectifierandactiveinvertermaincomponents-theactiverectifierandinverterworks,andanalyzedseveralcommontriggerangleOnthisbasis,theuseofmatlabsoftwaresimulationwerecarriedoutonthecircuitdesign;implementationofsingle-phasebridgecontrolledrectifierandactiveinvertersystem.Keywordssimulinksingle-phasebridgecontrolledrectifierandactiveinvertercircuitsimulationdesign目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 1Abstract 2目錄 31緒論 51.1整流技術(shù)的發(fā)展概況 51.2系統(tǒng)仿真概述 52單相橋式全控整流及有源逆變的工作原理 72.1整流電路概述 72.2有源逆變概述 72.3單相橋式全控整流電路的工作原理 82.3.1工作原理 82.3.2參數(shù)計算 102.4單相橋式全控有源逆變的工作原理 112.4.1工作原理 112.4.2換相重疊角 122.4.3逆變顛覆的概述 122.4.4最小逆變角限制 132.5晶閘管整流電路的觸發(fā)控制 133單相橋式全控整流及有源逆變電路的設(shè)計 163.1選擇整流電路 163.2計算整流變壓器的參數(shù) 163.3選用冷卻系統(tǒng) 163.4開關(guān)元件的選用與計算 163.5保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計 173.6主要部件和器件的計算及選用 173.7單相橋式全控整流及有源逆變電路的設(shè)計 174單相橋式全控整流及有源逆變現(xiàn)象的觀察 184.1單相橋式全控整流的觀察 184.2單相橋式有源逆變的觀察 184.3逆變顛覆現(xiàn)象的觀察 185單相橋式全控整流及有源逆變的仿真 195.1Matlab軟件簡介 195.2Simulink簡介 205.3單相橋式全控整流及有源逆變的仿真模型 215.3.1仿真模型模塊介紹 215.3.2仿真模型的設(shè)計 245.3.3仿真模型模塊的參數(shù)設(shè)置 245.4模型仿真及仿真結(jié)果 335.5仿真過程中問題的解決及一些技巧 395.5.1如何根據(jù)原理建立仿真模型 395.5.2調(diào)試中參數(shù)設(shè)置方法 395.5.3創(chuàng)建模型的一些技巧 406總結(jié) 416.1論文主要內(nèi)容總結(jié) 416.2實驗過程總結(jié) 416.3仿真過程總結(jié) 426.4設(shè)計和開發(fā)方面的不足 42參考文獻(xiàn) 43致謝 44緒論整流技術(shù)的發(fā)展概況整流電路廣泛應(yīng)用于工業(yè)中。整流與逆變一直都是電力電子技術(shù)的熱點(diǎn)之一。橋式整流是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)行整流的最常用的電路,常用來將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。從整流狀態(tài)變到有源逆變狀態(tài),對于特定的實驗電路需要恰到好處的時機(jī)和條件。其基本理論與方法已成熟十幾年了,隨著我國交直流變換器市場的迅猛發(fā)展,與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。系統(tǒng)仿真概述所謂系統(tǒng)仿真,就是根據(jù)系統(tǒng)分析的目的,在分析系統(tǒng)各要素性質(zhì)及其相互關(guān)系的基礎(chǔ)上,建立能描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或行為過程的、且具有一定邏輯關(guān)系或數(shù)量關(guān)系的仿真模型,據(jù)此進(jìn)行試驗或定量分析,以獲得正確決策所需的各種信息。它是一種對系統(tǒng)問題求數(shù)值解的計算技術(shù)。尤其當(dāng)系統(tǒng)無法通過建立數(shù)學(xué)模型求解時,仿真技術(shù)能有效地來處理。仿真是一種人為的試驗手段。它和現(xiàn)實系統(tǒng)實驗的差別在于,仿真實驗不是依據(jù)實際環(huán)境,而是作為實際系統(tǒng)映象的系統(tǒng)模型以及相應(yīng)的“人造”環(huán)境下進(jìn)行的。這是仿真的主要功能。仿真可以比較真實地描述系統(tǒng)的運(yùn)行、演變及其發(fā)展過程。仿真的過程也是實驗的過程,而且還是系統(tǒng)地收集和積累信息的過程。尤其是對一些復(fù)雜的隨機(jī)問題,應(yīng)用仿真技術(shù)是提供所需信息的唯一令人滿意的方法。對一些難以建立物理模型和數(shù)學(xué)模型的對象系統(tǒng),可通過仿真模型來順利地解決預(yù)測、分析和評價等系統(tǒng)問題。通過系統(tǒng)仿真,可以把一個復(fù)雜系統(tǒng)降階成若干子系統(tǒng)以便于分析。)通過系統(tǒng)仿真,能啟發(fā)新的思想或產(chǎn)生新的策略,還能暴露出原系統(tǒng)中隱藏著的一些問題,以便及時解決。單相橋式全控整流及有源逆變的工作原理整流電路概述整流電路是把交流電壓變換為單極性電壓的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的勵磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀(jì)70年代以后,主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負(fù)載之間,用于濾除脈動直流電壓中的交流成分。變壓器設(shè)置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離(可減小電網(wǎng)與電路間的電干擾和故障影響)。整流電路是電力電子電路中最早出現(xiàn)的一種,它將交流電變?yōu)橹绷麟?,?yīng)用十分廣泛,電路形式各種各樣。按其組成器件可分為不控整流電路、半控整流電路和全控整流電路。其中,半控整流電路和全控整流電路按其控制方式又可分為相控整流電路和斬波整流電路。相控整流電路由于采用電網(wǎng)換相方式,不需要專門的換相電路,因而電路簡單、工作可靠,得到廣泛應(yīng)用。但相控整流電路在控制用α較大時,功率因數(shù)較低,網(wǎng)側(cè)電流諧波含量較大。因而在大功率調(diào)速傳動中,低速運(yùn)行時,采用斬控整流電路可解決功率因數(shù)變壞的問題。按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路,按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路,按變壓器二次側(cè)電流的方向是單相或雙相,又分為單拍電路和雙拍電路;實用電路是上述的組合結(jié)構(gòu)。有源逆變概述逆變與整流相對應(yīng),直流電變成交流電。交流側(cè)接電網(wǎng),為有源逆變。