第一篇：電力電子及自動控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告

電力電子及自動控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)名稱：單相橋式全控整流電路仿真 實(shí)驗(yàn)時間：2018.5.11 班級：自動化2班 姓名：

學(xué)號 1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

利用SIMULINK仿真平臺繪制仿真電路，通過設(shè)置模型參數(shù)，來觀測仿真結(jié)果。通過改變晶閘管的控制角，可以調(diào)節(jié)輸出直流電壓和電流的大小。

2.仿真模型及參數(shù)設(shè)置

Scope1-+Current MeasurementScope2mInMeanmAC Voltage Source12kk+v-ThyristorggaaThyristor1Mean ValueScope4Voltage MeasurementLinear Transformer+Series RLC Branch1v-Voltage Measurement1Scopemkm0Constantalpha_degABThyristor2gagkThyristor3aBCCApulsesScope30Constant1BlockSynchronized6-Pulse GeneratorTerminator

交流電壓源AC，電壓為220V,頻率為50Hz，初始相位為0°

變壓器參數(shù)一次電壓為220V（有效值）。二次電壓為100V（有效值）晶閘管VT1~4直接使用模型默認(rèn)參數(shù) 負(fù)載RLC選擇RL。R為0.5，L為10e-3 脈沖發(fā)生器同步頻率為50Hz，脈沖的寬度為10°

3.仿真過程及結(jié)果分析 4.4.總結(jié)

在軟件上繪制好仿真電路后，進(jìn)行改變參數(shù)時有些地方還是不知道其意義，仿真計(jì)算完成后，通過示波器觀察仿真的結(jié)果。電阻性負(fù)載仿真分析得到電壓和電流都是脈動的直流，反應(yīng)了電源的交流電經(jīng)過器后成為了直流電，實(shí)現(xiàn)了整流；

第二篇：電力電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)

一、直流斬波電路的性能研究

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．熟悉降壓斬波電路和升壓斬波電路的工作原理。2．掌握這兩種基本轎波電路的工作狀態(tài)及波形情況。

二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

降壓型（Buck）斬波電路性能研究。

三、實(shí)驗(yàn)原理 3.1 實(shí)驗(yàn)原理圖

降壓斬波電路

四、實(shí)驗(yàn)步驟及方法

1.熟悉各個模塊的功能，檢査控制電路和主電路的電源開關(guān)是否為關(guān)閉狀態(tài)。2.按照實(shí)驗(yàn)原理圖進(jìn)行接線。

3.對 PWM 控制模塊依次進(jìn)行如下設(shè)置： a 調(diào)節(jié)“幅值調(diào)節(jié)”旋鈕，向左旋轉(zhuǎn)至最小。b“控制方式”開關(guān)撥為開環(huán)。c“載波頻率”設(shè)置為 20K。d“輸出模式”開關(guān)撥為模式 1。

4.打開底柜 24V 和 15V 電源，將 PWM 控制模塊的開關(guān)撥為 ON，用示波器分別觀察載波（三角波）和 PWM 信號的波形，記錄其波形、頻率和幅值。調(diào)節(jié)“幅 值調(diào)節(jié)”旋鈕，觀察 PWM 信號的變化情況。

5.斬波電路的輸入直流電壓 Ui 由底柜的可調(diào)直流源給出，觀察 Ui 波形，記錄其平均值。6.接通主電路和控制電路的電源。調(diào)節(jié)“幅值調(diào)節(jié)”旋鈕，改變 PWM 波的占空 比，觀測輸出電壓 U o 波形。分別記錄幾組 PWM 信號占空比α, U i、U o 的平均值。

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.Vi=50V時，D=19.04%，輸出電壓波形如下圖所示，由圖知，Vo=8.8V，Vo理論值=Vi*D=9.52V。

2.Vi=40V時，D=66.94%，輸出電壓波形如下圖所示，由圖知，Vo=20V，Vo理論值=Vi*D=26.776V。

六、結(jié)果分析

將降壓斬波電路中實(shí)際輸出電壓與理論分析結(jié)果逬行比較, 討論產(chǎn)生差異的原因。

答：實(shí)際上斬波電路會由于輸出端使用電容濾波，而造成輸出電壓與理論值不同。

實(shí)驗(yàn)二、三相交直交變頻電路的性能研究

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．熟悉三相交直交變頻電路的組成。

2.熟悉三相橋式 PWM 逆變電路中各元器件的作用、工作原理。

3.對三相交直交變頻電路在電阻負(fù)載、電阻電感負(fù)載時的工怍情況及其波 形作全面分析，并研究工作頻率對電路工作波形的影響。

二、實(shí)驗(yàn)電路

原理圖

三、實(shí)驗(yàn)步驟

1.按圖中電路接線，接線完成后進(jìn)行檢查。

2.先打開控制電路電源，暫不接通主電路的交流電源。

3.觀察正弦波發(fā)生電路輸出的正弦信號～U，～V，～W 波形，測試其頻率可調(diào)范圍。

4.觀察載波（三角波）的波形，測出其頻率，并觀察正弦波與載波的對應(yīng)關(guān)系。5.觀察六路PWM信號（SPWM控制模塊中的PWM1～PWM6），并分別觀測施加于V1~V6的柵極與發(fā)射極間的驅(qū)動信號，判斷驅(qū)動信號是否正常。在主電路不接通電源的情況下，對比 V1 和 V2 的驅(qū)動信號，觀測同一相上、下兩管驅(qū)動信號之間的互鎖延遲時間。

