电力电子技术仿真实验

电力电子技术仿真实验SHENYANGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY进一步加深对《电力电子技术》课程的理解。学会用仿真来替代实际系统的试验，在计算机上研究和设计系统，这不仅省时、省力、降低成本、缩短开发周期，而且可以获得更丰富、详细的数据资料。仿真实验的目的和意义利用Matlab/Simulink软件对电力电子变流技术（AC-DC、DC-AC、DC-DC、AC-AC）电路进行建模与仿真研究。仿真实验的要求Matlab是由美国的CleverMoler博士于1980年开发的。设计者的初衷是为了解决《线性代数》课程中的矩阵运算问题，故取名Matlab，即MatrixLaboratory（矩阵实验室）的意思。Matlab介绍Matlab是一种直译式的高级语言，不需要编译，较其他程序设计语言易学，它的学习难点在于它有大量函数，这些Matlab函数仅基本部分就有700多个，其中常用的就有200~300个，掌握和记忆比较困难。Matlab介绍Matlab的功能非常强大，可用于工业研究与开发，线性代数、数值分析和科学计算方面的教学与研究，电子学、控制理论和物理学等工程和科学学科方面的教学与研究，以及经济学、化学和生物学等计算问题的教学与研究。Matlab介绍Simulink是基于框图的仿真平台，它挂接在Matlab环境下，以直观的模块框图进行仿真和计算。在Simulink中提供了各种仿真工具，尤其是它不断扩展的、内容丰富的模块库（SimulinkLibraryBrowser），为系统的仿真提供了极大便利。Simulink介绍Simulink操作①启动Simulink：单机MATLABCommand窗口工具条上的Simulink图标或者在MATLAB命令窗口输入Simulink，即弹出窗口界面。②打开空白模型窗口：File:New→Model③建立Simulink仿真模型：在常用子模块中选取所需要的模块，并调整位置以及连线。Simulink操作④设置仿真参数，进行仿真：双击模块即可以设置相关参数，在模型窗口选取菜单Simulation:Start,仿真开始，至设置的仿真终止时间，仿真结束。仿真过程中要终止仿真可以选择Stop。也可点击窗口中的开始或停止。⑤输出仿真结果1.模块的提取：Simulink对系统进行仿真，第一步就是将所需模块从模型库中提取出来，并放到Simulink的仿真平台上去，方法如下：鼠标单击选择模块，右键选择“Addto文件名”鼠标左键将模块拖拽到Simulink平台，之后松开鼠标Simulink基本操作2.模块的转向：为了能够顺序连接功能模块的输入和输出端，功能模块有时需要旋转。在Format菜单选择Rotate中Clockwise(Ctrl+R)顺时针旋转90°Counterclockwise(Ctrl+Shift+R)逆时针旋转90°Simulink基本操作3.模块的连接：将光标箭头指向模块的输出端，变成“+”之后按鼠标左键，拖拽“+”到另一个模块的输入端后松开鼠标左键，在模块的输出端和输入端之间就实现了带箭头的连线，并且箭头指示了信号的流向Simulink基本操作4.模块参数设置：Simulink基本操作1.输入信号源模块库（Sources）该模块库包含了可向仿真模型提供信号的模块，它没有输入口，但至少有一个输出口。Simulink常用子模块Simulink常用子模块Simulink常用子模块Simulink常用子模块2.接收模块库（Sinks）——显示输出Simulink常用子模块Simulink常用子模块Scope_示波器Simulink常用子模块Simulink常用子模块Simulink常用子模块Simulink常用子模块Simulink常用子模块Simulink常用子模块Simulink常用子模块此外，在scope模块中的坐标系中单击鼠标右键，选择弹出菜单中坐标系属性设置命令，将弹出图5所示的坐标系属性设置对话框。用户可以对scope模块的坐标系标题与显示信号范围进行合适的设置，以满足仿真输出结果显示的重要。Simulink常用子模块3.连续系统模块库（Continuous）该模块库包含描述线性函数的模块。Simulink常用子模块Simulink常用子模块Simulink常用子模块Simulink常用子模块Simulink常用子模块4.数学运算模块库（MathOperations）该模块库包含描述线性函数的模块。Simulink常用子模块5.信号路线模块库（SignalRouting）6.电力系统模块库（SimPowerSystems）该模块库包含电器网络中常见的元器件和设备。Simulink常用子模块SimPowerSystems中的电力电子器件包含常用的电力电子元器件和电气电子组件如：二极管Diode、MOSFET、IGBT、GTO、不控整流桥、两电平通用桥式电路、三电平桥式电路等。Simulink常用子模块IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种全控器件，门极为电压信号（仿真时不区分电压控制性和电流控制型），是目前市场应用的主流半导体器件。模型内部与伏安特性如下：Simulink常用子模块其中c为集电极，e为发射极，g为栅极也叫门极。当集射极间电压为正并大于Vf（Vce＞Vf）且门极信号Vg大于零时，器件导通。实际应用中一般要求Vg为10-15V。当集射极间电压小于Vf（Vce＜Vf）且门极信号Vg等于零时，器件关断。实际应用中Vg为一个稳定的负值（如-10V）使得IGBT关断。Simulink常用子模块1.内部电阻，主要导通时起作用2.内部电感，Ron与Lon不能同时为0。大多数应用Lon设为03.器件图中Vf：模拟导通压降4.电流下降时间（从最大值下降到10%时的时间）5.电流拖尾时间（电流从最大值的10%下降到0的时间）6.初始电流，通常选07.缓冲电路电阻8.缓冲电路电感二极管是一个不可控的单向导通二端期间，其导通和关断完全由外电路决定，即承受正向电压（Vak＞0）时开始导通，流过电流为0时关断。器件模型内部结构与伏安特性如下：Simulink常用子模块其参数设置与IGBT类似，其仿真中不考虑导通时的泄漏电流和反向恢复特性Simulink常用子模块Simulink常用子模块7.控制模块库PWM发生器PWMGennerator是一个多功能模块，可以为GTO、IGBT等自关断器件提供门极驱动PWM新号，其PWM产生机制是正弦脉宽调制，即SPWM。Simulink常用子模块1.选择不同的发生器模式2.SPWM三角载波频率3.是否选用内部调制信号4.调制度，即调制波基波的最大值5.调制波基波频率6.调制波基波相位Simulink常用子模块可编程控制器1.输出信号改变输出值的时间，时间长度应与Amplitude长度一致2.输出信号的值