交流側(cè)接負(fù)載,為無源逆變。逆變電路的分類,根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同,直流側(cè)是電壓源:電壓型逆變電路,又稱為電壓源型逆變電路,直流側(cè)是電流源:電流型逆變電路,又稱為電流源型逆變電路,電壓型逆變電路,輸出電壓是矩形波。電流型逆變電路,輸出電流是矩形波。電壓型逆變電路的特點(diǎn):直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容,直流側(cè)電壓基本無脈動。交流側(cè)輸出電壓為矩形波,輸出電流和相位因負(fù)載阻抗不同而不同。阻感負(fù)載時需提供無功功率。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道,逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。電流型逆變電路主要特點(diǎn):直流側(cè)串大電感,電流基本無脈動,相當(dāng)于電流源。交流側(cè)輸出電流為矩形波,與負(fù)載阻抗角無關(guān)。輸出電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同。直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用,不必給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。單相橋式全控整流電路的工作原理工作原理單相橋式全控整流電路圖如下圖所示:圖2.1單相橋式全控整流電路該電路的特點(diǎn)是:要有電流通過阻感性電阻RL,必須有晶閘管VT1和VT3或VT2和VT4同時導(dǎo)通,由于晶閘管的單向?qū)щ娦阅埽M管u2是交流,但是通過阻感性電阻RL的電流id始終是單方向的直流電,其工作過程可分如下幾個階段:階段1(0~ωt1):這階段u2在正半周期,A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)電位,晶閘管VT1和VT2反向串聯(lián)后與u2連接,VT1承受正向電壓為u2/2,VT2承受u2/2的方向電壓;同樣VT3和VT4方向串聯(lián)后與u2連接,VT3承受u2/2的正向電壓,VT4承受u2/2的反向電壓。雖然VT1和VT3受正向電壓,但是尚未觸發(fā)導(dǎo)通,負(fù)載沒有電流通過,所以ud=0,id=0。階段2(ωt1~π):在ωt1時同時觸發(fā)VT1和VT3,由于VT1和VT3受正向電壓而導(dǎo)通,有電流經(jīng)A點(diǎn)→VT1→R→VT3→變壓器B點(diǎn)形成回路。在這段區(qū)間里,ud=u2,id=iVT1=iVT3=i2=ud/R。由于VT1和VT3導(dǎo)通,忽略管壓降,uVT1=uVT2=0,而承受的電壓為uVT2=uVT4=u2。階段3(π~ωt2):從ωt=π開始u2進(jìn)入了負(fù)半周期,B點(diǎn)電位高于A點(diǎn)電位,VT1和VT3由于受反向電壓而關(guān)斷,這時VT1~VT4都不導(dǎo)通,各晶閘管承受u2/2的電壓,但VT1和VT3承受的是反向電壓,VT2和VT4承受正向電壓,負(fù)載沒有電流通過,ud=0,id=i2=0。階段4(ωt2~2π):在ωt2時,u2電壓為負(fù),VT2和VT4受正向電壓,觸發(fā)VT2和VT4導(dǎo)通,有電流經(jīng)B點(diǎn)→VT2→R→VT4→A點(diǎn),在這段區(qū)間里,ud=u2,id=iVT2=iVT4=i2=ud/R。由于VT2和VT4導(dǎo)通,VT2和VT4承受u2的負(fù)半周期電壓,至此一個周期工作完畢,下一個周期重復(fù)上述過程,單相橋式整流電路兩次脈沖間隔為180°。如果整流電路的負(fù)載電感較大,id波形將連續(xù),電路的工作情況可分為電流上升和電流穩(wěn)定兩個階段。在電流上升階段,ωt1(ωt=α)時,觸發(fā)VT1和VT3導(dǎo)通,id從0開始上升,由于電感較大,到ωt2(ωt=π+α)時,由于u2已經(jīng)進(jìn)入負(fù)半周期,VT2和VT4承受正向電壓,有脈沖即導(dǎo)通。VT2和VT4導(dǎo)通后,電路P點(diǎn)電位將高于A點(diǎn),Q點(diǎn)電位低于B點(diǎn),VT1和VT3承受反向電壓而關(guān)斷,原來經(jīng)由VT1和VT3的電流id改經(jīng)VT2和VT4通過,這就是VT1和VT2換流,同時VT3和VT4換流,使電路進(jìn)入第二個導(dǎo)通區(qū)間(ωt2~ωt3)。在第二個導(dǎo)通區(qū)間id將從VT1和VT3關(guān)斷和VT2和VT4開通時的電流繼續(xù)上升,電感的儲能增加。u2進(jìn)入第二個周期,VT1和VT3承受正向電壓,受觸發(fā)即導(dǎo)通,使電路的P點(diǎn)電位高于B點(diǎn),Q點(diǎn)電位低于A點(diǎn),使VT2和VT4承受反向電壓而關(guān)斷,實現(xiàn)VT1和VT3與VT2和VT4的換流。如此經(jīng)過幾個導(dǎo)通周期,電感儲能達(dá)到飽和,即每個導(dǎo)通周期開始時的電流與終止時的電流相當(dāng),在第三個導(dǎo)通周期ωt3~ωt4,負(fù)載電流id進(jìn)入了穩(wěn)定階段。在大電感情況下,id進(jìn)入穩(wěn)定階段后電流的波動很小。在穩(wěn)定工作階段,兩組晶閘管交替導(dǎo)通,每組導(dǎo)通角為180°,通過晶閘管的電流是寬為180°,高為Id的矩形方波。在一周期的正負(fù)半周中變壓器副邊都有電流i2通過,變壓器的利用率較半波整流提高,并且i2中不含直流分量,不易產(chǎn)生變壓器發(fā)熱問題。晶閘管承受的電壓波形在晶閘管導(dǎo)通時UVT=0,在晶閘管關(guān)斷時,則承受的電壓u2,因此承受的最高正反電壓均為U2。如果控制角α=90°,整流輸出電壓ud的正負(fù)半周期面積相等,整流輸出電壓的平均值為0。并且若α>90°,在u2的半周范圍內(nèi),觸發(fā)VT1和VT3或VT2和VT4,晶閘管能夠?qū)ǎ蔷чl管的導(dǎo)通角減小,而ud的正負(fù)半周面積相等,ud的平均值都為0,因此電感性負(fù)載時,控制角的有效移相控制范圍為0°≤α≤90°。單相橋式全控整流電路波形如下圖所示:圖2.2單相橋式全控整流電路波形參數(shù)計算輸出平均電壓Ud:輸出平均電流Id:變壓器副邊繞組電流有效值I2:流過晶閘管的電流有效值IT:單相橋式全控有源逆變的工作原理工作原理逆變是將直流電變換成交流電。如果逆變后的交流電是直接提供給負(fù)載,成為無緣逆變;如果逆變后的交流電是送到交流電網(wǎng),則稱為有源逆變。整流電路在滿足一定條件情況時,可以將直流側(cè)的電能經(jīng)過整流器回送到交流側(cè)電源。在RL負(fù)載中,在負(fù)載電流的上升階段,交流電源經(jīng)整流器向負(fù)載提供電能,在負(fù)載電流的下降階段,id與ud反方向,是電感釋放儲能,釋放的儲能一部分在電阻中消耗,一部分則經(jīng)整流器回饋到交流電源。RL負(fù)載電感的儲能是有限的,即使R=0、α=90°時,電感也只能使儲存和釋放的電能相等。但是如果整流器的負(fù)載中含有直流電動勢E,情況就不同了,直流電動勢可以源源不斷的提供直流電能,并通過整流器轉(zhuǎn)化為交流電回饋電網(wǎng),這就是可控整流器的有源逆變工作狀態(tài)。