6.接通主電路的交流電源。觀察主電路的中整流后的直流電壓 Ud 的波形，并測量其平均值。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

觀察載波、調(diào)制波、中間直流Ud、輸出電壓Uan、Uab、ia的波形。

中間直流Ud

輸出側(cè)電壓Vab

輸出側(cè)電壓Van

載波

電流ia

五、結(jié)果分析

1.分析說明實(shí)驗(yàn)電路中的 PWM 控制是采用單極性方式還是雙極性方式。答：實(shí)驗(yàn)電路中的PWM控制是采用雙極性方式。

2.分析說明實(shí)驗(yàn)電路中的 PWM 控制是采用同歩調(diào)制還是異步調(diào)制。答：實(shí)驗(yàn)電路中的PWM控制是采用同步調(diào)制。

3.為使輸出波形盡可能地接近正弦波，可以采取什么措施？

答：增大逆變器主電路的功率開關(guān)器件在其輸出電壓半周內(nèi)的開關(guān)次數(shù)N。

實(shí)驗(yàn)三、三相全控橋整流電路分析

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.熟悉三相全控橋整流電路組成。

2.熟悉電路中器件的工作原理及作用，并研究輸出波形。

二、實(shí)驗(yàn)電路

三、實(shí)驗(yàn)步驟

在不同的導(dǎo)通角下，記錄輸出電壓、晶閘管輸出電壓和電流的波形。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.00時導(dǎo)通，輸出波形下圖所示。

2.600時導(dǎo)通，輸出波形下圖所示。

3.900時導(dǎo)通，輸出波形下圖所示。

第三篇：仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告

仿真軟件實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)名稱：基于電滲流的微通道門進(jìn)樣的數(shù)值模擬

實(shí)驗(yàn)日期：2013.9.4一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、對建模及仿真技術(shù)初步了解

2、學(xué)習(xí)并掌握Comsol Multiphysics的使用方法

3、了解電滲進(jìn)樣原理并進(jìn)行數(shù)值模擬

4、運(yùn)用Comsol Multiphysics建立多場耦合模型，加深對多耦合場的認(rèn)識

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)，Comsol Multiphysics 3.5a軟件。

三、實(shí)驗(yàn)步驟

1、建立多物理場操作平臺

打開軟件，模型導(dǎo)航窗口，“新增”菜單欄，點(diǎn)擊“多物理場”，依次新增：“微機(jī)電系統(tǒng)模塊/微流/斯 托 克 斯 流（mmglf）”

“ACDC模塊/靜態(tài)，電/傳導(dǎo)介質(zhì)DC（emdc）”

“微 機(jī) 電 系 統(tǒng) 模 塊/微流/電動流（chekf）”

2、建立求解域

工作界面繪制矩形，參數(shù)設(shè)置：寬度6e-5，高度3e-6，中心（0,0）。復(fù)制該矩形，旋轉(zhuǎn)90°。兩矩形取聯(lián)集，消除內(nèi)部邊界。5和9兩端點(diǎn)取圓角，半徑1e-6。求解域建立完畢。

3、網(wǎng)格劃分

菜單欄，網(wǎng)格，自由網(wǎng)格參數(shù)，通常網(wǎng)格尺寸，最大單元尺寸：4e-7。

4、設(shè)置求解域參數(shù)

求解域模式中，斯托克斯流和傳導(dǎo)介質(zhì)物理場下參數(shù)無需改動，電動流物理場下，D各向同性，擴(kuò)散系數(shù)1e-8，遷移率2e-11，x速度u，y速度v，勢

能V。

5、設(shè)置邊界條件

mmglf—入口1和7邊界“進(jìn)口/層流流進(jìn)/0.00005”

出口5和12邊界“出口/壓力，粘滯應(yīng)力/0”；

emdc—入口1和7邊界“電位能/10V”

出口5和12邊界“接地”

其余邊界“電絕緣”；

chekf—入口1“濃度/1”，7“濃度/0”

出口5和12“通量/向內(nèi)通量-nmflux_c_chekf”

