大功率电力电子装置开关桥臂的实时仿真

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1、第32卷第02期计算机仿真2015年02月文章编号：1006—9348(2015)02—0028—05大功率电力电子装置开关桥臂的实时仿真王国栋，马晓军，闰之峰，魏曙光(装甲兵工程学院，北京100072)摘要：在车辆电子开关控制优化设计的研究中，装甲车辆大功率电力电子装置高频电磁特性复杂、电磁兼容性差，采用现有的以理想开关器件为基础，不考虑开关管开关特性的电力电子装置的可信度不高。针对上述问题，采用分段插值法和查表法构建开关管器件级功能模型，反映器件动态开关过程，并依托FPGA的高速并行运算结构实现器件级功能

2、模型的实时仿真。实验结果表明，上述实时仿真模型可信度高、真实性好。研究结果可为设计研制大功率电力电子装置提供技术支撑。关键词：实时仿真；暂态模型；现场可编程逻辑门阵列；集成门极换向晶闸管中图分类号：TP391．9文献标识码：BRealTimeSimulationofLargePowerElectronicSwitchBridgeWANGGuo—dong，MAXiao-jun，YANZhi—feng，WEIShu—guang(AcademyofArmoredForcesEngineering，Bering100

3、072，China)ABSTRACT：Theelectromagneticcharacteristicsofarmoredvehiclepowerelectronicdeviceiscomplexandtheelec．tromagneticcompatibilityispoorwhenworkingathish—frequency．Withoutconsideringtheswitchingcharacteristicsofpowerelectronicdevice，thecredibilityoftheex

4、istingsimulationwiththeidealswitchdevicesisnothigh．Inviewoftheaboveproblem，thispaperusedthepiecewiseimerpolationmethodandlook—uptablemethodtoconstructtheswitchdevicefunctionmodel，whichreflectsthedynamicswitchingprocess．Andbasedonthehi【ghspeedparalleloperati

5、onstructureofFPGA，wecompletedthereal—timesimulationofdevicelevelfunctionmodel．Theexperimen·talresultsshowthatthereal—timesimulationmodelisofhighreliabilityandgoodreality．TheresearchresultsCanprovidetechnicalsupportforthedesignanddevelopmentofhighpowerelectr

6、onicequipment．KEYWORDS：Realtimesimulation；Transientmedel；FPGA；Integratedgatecommutatedthyristor(IGCT)1引言随着装甲车辆电气自动化程度和作战技能要求的提高，在装甲车辆狭小的空间内装备着越来越多的大功率电力电子装置及其组成的电气电子系统，工作在动态过程中的大功率电力电子器件产生的电磁干扰影响着其它系统的正常工作，降低了装甲车辆的电磁兼容性和可靠性。以某型装甲车的直流炮控系统为例，最初的设计方案是采用24V直流电源

7、供电，依据稳态工作电流60A选择大功率器件，但系统在使用一段时间后发现系统可靠性差、电磁干扰严重，最后不得不选择改变设计方案，将24V电压升高到1IOV供电，减小了工作电流，提高系统冗余度来保证系统工作的可靠性。因此，建立开关管器件级实时模型能够有效提高系统设计可靠性，并行缩短电力电子装置的设计周期。收稿日期：2014—04—16修回日期：2014—05—29—28一本文以集成门极换向晶闸管(IGCT)为研究对象，它具有开关频率高、耐压高、电流大、开关损耗低等优点，适于应用在大功率电力电子装置中口1。目前，国

8、内的一些电力电子装置级实时仿真将开关器件理想化，对器件的实时特性没有深究⋯【5】，不能提供可靠的仿真结果∞J。因此，本文提出了以分段插值法和查表法来构建IGCT器件级实时仿真模型的实时仿真方案。2电子开关器件特点1)建模困难。电力电子器件的开关特性受众多内部因素和外部因素影响，比如栅极电阻、杂散电感、温度、频率等，并且各个因素对开关特性都是非线性的影响。因此建立实时模型需要设置大量参数，增加了建立实