在有源逆變狀態(tài),直流電源E要經(jīng)整流器向交流電源回饋電能,由于整流器只能單方向輸出電流,因此直流電源要輸出電能,電動勢E的方向必須和整流器輸出電流的方向相同,同時為使整流器能從直流電動勢E吸取電能,整流器輸出電壓Ud的極性也要與整流狀態(tài)時相反。這就是說,如果整流器工作在整流狀態(tài)時,Ud極性為上“﹢”下“﹣”,對RLE負(fù)載有α<90°;在整流器工作于有源逆變狀態(tài)時,Ud極性應(yīng)為上“﹣”下“+”,對RLE負(fù)載應(yīng)有α>90°,這樣電流Id從E的“+”端流出,從整流器“+”流入,電能才能從直流電源輸出,并經(jīng)整流器回饋交流電網(wǎng)。因此整流器工作于有源逆變的條件可以歸結(jié)如下:整流器負(fù)載含有直流電動勢,電動勢E的方向與整流器電流Id的方向相同;整流器的控制角α>90°,整流器輸出電壓反向,且Ud應(yīng)略小于直流電動勢E。半控橋式整流電路和負(fù)載側(cè)帶有續(xù)流二極管的整流電路,由于二極管短路了直流電動勢E,故不能工作于有源逆變狀態(tài),因此需要工作于有源逆變狀態(tài)的整流器必須是全控整流電路。并且如果在有源逆變時,整流器控制角α<90°,則Ud極性沒有改變,Ud和E將順向連接,在負(fù)載回路將產(chǎn)生很大電流Id,Id=(E+Ud)/R,這時直流電動勢和整流器同時輸出電能,不僅電流很大,并且該電能消耗在負(fù)載回路的電阻上,這種情況一般是不允許的,要防止這種狀態(tài)出現(xiàn)。為了反映整流電路的整流和逆變兩種不同的工作狀態(tài),設(shè)置了逆變角β,且令β=180°-α。當(dāng)整流電路工作于整流狀態(tài)時,0°≤α≤90°,相應(yīng)的90°≤β≤180°。當(dāng)整流電路工作于逆變狀態(tài)時,0°≤β≤90°,相應(yīng)的90°≤α≤180°。換相重疊角在整流電路的分析中,認(rèn)為晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷是瞬時完成的,實際上電力電子器件的導(dǎo)通和關(guān)斷都需要一定的時間。整流交流電源如果來自整流變壓器,變壓器有漏抗;如果整流器直接連接電網(wǎng),為了限制可能的短路電流,大功率整流器交流側(cè)也需要連接進(jìn)線電抗器。由于電流不能突變,這些電感的存在,限制了晶閘管在導(dǎo)通和關(guān)斷時的電流上升和下降速度,使晶閘管之間換流需要一定時間來完成,在相控電路中,換流時間以換流重疊角γ來表示。在換流過程中,整流器輸出電壓為換流的二相交流相電壓之和的二分之一。在重疊換流期間,整流輸出電壓較不考慮重疊換流時的輸出電壓要小些,即產(chǎn)生了換相中的電壓降。逆變顛覆的概述在考慮交流電源電抗后,在整流電路有源逆變時,如果β很小,則整流電路不能正常換相。由于交流電源電抗產(chǎn)生了重疊換流時間,使換流不能瞬時完成在ωt4時觸發(fā)VT2,由于交流電源電抗產(chǎn)生了重疊換流時間,使換流不能瞬時完成,在重疊換流時間內(nèi)已經(jīng)有ua>ub,因此在換流結(jié)束后仍應(yīng)是VT1繼續(xù)導(dǎo)通,VT2并不能導(dǎo)通,使換流不能成功。并且ua進(jìn)入正半周后,直流電動勢E和ua順向串聯(lián),整流器輸出電流迅速增加超過額定允許范圍,輕則使過電流保護(hù)跳閘,重則燒壞晶閘管或快速熔斷器,這就是“逆變顛覆”現(xiàn)象。最小逆變角限制為了避免逆變顛覆現(xiàn)象,不能使β太小,需要對最小逆變角進(jìn)行限制,以確保電路能正常換流。一般取最小逆變角βmin為βmin=δ+γ+θ'式中:δ為晶閘管關(guān)斷時間tq折合的電角度,γ為換流重疊角,θ'為安全裕量角,考慮以上因素,βmin一般在30°到35°左右,βmin太小,將影響整流器的安全運(yùn)行;βmin太大,將使逆變時輸出電壓過低,影響有源逆變的效率。逆變顛覆現(xiàn)象還可能發(fā)生在電源缺相,晶閘管或快速熔斷器損害,晶閘管觸發(fā)脈沖丟失等情況下,一旦發(fā)生這些情況,整流器在有源逆變時都不能正常換流而造成逆變顛覆,因此工作在有源逆變狀態(tài)時,整流電路的可靠性是需要重視的。晶閘管整流電路的觸發(fā)控制晶閘管導(dǎo)通需要正向電壓和觸發(fā)脈沖兩個條件,在整流電路中主要分析了正向電壓條件,而對觸發(fā)脈沖是認(rèn)為召之即來揮之即去的,需要時就能有,實際上觸發(fā)脈沖需要有相應(yīng)的電路產(chǎn)生,這就是觸發(fā)電路。對觸發(fā)電路的基本要求是:能產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)信號,信號有一定強(qiáng)度,滿足晶閘管門極驅(qū)動條件。觸發(fā)脈沖的形狀,能使晶閘管快速導(dǎo)通和可靠關(guān)斷;觸發(fā)信號能移相控制,即改變脈沖的控制角;觸發(fā)信號在需要晶閘管導(dǎo)通時產(chǎn)生,即觸發(fā)電路產(chǎn)生脈沖與整流電路的需要兩者間要步調(diào)一致。滿足這些要求的信號都可以用于晶閘管的觸發(fā),因此晶閘管的觸發(fā)電路從簡單的RC移相到復(fù)雜的電路都有。鋸齒波移相觸發(fā)電路如下圖所示:圖2.3鋸齒波移相觸發(fā)電路圖2.4觸發(fā)電路各點(diǎn)波形鋸齒波的形成在輸入的同步電壓uT負(fù)半周,D1導(dǎo)通,A點(diǎn)電位為負(fù),鉗制了T2基極電位,使T2截止,且電容C1充電。在uT變正時,D1截止,C1經(jīng)R1反向充電,A點(diǎn)電位從負(fù)逐步上升,C1延緩了A點(diǎn)電位變正的時間,其目的是拓寬生成鋸齒波的寬度,T2截止時C2充電生成鋸齒波,選擇R1、C1的參數(shù)可以使鋸齒波寬度達(dá)到240°。在T2截止時,電容C2經(jīng)+15V→RP1→R3→T1充電,B點(diǎn)電位逐步提高,在T2導(dǎo)通時,C2經(jīng)T2迅速放電,在B點(diǎn)形成鋸齒波。穩(wěn)壓管DW1和T1組成恒流電路,從而調(diào)節(jié)鋸齒波的斜率。鋸齒波在uT過0變負(fù),T2截止時開始上升,因此鋸齒波和uT同步。T3,R5組成射極跟隨器,以增強(qiáng)帶動后級負(fù)載的能力。移相控制R6、R7、R8、T4組成移相控制電路,在移相控制電壓Uc=0時,負(fù)偏置電壓Up和鋸齒波信號疊加,使鋸齒波下移,調(diào)節(jié)了鋸齒波的過零點(diǎn),用以整定脈沖的初始相位。初始相位是整流電路輸出電壓Ud=0時的控制角α大小。如果Uc≠0,若Uc為正,鋸齒波過零點(diǎn)前移,對應(yīng)控制角α減?。蝗鬠c為負(fù),則鋸齒波的過零點(diǎn)后移,對應(yīng)控制角α增加,因此調(diào)節(jié)Uc可以實現(xiàn)相位控制。該觸發(fā)電路移相范圍可達(dá)240°,一般只使用中間線性度較好的180°區(qū)間,就可以滿足整流和逆變的脈沖移相控制要求。脈沖形成R9、C3、T4組成脈沖形成電路。在T4基極電位為負(fù)時,T4截止,D點(diǎn)呈高電平。在C點(diǎn)電位為正時,T4導(dǎo)通,鉗制D點(diǎn)為零電平。D點(diǎn)電位的負(fù)跳變,經(jīng)電容C3耦合,在T5基射極間形成一個負(fù)的尖脈沖,峰值約為-15V,負(fù)的尖脈沖使T5截止。