其余邊界“絕緣/對稱”。

6、樣品預(yù)置

（1）求解器參數(shù)默認(rèn)為穩(wěn)態(tài)求解器，不用修改。

（2）求解器管理器設(shè)置求解模式：初始值/初始值表達(dá)式，點(diǎn)變量值不可解和線

性化/從初始值使用設(shè)定。

（3）首先求解流體，對斯托克斯流求解，觀察求解結(jié)果，用速度場表示。

（4）再求解電場，改變求解模式，點(diǎn)變量值不可解和線性化/當(dāng)前解，對傳導(dǎo)介

質(zhì)DC求解，觀察求解結(jié)果，用電位能表示。

（5）再求解電動流，不改變求解模式，觀察求解結(jié)果，用電動流濃度表示。

7、樣品上樣

（1）改變emdc進(jìn)口，邊界7電位能由10改為3。對傳導(dǎo)介質(zhì)DC求解，結(jié)果用

電位能表示。

（2）改變chekf進(jìn)口，7邊界改為“通量/向內(nèi)通量-nmflux_c_chekf”

；求解域

中x速度和y速度改為0去除載流作用；求解器設(shè)置改為瞬態(tài)求解器，時間改為“0:0.00001:0.00001”。求解模式全部使用當(dāng)前解，對電動流求解，結(jié)果用濃度表示。

再求兩次解，完成上樣。

8、分離樣品

（1）改變chefk進(jìn)口，7邊界“濃度/0”，1邊界“濃度/-nmflux_c_chekf”。

（2）改變cmdc進(jìn)口，7邊界“電位能/10”，1邊界“電位能/3”。

（3）重新求解電場。求解模式為初始值表達(dá)式和當(dāng)前解，對傳到介質(zhì)DC求解，結(jié)果用電位能表示。

（4）樣品分離求解。求解模式全部為當(dāng)前解，對電動流求解，結(jié)果用濃度表示。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

五、討論

在本次試驗(yàn)中，每一步操作都必須嚴(yán)格正確，而且參數(shù)的把握也一定要

到位，只有對每一步的設(shè)置做到精確無誤，才能保證最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。我在樣品上樣時一直未能獲得良好的上樣結(jié)果，發(fā)現(xiàn)對瞬態(tài)求解器的時間比例進(jìn)行修改，可以獲得良好上樣結(jié)果，同時，在樣品分離改變chefk左進(jìn)口濃度時發(fā)現(xiàn)修改數(shù)值導(dǎo)致結(jié)果錯誤，遂未修改濃度，得到了正確結(jié)果。因此，一定要在實(shí)驗(yàn)時對參數(shù)正確設(shè)置。

通過對仿真實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，及本次試驗(yàn)，我體會到仿真技術(shù)對于實(shí)驗(yàn)的幫助非常巨大，使得實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的許多實(shí)驗(yàn)可以通過計(jì)算機(jī)模擬直接完成，節(jié)省了資源消耗，并極大地提高了實(shí)驗(yàn)效率。本課程的學(xué)習(xí)也讓我了解到了仿真及建模技術(shù)的要領(lǐng)。我也基本掌握了Comsol Multiphysics

這款軟件，我相信在今后我會將我對本課程的學(xué)習(xí)運(yùn)用到實(shí)際中。

第四篇：電力電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真

《電力電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真》

題目：方波逆變電路的計(jì)算機(jī)仿真

前言

電力電子技術(shù)綜合了電子電路、電機(jī)拖動、計(jì)算機(jī)控制等多學(xué)科知識，是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。由于電力電子器件自身的開關(guān)非線性，給電力電子電路的分析帶來了一定的復(fù)雜性和困難，一般常用波形分析的方法來研究。仿真技術(shù)為電力電子電路的分析提供了嶄新的方法。

我們在電力電子技術(shù)課程的教學(xué)中引入了仿真，對于加深學(xué)生對這門課程的理解起到了良好的作用。掌握了仿真的方法，學(xué)生的想法可以通過仿真來驗(yàn)證，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力很有意義，并且可以調(diào)動學(xué)生的積極性。實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)是本課程的重要組成部分，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件畢竟是有限的，也受到學(xué)時的限制。而仿真實(shí)訓(xùn)不受時間、空間和物質(zhì)條件的限制，學(xué)生可以在課外自行上機(jī)。仿真在促進(jìn)教學(xué)改革、加強(qiáng)學(xué)生能力培養(yǎng)方面起到了積極的推動作用。

【關(guān)鍵字】電力電子，MATLAB，仿真。

目錄

第一章 電力電子與MATLAB軟件的介紹

一、電力電子概況

二、MATLAB軟件介紹

第二章 電力電子器件介紹

一、電力二極管特性介紹

二、晶閘管特性介紹

三、IGBT特性介紹 第三章 主電路工作原理

一、單相橋式逆變電路二、三相橋式逆變電路

三、PWM控制基本原理 第四章 仿真模型的建立

一、單極性SPWM觸發(fā)脈沖波形的產(chǎn)生

二、雙極性SPWM觸發(fā)脈沖波形的產(chǎn)生

三、單極性SPWM方式下的單相橋式逆變電路

四、雙極性SPWM方式下的單相橋式逆變電路 第五章 仿真結(jié)果分析 第六章 心得體會 第七章 參考文獻(xiàn)

