电力系统的MATLAB_SIMULINK仿真与应用5

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1、第5章电力电子电路仿真分析5.1电力电子开关模块5.2桥式电路模块5.3驱动电路模块习题5.1电力电子开关模块SIMULINK的SimPowerSystems库提供了常用的电力电子开关模块，各种整流、逆变电路模块以及时序逻辑驱动模块。SIMULINK库中的各种信号源可以直接驱动这些开关单元和模块，因此使用这些元件组建电力电子电路并进行计算机数值仿真很方便。为了真实再现实际电路的物理状态，MATLAB对几种常用电力电子开关元件的开关特性分别进行了建模，这些开关模型采用统一结构来表示，如图5-1所示。图5-1电力电子开关模

2、块图5-1中，开关元件主要由理想开关SW、电阻Ron、电感Lon、直流电压源Vf组成的串联电路和开关逻辑单元来描述。电力电子元件开关特性的区别在于开关逻辑和串联电路参数的不同，其中开关逻辑决定了各种器件的开关特征；模块的串联电阻Ron和直流电压源Vf分别用来反映电力电子器件的导通电阻和导通时的电压降；串联电感Lon限制了器件开关过程中的电流升降速度，同时对器件导通或关断时的变化过程进行模拟。由于电力电子器件在使用时一般都并联有缓冲电路，因此MATLAB电力电子开关模块中也并联了简单的RC串联缓冲电路，缓冲电路的阻值和电

3、容值可以在参数对话框中设置，更复杂的缓冲电路则需要另外建立。有的器件(如MOSFET)模块内部还集成了寄生二极管，在使用中需要加以注意。由于MATLAB的电力电子开关模块中含有电感，因此有电流源的性质，在没有连接缓冲电路时不能直接与电感或电流源连接，也不能开路工作。含电力电子模块的电路或系统仿真时，仿真算法一般采用刚性积分算法，如ode23tb、ode15s，这样可以得到较快的仿真速度。如果需要离散化电路，必须将电感值设为0。　　电力电子开关模块一般都带有一个测量输出端m，通过它可以输出器件上的电压和电流值，不仅观测

4、方便，而且可以为选择器件的耐压性能和电流提供依据。5.1.1二极管模块1.原理与图标图5-2所示为二极管模块的电路符号和静态伏安特性。当二极管正向电压Vak大于门槛电压Vf时，二极管导通；当二极管两端加以反向电压或流过管子的电流降到0时，二极管关断。图5-2功率二极管模块的电路符号和静态伏安特性(a)电路符号；(b)静态伏安特性SimPowerSystems库提供的二极管模块图标如图5-3所示。图5-3二极管模块图标2.外部接口二极管模块有2个电气接口和1个输出接口。2个电气接口(a，k)分别对应于二极管的阳极和阴极。

5、输出接口(m)输出二极管的电流和电压测量值[Iak，Vak]，其中电流单位为A，电压单位为V。3.参数设置双击二极管模块，弹出该模块的参数对话框，如图5-4所示。在该对话框中含有如下参数：(1)“导通电阻”(ResistanceRon)文本框：单位为Ω，当电感值为0时，电阻值不能为0。(2)“电感”(InductanceLon)文本框：单位为H，当电阻值为0时，电感值不能为0。图5-4二极管模块参数对话框(3)“正向电压”(ForwardvoltageVf)文本框：单位为V，当二极管正向电压大于Vf后，二极管导通。(4

6、)“初始电流”(InitialcurrentIc)文本框：单位为A，设置仿真开始时的初始电流值。通常将初始电流值设为0，表示仿真开始时二极管为关断状态。设置初始电流值大于0，表示仿真开始时二极管为导通状态。如果初始电流值非0，则必须设置该线性系统中所有状态变量的初值。对电力电子变换器中的所有状态变量设置初始值是很麻烦的事情，所以该选项只适用于简单电路。(5)“缓冲电路阻值”(SnubberresistanceRs)文本框：并联缓冲电路中的电阻值，单位为Ω。缓冲电阻值设为inf时将取消缓冲电阻。(6)“缓冲电路电容值”(

7、SnubbercapacitanceCs)文本框：并联缓冲电路中的电容值，单位为F。缓冲电容值设为0时，将取消缓冲电容；缓冲电容值设为inf时，缓冲电路为纯电阻性电路。(7)“测量输出端”(Showmeasurementport)复选框：选中该复选框，出现测量输出接口m，可以观测二极管的电流和电压值。【例5.1】如图5-5所示，构建简单的二极管整流电路，观测整流效果。其中电压源频率为50Hz，幅值为100V，电阻R为1Ω，二极管模块采用默认参数。解：(1)按图5-5搭建仿真电路模型，选用的各模块的名称及提取路径见表5-

8、1。图5-5例5.1的仿真电路图表5-1例5.1仿真电路模块的名称及提取路径(2)设置参数和仿真参数。二极管模块采用图5-4所示的默认参数。交流电压源Vs的频率等于50Hz、幅值等于100V。串联RLC支路为纯电阻电路，其中R= 1Ω。　　打开菜单[Simulation>ConfigurationParameters]，选择od