在T5截止期間,T5基極呈高電平,在T5導(dǎo)通時,F(xiàn)點(diǎn)被鉗制在約-15V,形成一個矩形脈沖,推動了后級功放輸出。脈沖輸出復(fù)合管T7、T8組成功放輸出電路。T5輸出的脈沖使T7、T8導(dǎo)通,脈沖變壓器Tp原邊有脈沖電流產(chǎn)生,其副邊感應(yīng)相應(yīng)的脈沖輸出,去觸發(fā)連接的晶閘管。脈沖變壓器的作用是隔離觸發(fā)電路和晶閘管主電路,使觸發(fā)電路和晶閘管主電路沒有電的聯(lián)系。D7、R14用于吸收T7、T8關(guān)斷時,變壓器繞組產(chǎn)生的di/dt。D8、D9用于減少干擾信號對觸發(fā)的影響,R16是限流電阻。單相橋式全控整流及有源逆變電路的設(shè)計選擇整流電路整流電路的選擇應(yīng)根據(jù)電源情況及裝置的容量來確定。一般情況下,裝置容量在5kW以下,多采用單相橋式整流電路;裝置容量在5kW以上,額定直流電壓有較高時,多采用三相橋式整流電路。整流電路選擇的原則:整流器開關(guān)元件的電流容量和電壓容量必須得到充分利用;整流器直流側(cè)的紋波越小越好,以減小整流直流電壓的脈沖分量,從而可以完全省去或減少平波電抗器的容量;應(yīng)使整流器引起的網(wǎng)側(cè)諧波電流,特別是幅值較高的低次諧波電流越小越好,以保證整流器有較高的功率因數(shù)和減小對電網(wǎng)的干擾;整流變壓器的容量應(yīng)得到充分利用,要求變壓器的等值容量S盡可能的接近直流容量P,并避免產(chǎn)生的磁通直流分量。計算整流變壓器的參數(shù)整流變壓器參數(shù)的計算有:變壓器二次側(cè)線電壓、電流的計算;變壓器一次側(cè)線電壓的確定及線電流的計算;變壓器一次側(cè)、二次側(cè)容量計算及等值容量的計算。選用冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)設(shè)計包括發(fā)熱計算和冷卻系統(tǒng)的選用。開關(guān)元件的選用與計算開關(guān)元件的參數(shù)計算及選用原則:計算每橋臂器件的正反工作峰值電壓;計算每橋臂器件的電流;根據(jù)整流器的用途、使用場合及特殊要求,確定電流和電壓的安全裕量系數(shù);根據(jù)提供的器件參數(shù),綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選用器件或決定器件的串并聯(lián)數(shù)量。保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計保護(hù)系統(tǒng)是整流器裝置的重要組成部分,其功能是在線監(jiān)測裝置各點(diǎn)的電流、電壓參數(shù)時,及時發(fā)現(xiàn)并切除故障,防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大。保護(hù)系統(tǒng)主要包括過電壓、過電流和負(fù)載短路保護(hù),以及抑制電壓電流上升率。主要部件和器件的計算及選用主要部件和器件的計算及選用主要包括:平波電抗器的計算;觸發(fā)器的選用;確定電壓、電流檢測方式;電壓調(diào)節(jié)器設(shè)計。單相橋式全控整流及有源逆變電路的設(shè)計經(jīng)上述分析,設(shè)計出單相橋式整流及有源逆變電路圖,如下圖所示:圖3.1單相橋式全控整流及有源逆變電路圖單相橋式全控整流及有源逆變現(xiàn)象的觀察單相橋式全控整流的觀察將MCL-Ⅱ型實驗臺上“觸發(fā)選擇開關(guān)”撥至“鋸齒波”,同步變壓器原邊繞組接220V交流電壓。將鋸齒波觸發(fā)電路的輸出脈沖端分別接至全控橋中相應(yīng)晶閘管的門極和陰極,并將主控制屏上的Ⅰ組橋觸發(fā)脈沖開關(guān)撥向“斷開”或使Ublf開路不接線。調(diào)節(jié)鋸齒波觸發(fā)電路中的移相調(diào)節(jié)電位器RP1,使Uct=0,調(diào)節(jié)偏移電位器RP2,使α=150°。保持Ub不變,逐漸增加Uct,在α=0°~90°的范圍內(nèi),做單相橋式全控整流電路帶電阻電感負(fù)載實驗,在α=30°,60,90°時,用示波器觀察、記錄整流電壓ud、晶閘管兩端電壓uT的波形,并記錄U2、Ud的數(shù)值。單相橋式有源逆變的觀察斷開電源,將開關(guān)S撥向有源逆變直流電源端,調(diào)節(jié)Uct,將α移至150°。合上主電路電源,在α=90°,120°,150°時,用示波器觀察并記錄ud、uT的波形,并記錄U2、Ud的數(shù)值。表4.1實驗數(shù)據(jù)表α30°60°90°120°150°U263.8V

63.8V

63.8V

63.8V63.8V

Ud(記錄值)49.6V28.5

V

0V

-28.5

V

-49.6V

Ud(計算值)49.73V28.71

V0V

-28.71V-49.73V

逆變顛覆現(xiàn)象的觀察調(diào)節(jié)Uct,使α=150°,合上主電路電源,觀察ud波形。繼續(xù)減小Uct,此時可觀察到逆變輸出突然變?yōu)橐粋€正弦波,表明逆變顛覆。當(dāng)關(guān)斷電源開關(guān),使脈沖消失,此時,也將產(chǎn)生逆變顛覆。用示波器觀察逆變顛覆現(xiàn)象,記錄逆變顛覆時的ud波形。單相橋式全控整流及有源逆變的仿真MATLAB軟件簡介MATLAB軟件界面圖MATLAB是矩陣實驗室(MatrixLaboratory)的簡稱,是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件,用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境,主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等,主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣,它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB來解算問題要比用C,F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多,并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使MATLAB成為一個強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對C,F(xiàn)ORTRAN,C++,JAVA的支持??梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用,此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序,用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。MATLAB產(chǎn)品可以用來進(jìn)行數(shù)值分析、數(shù)值和符號計算、工程與科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真、數(shù)字圖像處理技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真、財務(wù)與金融工程。