第一章 電力電子與MATLAB軟件的介紹

一、電力電子概況

電力電子技術(shù)是一門新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件（如晶閘管，GTO，IGBT等）對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的“電力”功率可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下，和以信息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。

電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和交流技術(shù)（整流，逆變，斬波，變頻，變相等）兩個分支。

一般認(rèn)為，電力電子技術(shù)的誕生是以1957年美國通用電氣公司研制出的第一個晶閘管為標(biāo)志的，電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于晶閘管和晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確立的。此前就已經(jīng)有用于電力變換的電子技術(shù)，所以晶閘管出現(xiàn)前的時期可稱為電力電子技術(shù)的史前或黎明時期。70年代后期以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO），電力雙極型晶體管（BJT），電力場效應(yīng)管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件全速發(fā)展（全控型器件的特點(diǎn)是通過對門極既柵極或基極的控制既可以使其開通又可以使其關(guān)斷），使電力電子技術(shù)的面貌煥然一新進(jìn)入了新的發(fā)展階段。80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT 可看作MOSFET和BJT的復(fù)合）為代表的復(fù)合型器件集驅(qū)動功率小，開關(guān)速度快，通態(tài)壓降小，在流能力大于一身，性能優(yōu)越使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。為了使電力電子裝置的結(jié)構(gòu)緊湊，體積減小，常常把若干個電力電子器件及必要的輔助器件做成模塊的形式，后來又把驅(qū)動，控制，保護(hù)電路和功率器件集成在一起，構(gòu)成功率集成電路（PIC）。目前PIC的功率都還較小但這代表了電力電子技術(shù)發(fā)展的一個重要方向

利用電力電子器件實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模電能變換的技術(shù)，有時也稱為功率電子技術(shù)。一般情況下，它是將一種形式的工業(yè)電能轉(zhuǎn)換成另一種形式的工業(yè)電能。例如，將交流電能變換成直流電能或?qū)⒅绷麟娔茏儞Q成交流電能；將工頻電源變換為設(shè)備所需頻率的電源；在正常交流電源中斷時，用逆變器（見電力變流器）將蓄電池的直流電能變換成工頻交流電能。應(yīng)用電力電子技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)非電能與電能之間的轉(zhuǎn)換。例如，利用太陽電池將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能。與電子技術(shù)不同，電力電子技術(shù)變換的電能是作為能源而不是作為信息傳感的載體。因此人們關(guān)注的是所能轉(zhuǎn)換的電功率。

電力電子技術(shù)是建立在電子學(xué)、電工原理和自動控制三大學(xué)科上的新興學(xué)科。因它本身是大功率的電技術(shù)，又大多是為應(yīng)用強(qiáng)電的工業(yè)服務(wù)的，故常將它歸屬于電工類。電力電子技術(shù)的內(nèi)容主要包括電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置及其系統(tǒng)。電力電子器件以半導(dǎo)體為基本材料，最常用的材料為單晶硅；它的理論基礎(chǔ)為半導(dǎo)體物理學(xué)；它的工藝技術(shù)為半導(dǎo)體器件工藝。近代新型電力電子器件中大量應(yīng)用了微電子學(xué)的技術(shù)。電力電子電路吸收了電子學(xué)的理論基礎(chǔ)，根據(jù)器件的特點(diǎn)和電能轉(zhuǎn)換的要求，又開發(fā)出許多電能轉(zhuǎn)換電路。這些電路中還包括各種控制、觸發(fā)、保護(hù)、顯示、信息處理、繼電接觸等二次回路及外圍電路。利用這些電路，根據(jù)應(yīng)用對象的不同，組成了各種用途的整機(jī)，稱為電力電子裝置。這些裝置常與負(fù)載、配套設(shè)備等組成一個系統(tǒng)。電子學(xué)、電工學(xué)、自動控制、信號檢測處理等技術(shù)常在這些裝置及其系統(tǒng)中大量應(yīng)用。

二、MATLAB軟件介紹

MATLAB 是一個功能強(qiáng)大的常用數(shù)學(xué)軟件, 它不但可以解決數(shù)學(xué)中的數(shù)值計(jì)算問題, 還可以解決符號演算問題, 并且能夠方便地繪出各種函數(shù)圖形。由于MATLAB帶有一些強(qiáng)大的具有特殊功能的工具箱，而且隨著近年來它的版本不斷升級，所含的工具箱功能越來越豐富，工具越來越多，應(yīng)用范圍也越來越廣，涵蓋了當(dāng)今幾乎所有的工業(yè)、電子、醫(yī)療、建筑等各領(lǐng)域，MATLAB自1984年由美國的MathWorks公司推向市場以來，歷經(jīng)十幾年的發(fā)展和競爭，現(xiàn)已成為國際最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一。