MATLAB的應(yīng)用范圍非常廣,包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計、測試和測量、財務(wù)建模和分析以及計算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱(單獨(dú)提供的專用MATLAB函數(shù)集)擴(kuò)展了MATLAB環(huán)境,以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。此高級語言可用于技術(shù)計算、此開發(fā)環(huán)境可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計及求解問題、數(shù)學(xué)函數(shù)可用于線性代數(shù)、統(tǒng)計、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等、二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù)、各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面、各種函數(shù)可將基于MATLAB的算法與外部應(yīng)用程序和語言(如C、C++、Fortran、Java、COM以及MicrosoftExcel)集成、不支持大寫輸入,內(nèi)核僅僅支持小寫。Simulink簡介Simulink是MATLAB最重要的組件之一,它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中,無需大量書寫程序,而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作,就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn),并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具,是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境,是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包,被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進(jìn)行建模,它也支持多速率系統(tǒng),也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型,Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI),這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成,它提供了一種更快捷、直接明了的方式,而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。對各種時變系統(tǒng),包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng),Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進(jìn)行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試。構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能,也提供了用于設(shè)計、執(zhí)行、驗證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB®緊密集成,可以直接訪問MATLAB大量的工具來進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。Simulink具有豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫,交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖,以設(shè)計功能的層次性來分割模型,實現(xiàn)對復(fù)雜設(shè)計的管理,通過ModelExplorer導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬性,生成模型代碼,提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成,使用EmbeddedMATLAB模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB算法,使用定步長或變步長運(yùn)行仿真,根據(jù)仿真模式(Normal,Accelerator,RapidAccelerator)來決定以解釋性的方式運(yùn)行或以編譯C代碼的形式來運(yùn)行模型,圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果,診斷設(shè)計的性能和異常行為,可訪問MATLAB從而對結(jié)果進(jìn)行分析與可視化,定制建模環(huán)境,定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù),模型分析和診斷工具來保證模型的一致性,確定模型中的錯誤。單相橋式全控整流及有源逆變的仿真模型仿真模型模塊介紹交流電源圖5.1交流電源圖標(biāo)提取路徑:Simulink\SimPoweSystem\ElectricalSources\ACVoltageSource直流電源圖5.2直流電源圖標(biāo)提取路徑:Simulink\SimPoweSystem\ElectricalSources\DCVoltageSource變壓器圖5.3變壓器圖標(biāo)提取路徑:Simulink\SimPoweSystem\Elements\LinearTransformer晶閘管圖5.4晶閘管圖標(biāo)提取路徑:Simulink\SimPoweSystem\PowerElectronics\Thyristor脈沖信號發(fā)生器圖5.5脈沖信號發(fā)生器圖標(biāo)提取路徑:Simulink\Simulink\Sources\PulseGenerator負(fù)載電阻圖5.6負(fù)載電阻圖標(biāo)提取路徑:Simulink\SimPoweSystem\Elements\SeriesRLCBranch電壓測量圖5.7電壓測量圖標(biāo)提取路徑:Simulink\SimPoweSystem\Measurements\VoltageMeasurement電流測量圖5.8電流測量圖標(biāo)提取路徑:Simulink\SimPoweSystem\Measurements\CurrentMeasurement選路器圖5.9選路器圖標(biāo)提取路徑:Simulink\Simulink\SignalRouting\Selector示波器圖5.10示波器圖標(biāo)提取路徑:Simulink\Simulink\Sinks\Scop仿真模型的設(shè)計將單相橋式全控整流電路的Matlab仿真模型的負(fù)載端添加一直流電源DC100V即成為單相橋式全控整流及有源逆變仿真模型。如下圖所示:圖5.11單相橋式全控整流及有源逆變仿真模型仿真模型模塊的參數(shù)設(shè)置對于工業(yè)交流電,其頻率f=50Hz,周期T=1/f=1/50=0.02s,半周期T/2=0.01s。