MATLAB中的仿真集成環(huán)境Simulink工具箱，是進(jìn)行系統(tǒng)分析與射擊隊(duì)有力工具。Simulink是一個圖形化的建模工具，具有兩個顯著功能：SIMU（仿真）和LINK（連接）。用來進(jìn)行動態(tài)系統(tǒng)仿真、建模和分析的軟件包，不但支持線性系統(tǒng)仿真，也支持非線性系統(tǒng)；既可以進(jìn)行連續(xù)系統(tǒng)，也可以進(jìn)行離散系統(tǒng)仿真。

Simulink提供了各種仿真工具，尤其是它不斷擴(kuò)展的、內(nèi)容豐富的模塊庫，為系統(tǒng)的仿真提供了極大便利。在 Simulink平臺上，拖拉和連接典型模塊就可以繪制仿真對象的模型框圖，并對模型進(jìn)行仿真。在Simulink平臺上仿真模型的可讀性很強(qiáng)，這就避免了在 MATLAB 窗口使用 MATLAB 命令和函數(shù)仿真時，需要熟悉記憶大量 M 函數(shù)的麻煩，對廣大工程技術(shù)人員來說，這無疑是最好的福音?，F(xiàn)在的MATLAB都同時捆綁了Simulink，Simulink的版本也在不斷地升級，從1993年的MATLAB 4.0／Simulink1.0版到2001年的MATLAB 6.1／Simulink 4.1版2002年即推出了MATLAB6.5 ／Simulink 5.0版。MATLAB 已經(jīng)不再是單純的“矩陣實(shí)驗(yàn)室”了，它已經(jīng)成為一個高級計(jì)算 和仿真平臺。

Simulink原本是為控制系統(tǒng)的仿真而建立的工具箱，在使用中易編程、易拓展，并且可以解決MATLAB 不易解決的非線性、變系數(shù)等問題。它能支持連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)的仿真，支持連續(xù)離散混合系統(tǒng)的仿真，也支持線性和非線性系統(tǒng)的仿真，并且支持多種采樣頻率(Multirate)系統(tǒng)的仿真，也就是不同的系統(tǒng)能以不同的采樣頻率組合，這樣就可以仿真較大、較復(fù)雜的系統(tǒng)。因此，各科學(xué)領(lǐng)域根據(jù)自己的仿真需要，以MATLAB為基礎(chǔ)，開發(fā)了大量的專用仿真程序，并把這些程序以模塊的形式都放人Simulink中，形成了模塊庫。Simulink 的模塊庫實(shí)際上就是用 MATLAB 基本語句編寫的子程序集?，F(xiàn)在Simulink模塊庫有三級樹狀的子目錄，在一級目錄下就包含了Simulink最早開發(fā)的數(shù)學(xué)計(jì)算工具箱、控制系統(tǒng)工具箱的內(nèi)容，之后開發(fā)的信號處理工具箱(DSP Blocks)、通信系統(tǒng)工具箱(Comm)等也并行列入模塊庫的一級子目錄，逐級打開模塊庫瀏 覽器(Simulink Library Browser)的目錄，就可以看到這些模塊。

Simulink創(chuàng)建模型、仿真的過程方法介紹如下：

1、Simulink建模

一個典型的Simulink模型由信號源模塊、被模擬的系統(tǒng)模塊和輸出顯示 模塊三個類型模塊構(gòu)成。其基本特點(diǎn)有： 1)Simulink提供許多的Scope（示波器）接收器模塊，使得Simulink進(jìn)行仿真具有圖形化顯示效果；

2)Simulink模型具有層次性，通過底層子系統(tǒng)可以構(gòu)建上層母系統(tǒng)； 3)Simulink提供對子系統(tǒng)進(jìn)行封裝功能，用戶可以自定義子系統(tǒng)的圖標(biāo)和設(shè)置參數(shù)對話框。

2、Simulink仿真基本過程

1)打開一個空白的Simulink模塊窗口；

2)進(jìn)入Simulink模塊庫瀏覽界面，將相應(yīng)模塊庫中所需的模塊拖拉到編輯窗口里；

3)修改編輯窗口中模塊參數(shù)； 4)將各模塊按給定框圖連接，搭建所需系統(tǒng)模型；仿真觀察結(jié)果，修正參數(shù)； 5)保存模型。

第二章 電力電子器件介紹

電力電子器件是指可直接用于處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。同我們在學(xué)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)時廣泛接觸的處理信息的電子器件一樣，廣義上電力電子器件也可以分為電真空器件和半導(dǎo)體器件兩類。

由于電力電子器件直接用于處理電能的主電路，因而同處理信息的電子器件相比，它一般具有如下的特征：

1)電力電子器件所能處理電功率的大小，也就是其承受電壓和電流的能力，是其最重要的參數(shù)。

2）因?yàn)樘幚淼碾姽β瘦^大，所以為了減少本身的損耗，提高效率，電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。

3）在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。4）盡管工作在開關(guān)狀態(tài)，但是電力電子器件自身的功率損耗通常仍遠(yuǎn)大于信息電子器件，因而為了保證不致于損耗散熱的熱量導(dǎo)致器件溫度過高而損壞，不僅在器件封裝上比較講究散熱設(shè)計(jì)，而且在其工作時一般都還需要安裝散熱器。