交流電源正弦交流電壓的模塊的參數(shù)設(shè)置對話框如圖所示,參數(shù)“Peakamplitude”是正弦電壓峰值振幅,單位為伏特(V);參數(shù)“Phase”是正弦電壓的初相角,單位為度(°);參數(shù)“Frequency”是正弦電壓的角頻率對于的頻率f,單位為赫茲(Hz);參數(shù)“Sampletime”是采樣時間,單位為秒(s),默認(rèn)值0標(biāo)識交流電源為連續(xù)源;在測量“Measurement”下拉選擇欄里選測量電壓還是不測電壓。在參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置如下:“Peakamplitude”幅值設(shè)置為220V,“Phase”初相角設(shè)置為0度,“Frequency”頻率設(shè)置為50Hz,“Sampletime”采樣時間設(shè)置為0(默認(rèn)值0表示該交流電源為連續(xù)源)圖5.12交流電壓的模塊的參數(shù)設(shè)置對話框直流電源參數(shù)設(shè)置對話框,圖中只有兩項參數(shù)設(shè)置內(nèi)容,“Amplitude”欄下輸入其直流電壓幅值,單位為伏特(V),在測量“Measurement”下拉選擇欄里選擇測量電壓還是不測。在參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置如下:“Amplitude”直流電源設(shè)置為220V圖5.13直流電壓的模塊的參數(shù)設(shè)置對話框RLC元件在RLC元件參數(shù)設(shè)置對話框里,“Btanchtype”右側(cè)的下拉窗口,可選擇RLC元件的各種組合;在參數(shù)“Resistance”下的空白窗口里,輸入電阻的歐姆數(shù);在“Inductance”下輸入電感的亨利數(shù);在“Capacitance”下輸入電容的法拉數(shù);還可以在“Settheinitialinductorcurrent”前的空白窗口里選即設(shè)置電感的初始電流,在“Settheinitialcapacitorvoltage”前的空白窗口里勾選即設(shè)置電容的初始電壓,并在“Measurements”右側(cè)下拉的窗口對RLC支路進(jìn)行電壓和電流的測量:Branchvoltage、Branchcurrent、Branchvoltageandcurrent或不測量:None。在參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置如下:“Branchtype”設(shè)置為RL,“Resistance”設(shè)置為2Ω,“Inductance”設(shè)置為0.01H圖5.14RLC元件的模塊的參數(shù)設(shè)置對話框晶閘管晶閘管的模型圖標(biāo)如圖所示,晶閘管模型有兩個輸入端與兩個輸出端,第一個輸入端與輸出端是晶閘管的陽極端(a)與陰極端(k)。第二個輸入端(g)是門極控制信號端,當(dāng)勾選“Showmeasurementport”項時便顯示第二個輸出端(m),這是晶閘管檢測輸出向量端,可連接相應(yīng)的儀表,檢測流經(jīng)晶閘管的電流與晶閘管正向管壓降。其參數(shù)設(shè)置對話框中,“ResistanceRon”晶閘管導(dǎo)通電阻,“InductanceLon”晶閘管內(nèi)電感,當(dāng)電感參數(shù)設(shè)為0時,電阻參數(shù)不能同時設(shè)為0;當(dāng)電阻參數(shù)設(shè)為0時,電感參數(shù)也不同時為0。“ForwardvoltageVf”晶閘管門檻電壓,“InitialcurrentIc”初始電流,“SnubberresistanceRs”吸收電阻,“SnubbercapacitanceCs”吸收電容。在參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置如下:“ResistanceRon”設(shè)置為0.001,“InductionLon”設(shè)置為0,“Forwardvoltage”設(shè)置為0.8,“InitialcurrentIc”設(shè)置為0,“SnubberresistanceRs”設(shè)置為10,“SnubbercapacitanceCs”設(shè)置為1.7e-6圖5.15晶閘管的模塊的參數(shù)設(shè)置對話框脈沖信號發(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。它是信號發(fā)生器,不需要任何輸入信號激勵。在參數(shù)設(shè)置對話框中,“Pulsetype”脈沖類型,有Timebased與Samplebased兩種可供選擇,“Time”時間,有Usesimulationtime與Useexternalsignal兩種可供選擇,“Amplitude”脈沖幅值,“Period”周期,“PulseWidth”脈沖寬度,“Phasedelay”相位延遲。當(dāng)選擇Usesimulationtime時,可勾選“Interpretvectorparametersas1-D”即解釋向量參數(shù)為一維的,當(dāng)選擇useexternalsignal時,則無此勾選項。在參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置如下:“Pulsetype”設(shè)置為Timebased,“Time”設(shè)置為Usesimulationtime,“Amplitude”設(shè)置為1.1,“Period”設(shè)置為0.02,“PulseWidth”設(shè)置為0.001Pulse1參數(shù)對話框,其中相位延遲Phasedelay的設(shè)置,按關(guān)系t=αT/360°,對電網(wǎng)交流電T=0.02s,當(dāng)α=60°時,t=0.00333s;當(dāng)α=120°時,t=0.00667s,以此類推。當(dāng)對α=30°仿真時,對Pulse1,相位延遲Phasedelay設(shè)置為t=αT/360°=0.00166s,對Pulse2,相位延遲設(shè)置為0.01+0.00166=0.01166s,當(dāng)對α=60°仿真時,對Pulse1,相位延遲Phasedelay設(shè)置為t=αT/360°=0.00333s,對Pulse2,相位延遲設(shè)置為0.01+0.00333=0.01333s,當(dāng)對α=90°仿真時,對Pulse1,相位延遲Phasedelay設(shè)置為t=αT/360°=0.005s,對Pulse2,相位延遲設(shè)置為0.01+0.005=0.015s,當(dāng)對α=120°仿真時,對Pulse1,相位延遲Phasedelay設(shè)置為t=αT/360°=0.00667s,對Pulse2,相位延遲設(shè)置為0.01+0.00667=0.01667s,當(dāng)對α=150°仿真時,對Pulse1,相位延遲Phasedelay設(shè)置為t=αT/360°=0.00833s,對Pulse2,相位延遲設(shè)置為0.01+0.00667=0.01833s。圖5.16脈沖信號發(fā)生器的模塊的參數(shù)設(shè)置對話框電壓測量電壓測量模型用于測量電路兩節(jié)點(diǎn)之間的電壓,其模型圖標(biāo)如圖所示,模型圖標(biāo)有兩個標(biāo)有極性的輸入端,既可用來測量直流電壓,也可測交流電壓。模型圖標(biāo)一個輸出端v,既可用來連接示波器,也可用來連接實時數(shù)字顯示表。當(dāng)測量交流時,如果沒按規(guī)定正方向連接,波形會反向,數(shù)字儀表會帶負(fù)號,參數(shù)設(shè)置對話框中,“Outputsignal”用于設(shè)置輸出信號形式,可選擇Complex(復(fù)數(shù)),Real-Imag(實部-虛部),Magnitude-Angle(幅值-相角),Magnitude(幅值)等項,前三種是復(fù)數(shù)量,幅值則是一個標(biāo)量信號。當(dāng)電壓測量用于測量相量的仿真結(jié)果時,則需進(jìn)行必須的設(shè)置,即在仿真的模型結(jié)構(gòu)圖中,添設(shè)Powergui模型并選擇“Phasorsimulation”相量仿真。在參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置如下:“Outputsignal”設(shè)置為Complex圖5.18電壓測量的模塊的參數(shù)設(shè)置對話框電流測量電流測量模型相當(dāng)于一個分流器,用于測量流經(jīng)電路,系統(tǒng)或連接線中的電流,參數(shù)設(shè)置對話框中,“Outputsignal”用于設(shè)置輸出信號形式,可選擇Complex(復(fù)數(shù))、Real-Imag(實部-虛部)、Magnitude-Angle(幅值-相角)、Magnitude(幅值)等項,前三種是復(fù)數(shù)量,幅值則是一個標(biāo)量信號。在參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置如下:“Outputsignal”設(shè)置為Complex圖5.19電流測量的模塊的參數(shù)設(shè)置對話框選路器選路器也叫選擇開關(guān),是matlab仿真庫中的一個重要模塊,圖標(biāo)如圖所示,左側(cè)小黑方塊與小白方塊之和是其輸入信號的個數(shù)或路數(shù)(即是參數(shù)“Elements”中設(shè)置數(shù)組的維數(shù)),右側(cè)小黑方塊與左側(cè)小黑方塊有連線者表示信號連通,即左側(cè)輸入送向右側(cè)輸出,左側(cè)沒有連線者一定是小白方塊。在參數(shù)設(shè)置對話框中,“Inputtype”輸入信號類型,可選擇Vector(向量)與Matrix(矩陣),一般都是向量輸入,“Indexmode”基數(shù)標(biāo)志模式,可選擇Zero-based(零基)與One-based(一基)來進(jìn)行數(shù)數(shù),零基,即第一個數(shù)從0開始計數(shù)。一基,即第一個數(shù)從1開始計數(shù)?!盨ourceofelementindeces“輸入向量元素源,可選擇Internal(內(nèi)部)與External(外部)“Elements”輸入向量全部元素中元素順序號,并用數(shù)組的形式設(shè)置,數(shù)組的維數(shù)是右側(cè)小黑方塊數(shù)即輸出信號的個數(shù)。數(shù)組的元素順序號,可按“零基”或按“一基”計數(shù),只有元素源選擇Internal才有效。在參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置如下:“Inputtype”設(shè)置為Vector,“Indexmode”設(shè)置為One-based,“Sourceofelementindices”設(shè)置為Internal,“Elements”設(shè)置為[2],“Inputportwidth”設(shè)置為2圖5.20選路器的模塊的參數(shù)設(shè)置對話框示波器在示波器的參數(shù)設(shè)置對話框中,有兩張標(biāo)簽頁,“General”(一般參數(shù)設(shè)置)和“Datahistory”(數(shù)據(jù)存儲參數(shù)設(shè)置)?!癎eneral”主要是針對示波器窗口坐標(biāo)系與曲線顯示方面的?!癆xes”欄下的“Numberofaxes”為示波器窗口內(nèi)的坐標(biāo)系個數(shù),默認(rèn)設(shè)置為1;當(dāng)設(shè)置為2時,相應(yīng)模型結(jié)構(gòu)圖中的示波器圖標(biāo)的輸入端就變成兩個輸入端口?!癟imerange”欄位信號顯示從0開始的時間區(qū)間,默認(rèn)設(shè)置為10,若設(shè)置為n,則信號顯示的時間區(qū)間為[0,n];“Ticklabels”下拉三個選項:“all”為坐標(biāo)系標(biāo)注標(biāo)識“Timeoffset0”,“none”為坐標(biāo)系不標(biāo)注標(biāo)識“Timeoffset0”,“bottomaxisonly”為坐標(biāo)系底部標(biāo)注標(biāo)識“Timeoffset0”,實際上與“all”選項相同。“floatingscope”欄被勾選時,則示波器為游離狀態(tài),模型結(jié)構(gòu)圖中示波器圖標(biāo)的輸入端將與系統(tǒng)模型的連線會斷開?!癝ampling”下拉菜單有兩個選項:其一,”Decimation“設(shè)置數(shù)據(jù)的顯示頻度,1為默認(rèn)設(shè)置,表示每點(diǎn)都顯示,設(shè)置為n時,則為隔(n-1)點(diǎn)顯示一次;其二,”Sampletime“設(shè)置顯示點(diǎn)的采樣時間間隔,默認(rèn)設(shè)置為0,意為顯示連續(xù)信號,設(shè)置為-1,表示顯示方式由輸入信號決定?!癉atahistory”主要是針對示波器數(shù)據(jù)存儲與傳送方面的?!盠imitdatapointstolast”欄設(shè)置緩沖區(qū)存儲數(shù)據(jù)的長度,默認(rèn)設(shè)置為5000。若輸入的數(shù)據(jù)過多時,則會自動清除空間。默認(rèn)設(shè)置為不被勾選,意為不送數(shù)據(jù)到matlab工作空間。“Variablename”是儲存數(shù)據(jù)的變量名,可以設(shè)置,也可以用默認(rèn)設(shè)置名“ScopeData”?!癋ormat”為三種保存數(shù)據(jù)的格式選擇:Structurewithtime(帶時間的構(gòu)架)、Structure(構(gòu)架)、Array(數(shù)組)。在參數(shù)設(shè)置對話框中設(shè)置如下:“General”標(biāo)簽頁:“Numberofaxes”設(shè)置為6“Timerange”設(shè)置為auto“Ticklabels”設(shè)置為bottomaxisonly“Sampling”設(shè)置為Decimation1“Datahistory”標(biāo)簽頁:“Limtdatapoirtstolast”設(shè)置為5000圖5.21示波器的模塊的參數(shù)設(shè)置對話框模型仿真及仿真結(jié)果在調(diào)試過程中,純電阻負(fù)載的波形最易于控制和分析,對于電感性負(fù)載,由于電感的儲能作用,其輸出電流不能突變,因此在仿真模中電感性負(fù)載的大小對仿真電流波形的好壞起試著調(diào)節(jié)參數(shù)的大小。在阻感性負(fù)載單相橋式逆變電路的仿真過程中,如果電感參數(shù)設(shè)置不當(dāng),電流波形則不理想。