此外，電力電子器件在實(shí)際應(yīng)用中，一般是由控制電路、驅(qū)動電路和電力電子器件為核心的組成一個系統(tǒng)。

一．電力二極管特性介紹

不可控器件——電力二極管(Power Diode)自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用，當(dāng)時也被稱為半導(dǎo)體整流器(Semiconductor Rectifier——SR)。雖然是不可控器件，但結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠。

電力二極管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣，以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)，由一個面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的。由于PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕远O管是一個正方向單向?qū)щ姟⒎捶较蜃钄嗟碾娏﹄娮悠骷?/p>

從外形上看，主要有螺栓型平板型兩種封裝。

a)結(jié)構(gòu)圖 b)電器圖形符號

1、電力二極管特性 1)靜態(tài)特性 電力二極管的基本特性——電力二極管的伏安特性：

I IF

OUTOUFU

當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到一定值（門檻電壓UTO），正向電流才開始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流IF對應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。當(dāng)電力二極管承受反向電壓時，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。)動態(tài)特性

動態(tài)特性——因結(jié)電容的存在，三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一個過渡過程，此過程中的電壓—電流特性是隨時間變化的。

開關(guān)特性——反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程。關(guān)斷過程：

a）須經(jīng)過一段短暫的時間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)； b）在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過沖。

IdiFFudti trriFtdtfUFUFP

tFt0t1t2t URdiRuF 2Vdt

IRP0tfrtURP

b)a)

a)正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置 b)零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置

開通過程：

電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個過沖UFP，經(jīng)過一段時間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個值（如 2V）。這一動態(tài)過程時間被稱為正向恢復(fù)時間tfr。

電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)起作用需一定的時間來儲存大量少子，達(dá)到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通前管壓降較大。

正向電流的上升會因器件自身的電感而產(chǎn)生較大壓降。電流上升率越大，UFP越高。

2、電力二極管測試單元電路 電力二極管測試單元電路就是通過基本電路驗(yàn)證電路二極管的工作特性。當(dāng)二極管導(dǎo)通時，二極管上有電流流過，但沒有電壓；當(dāng)二極管截止時，二極管上沒有電流流過，但二極管兩端有電壓。

仿真電路圖如下：

仿真所得的電力二極管的電流(Iak)和電壓(Vak)的波形如下：

參數(shù)說明：

1、AC Voltage Source: Peak amplitude(V)is 100;Phase(deg)is 0;Frequency(Hz)is 50;Sample time is 0.2、Thyristor: Resistance Ron(ohms)is 0.001;Inductance Lon(H)is 0;Forward voltage Vf(V)is 0.8;Initial current Ic(A)is 0;Snubber resistance Rs（ohms）is 500;Snubber capacitance Cs(F)is 250e-9.仿真結(jié)果分析：

由于電力二極管的內(nèi)阻很小，所以管壓降可以忽略不計(jì)。在此條件下，仿真波形是滿足條件的。由仿真波形可以看出，當(dāng)電力二極管上的電壓大于零時，電力二極管上流過的電流是大于零的；當(dāng)電力二極管上的電壓變負(fù)值時，電力二極管上流過的電流為零。

二、晶閘管特性介紹

晶閘管(Thyristor)就是硅晶體閘流管，普通晶閘管也稱為可控硅SCR,普通晶閘管是一種具有開關(guān)作用的大功率半導(dǎo)體器件。目前，晶閘管的容量水平已達(dá)8kV／6kA。

晶閘管是具有四層PNPN結(jié)構(gòu)、三端引出線(A、K、G)的器件。常見晶閘管的外形有兩種：螺栓型和平板型。

晶閘管的基本特點(diǎn)有三個：

(1)欲使晶閘管導(dǎo)通需具備兩個條件有：

① 應(yīng)在晶閘管的陽極與陰極之間加上正向電壓。② 應(yīng)在晶閘管的門極與陰極之間也加上正向電壓和電流。

(2)晶閘管一旦導(dǎo)通，門極即失去控制作用，故晶閘管為半控型器件。(3)為使晶閘管關(guān)斷，必須使其陽極電流減小到一定數(shù)值以下，這只有用使陽極電壓減小到零或反向的方法來實(shí)現(xiàn)。

1、晶閘管的工作特性

單向晶閘管的伏安特性曲線如圖所示。從特性曲線上可以看出它分五個區(qū)，即反向擊穿區(qū)、反向阻斷區(qū)、正向阻斷區(qū)、負(fù)阻區(qū)和正向?qū)▍^(qū)。大多數(shù)情況下，晶閘管的應(yīng)用電路均工作在正向阻斷和正向?qū)▋蓚€區(qū)域。晶閘管A、K極間所加的反向電壓不能大于反向峰值電壓，否則有可能便其燒毀。