當(dāng)電感是0.001H時,由于電感的儲能作用不夠,不能達(dá)到最佳波形輸出;若電感是0.05H,由于電感的作用過大,使得輸出電流波形也不理想;根據(jù)調(diào)試,選擇電感為0.01H,這個值和電阻匹配得比較理想??傊趨?shù)設(shè)置時,將其設(shè)置的參數(shù)大概選定在某一范圍內(nèi),然后再在小范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào),選擇出最匹配的參數(shù)數(shù)值。觸發(fā)脈沖參數(shù)的設(shè)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(shù)設(shè)置都要嚴(yán)格依據(jù)不同的逆變原理。觸發(fā)脈沖參數(shù)的設(shè)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(guān)交替處于導(dǎo)通狀態(tài),而導(dǎo)通與關(guān)斷的狀態(tài)是由觸發(fā)脈沖控制的,由于兩個橋臂交替導(dǎo)通,兩組觸發(fā)脈沖存在180°的相位差。對單相橋式全控整流及有源逆變仿真模型進(jìn)行仿真,即可得到仿真曲線,如圖所示。當(dāng)阻感負(fù)載R=2Ω、L=0.01H時,α=30°、α=60°、α=90°、α=120°、α=150°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(fā)生器Pulse1發(fā)出的門極正脈沖ug1、Pulse2發(fā)出的門極正脈沖ug2、負(fù)載電壓ud、晶閘管兩端電壓uT即Uak、負(fù)載電流Id。仿真曲線如下:圖5.22α=30°的仿真曲線圖5.23α=60°的仿真曲線圖5.24α=90°的仿真曲線圖5.25α=120°的仿真曲線圖5.26α=150°的仿真曲線從仿真曲線可見,當(dāng)α=30°、α=60°時,即α<90°時,變流裝置工作在整流狀態(tài),負(fù)載電壓ud的波形正面積大于負(fù)面積,平均值為正值;當(dāng)α=120°、α=150°時,即α>90°時,負(fù)載電壓ud的波形負(fù)面積大于正面積,平均值為負(fù)值;輸出電流Id的方向沒變,所以負(fù)載由α=30°、α=60°,即α<90°時的消耗功率轉(zhuǎn)變?yōu)棣?120°、α=150°時,即α>90°時的回饋功率,這正是從整流到逆變的轉(zhuǎn)換。仿真過程中問題的解決及一些技巧通過前面介紹可以看出,應(yīng)用仿真技術(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究的一個基礎(chǔ)和關(guān)鍵性問題是將電路模型化。系統(tǒng)模型化不僅僅是指根據(jù)原理建出模型,只能說原理是仿真的前提和核心,要建立正確的仿真模型還要注意matlab/simulink和仿真對象原理的相似關(guān)系。系統(tǒng)模型化是指從建模出發(fā),根據(jù)相似原理,建立正確、可靠、有效的仿真模型,它是保證仿真結(jié)果具有較高可行度的關(guān)鍵和前提。如何根據(jù)原理建立仿真模型要想使仿真模型具有一定的正確性和置信度,在建模與仿真過程中就應(yīng)該注意到一下幾點(diǎn):建模的原理和方法要正確;建模過程中不能忽略一些次要要素。仿真系統(tǒng)中較小的目標(biāo)不甚相關(guān)的參數(shù)及連接方法往往被忽略,而這些忽略的問題在一定程度上具有潛在的影響全局的可能,這往往是建模者容易忽略的;在建模過程中對模塊的功能認(rèn)識不夠而導(dǎo)致的錯誤;參數(shù)選取錯誤。這是仿真中影響仿真結(jié)果最重要的一項,也是最難而不可避免的問題。往往有些建模運(yùn)用各種方法搭建起正確有效的仿真模型,可是由于模塊參數(shù)設(shè)置錯誤而功虧一簣。調(diào)試中參數(shù)設(shè)置方法Matlab/simulink中的模塊都有其模塊模板對話框,可以使用模塊模板對話框編輯器來指定和設(shè)置其中的許多參數(shù)。模塊的模板對話框可改變的特性包括:改變一個參數(shù)可以對另一個參數(shù)出現(xiàn)或不出現(xiàn)的控制;根據(jù)輸入改變參數(shù)可以引起其他參數(shù)控制的激活或停止?fàn)顟B(tài);改變一個參數(shù)值可以引起相關(guān)參數(shù)設(shè)置為適當(dāng)?shù)闹?。在實際仿真中,參數(shù)設(shè)置是一個最難解決的問題。因為在最初的仿真過程中,當(dāng)仿真模型出現(xiàn)錯誤時,忽視了有些模塊的參數(shù)設(shè)置,錯誤的從搭建的模塊原理出發(fā),只對仿真模塊作分析,經(jīng)過多次的試探和分析才查找出仿真不成功的原因不是原理錯誤而是參數(shù)設(shè)置不當(dāng)。負(fù)載參數(shù)的設(shè)置和觸發(fā)脈沖參數(shù)的設(shè)置合理性直接影響仿真波形。負(fù)載對仿真波形的影響在調(diào)試過程中,純電阻負(fù)載的波形最易于控制和分析,對于電感性負(fù)載,由于電感的儲能作用,其輸出電流不能突變,因此在仿真模中電感性負(fù)載的大小對仿真電流波形的好壞起試著調(diào)節(jié)參數(shù)的大小。在阻感性負(fù)載單相橋式逆變電路的仿真過程中,如果電感參數(shù)設(shè)置不當(dāng),電流波形則不理想。當(dāng)電感是0.001H時,由于電感的儲能作用不夠,不能達(dá)到最佳波形輸出;若電感是0.05H,由于電感的作用過大,使得輸出電流波形也不理想;根據(jù)調(diào)試,選擇電感為0.01H,這個值和電阻匹配得比較理想??傊?,在參數(shù)設(shè)置時,將其設(shè)置的參數(shù)大概選定在某一范圍內(nèi),然后再在小范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào),選擇出最匹配的參數(shù)數(shù)值。觸發(fā)脈沖參數(shù)對仿真的影響觸發(fā)脈沖參數(shù)的設(shè)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(shù)設(shè)置都要嚴(yán)格依據(jù)不同的逆變原理。觸發(fā)脈沖參數(shù)的設(shè)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(guān)交替處于導(dǎo)通狀態(tài),而導(dǎo)通與關(guān)斷的狀態(tài)是由觸發(fā)脈沖控制的,由于兩個橋臂交替導(dǎo)通,故兩組觸發(fā)脈沖存在180°的相位差。創(chuàng)建模型的一些技巧采用層次結(jié)構(gòu),在比較復(fù)雜的模型中,加以層次結(jié)構(gòu)的子系統(tǒng)是很有好處的。將模塊分組可以簡化模型的頂層并且使模型易于閱讀和理解。整理模型,搭建模型時應(yīng)組織合理,并且標(biāo)注清楚每個模塊,以便易于閱讀和理解。建模策略,如果在模型建立的過程中經(jīng)常出現(xiàn)相同的模塊??蓪⑦@些模塊保存在一個模型中,在創(chuàng)建新的模型時,只需打開該模型并且從其中拷貝要用到

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