單向晶閘管的上述特性，可以用以下幾個主要參數(shù)來表征：

①額定平均電流IT:在規(guī)定的條件下，晶閘管允許通過的50Hz正弦波電流的平均值。

②正向轉(zhuǎn)折電壓VB0:是指在額定結(jié)溫及控制極開路的條件下，在陽極和陰極間加以正弦波半波正向電壓，使其由關(guān)斷狀態(tài)發(fā)生正向轉(zhuǎn)折變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時所對應(yīng)的電壓峰值。

單向晶閘管伏安特性曲線：

③正向阻斷峰值電壓VDRM:定義為正向轉(zhuǎn)折電壓減去100V后的電壓值。

④反向擊穿電壓VBR:是指在額定結(jié)溫下，陽極和陰極間加以正弦波反向電壓，當(dāng)其反向漏電流急劇上升時所對應(yīng)的電壓峰值。

⑤反向峰值電壓VRRM:定義為反向擊穿電壓減去1OOV后的電壓值。

⑥正向平均壓降VT:是指在規(guī)定的條件下，當(dāng)通過的電流為其額定電流時，晶閘管陽極、陰極間電壓降的平均值。

⑦維持電流IH:是指維持晶閘管導(dǎo)通的最小電流。

⑧控制極觸發(fā)電壓VCT和觸發(fā)電流IGT:在規(guī)定的條件下，加在控制極上的可以使晶閘管導(dǎo)通的所必需的最小電壓和電流。

⑨導(dǎo)通時間tg((ton):從在晶閘管的控制極加上觸發(fā)電壓VGT開始到晶閘管導(dǎo)通，其導(dǎo)通電流達(dá)到90%時的這一段時間稱為導(dǎo)通時間。

⑩關(guān)斷時間tg(toff):從切斷晶閘管的工向電流開始到控制極恢復(fù)控制能力的這一段時間稱為關(guān)斷時間。

此外，晶閘管還有一些其他參數(shù)，例如，為了使晶閘管能可靠地觸發(fā)導(dǎo)通，對加在控制極上的觸發(fā)脈沖寬度是有一定要求的;為使晶閘管能可靠地關(guān)斷，對晶閘管的工作頻率也有一定的規(guī)定;為避免晶閘管損壞，對控制極的反向電壓也有一定的要求。

2、晶閘管測試單元電路

晶閘管的測試電路如下：

參數(shù)說明：

1、AC Voltage Source: Peak amplitude(V)is 120;Phase(deg)is 0;Frequency(Hz)is 50;Sample time is 0.2、Thyristor: Resistance Ron(ohms)is 0.001;Inductance Lon(H)is 0;Forward voltage Vf(V)is 0.8;Initial current Ic(A)is 0;Snubber resistance Rs（ohms）is 10;Snubber capacitance Cs(F)is4e-6.3、Pulse Generator: Pulse type is Tme based;Time（t）is Use simulation time;Amplitude is 10;Period(secs)is 0.02/2;Pulse Width(% of period)is 10;Phase delay(secs)is 0.仿真所得的晶閘管的電流和電壓的波形如下：

仿真結(jié)果分析：

由于晶閘管是半控型器件，所以接在門極的脈沖只起到觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通的作用，一旦晶閘管導(dǎo)通，則它跟電力二極管的一樣的。上圖所示的波形為觸發(fā)脈沖的相角為0度時的測試結(jié)果。從圖中可以看出，當(dāng)晶閘管兩端的電壓大于零時，晶閘管開始導(dǎo)通；當(dāng)晶閘管兩端的電壓由正變負(fù)時，晶閘管截止，其上流過的電流變?yōu)榱恪?/p>

三、IGBT特性介紹

IGBT相當(dāng)于一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)BJT。從圖中我們還可以看到在集電極和發(fā)射極之間存在著一個寄生晶閘管，寄生晶閘管有擎住作用。采用空穴旁路結(jié)構(gòu)并使發(fā)射區(qū)寬度微細(xì)化后可基本上克服寄生晶閘管的擎住作用。IGBT的低摻雜N漂移區(qū)較寬，因此可以阻斷很高的反向電壓。

IGBT工作原理：

當(dāng)UDS＜0時，J3PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，IGBT呈反向阻斷狀態(tài)。當(dāng)UDS＞0時，分兩種情況：

①

若門極電壓UG＜開啟電壓UT，IGBT呈正向阻斷狀態(tài)。②

若門極電壓UG＞開啟電壓UT，IGBT正向?qū)?。IGBT的柵極驅(qū)動：

(1)柵極驅(qū)動電路對IGBT的影響

① 正向驅(qū)動電壓+V增加時，IGBT輸出級晶體管的導(dǎo)通壓降和開通損耗值將下降，但并不是說+V值越高越好。

② IGBT在關(guān)斷過程中，柵射極施加的反偏壓有利于IGBT的快速關(guān)斷。③ 柵極驅(qū)動電路最好有對IGBT的完整保護(hù)能力。

④ 為防止造成同一個系統(tǒng)多個IGBT中某個的誤導(dǎo)通，要求柵極配線走向應(yīng)與主電流線盡可能遠(yuǎn)，且不要將多個IGBT的柵極驅(qū)動線捆扎在一起。

2)IGBT柵極驅(qū)動電路應(yīng)滿足的條件：

① 柵極驅(qū)動電壓脈沖的上升率和下降率要充分大。

② 在IGBT導(dǎo)通后，柵極驅(qū)動電路提供給IGBT的驅(qū)動電壓和電流要具有足夠的幅度。

③ 柵極驅(qū)動電路的輸出阻抗應(yīng)盡可能地低。

柵極驅(qū)動條件與IGBT的特性密切相關(guān)。設(shè)計(jì)柵極驅(qū)動電路時，應(yīng)特別注意開通特性、負(fù)載短路能力和引起的誤觸發(fā)等問題

1、IGBT的工作特性

1）靜態(tài)特性

a)IGBT的伏安特性

b)IGBT的開關(guān)特性

IGBT 的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開關(guān)特性。

IGBT 的伏安特性是指以柵源電壓Ugs 為參變量時，漏極電流與柵極電壓之間的關(guān)系曲線。輸出漏極電流比受柵源電壓Ugs 的控制，Ugs 越高，Id 越大。它與GTR 的輸出特性相似．也可分為飽和區(qū)1、放大區(qū)2 和擊穿特性3 部分。在截止?fàn)顟B(tài)下的IGBT，正向電壓由J2 結(jié)承擔(dān)，反向電壓由J1結(jié)承擔(dān)。如果無N+ 緩沖區(qū)，則正反向阻斷電壓可以做到同樣水平，加入N+緩沖區(qū)后，反向關(guān)斷電壓只能達(dá)到幾十伏水平，因此限制了IGBT 的某些應(yīng)用范圍。

IGBT 的轉(zhuǎn)移特性是指輸出漏極電流Id 與柵源電壓Ugs 之間的關(guān)系曲線。它與MOSFET 的轉(zhuǎn)移特性相同，當(dāng)柵源電壓小于開啟電壓Ugs(th)時，IGBT 處于關(guān)斷狀態(tài)。在IGBT 導(dǎo)通后的大部分漏極電流范圍內(nèi)，Id 與Ugs呈線性關(guān)系。最高柵源電壓受最大漏極電流限制，其最佳值一般取為15V左右。

IGBT 的開關(guān)特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。IGBT 處于導(dǎo)通態(tài)時，由于它的PNP 晶體管為寬基區(qū)晶體管，所以其B 值極低。盡管等效電路為達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，但流過MOSFET 的電流成為IGBT 總電流的主要部分。此時，通態(tài)電壓Uds(on)可用下式表示：

Uds(on)＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh

式中Uj1 —— JI 結(jié)的正向電壓，其值為0.7 ～1V ；Udr ——擴(kuò)展電阻Rdr 上的壓降；Roh ——溝道電阻。

通態(tài)電流Ids 可用下式表示：

Ids=(1+Bpnp)Imos

式中Imos ——流過MOSFET 的電流。

由于N+ 區(qū)存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，所以IGBT 的通態(tài)壓降小，耐壓1000V的IGBT 通態(tài)壓降為2 ～ 3V。IGBT 處于斷態(tài)時，只有很小的泄漏電流存在。

2）動態(tài)特性

IGBT 在開通過程中，大部分時間是作為MOSFET 來運(yùn)行的，只是在漏源電壓Uds 下降過程后期，PNP 晶體管由放大區(qū)至飽和，又增加了一段延遲時間。td(on)為開通延遲時間，tri 為電流上升時間。實(shí)際應(yīng)用中常給出的漏極電流開通時間ton 即為td(on)tri 之和。漏源電壓的下降時間由tfe1 和tfe2 組成。

IGBT的觸發(fā)和關(guān)斷要求給其柵極和基極之間加上正向電壓和負(fù)向電壓，柵極電壓可由不同的驅(qū)動電路產(chǎn)生。當(dāng)選擇這些驅(qū)動電路時，必須基于以下的參數(shù)來進(jìn)行：器件關(guān)斷偏置的要求、柵極電荷的要求、耐固性要求和電源的情況。因?yàn)镮GBT柵極-發(fā)射極阻抗大，故可使用MOSFET驅(qū)動技術(shù)進(jìn)行觸發(fā)，不過由于IGBT的輸入電容較MOSFET為大，故IGBT的關(guān)斷偏壓應(yīng)該比許多MOSFET驅(qū)動電路提供的偏壓更高。

IGBT的開關(guān)速度低于MOSFET，但明顯高于GTR。IGBT在關(guān)斷時不需要負(fù)柵壓來減少關(guān)斷時間，但關(guān)斷時間隨柵極和發(fā)射極并聯(lián)電阻的增加而增加。IGBT的開啟電壓約3～4V，和MOSFET相當(dāng)。IGBT導(dǎo)通時的飽和壓降比MOSFET低而和GTR接近，飽和壓降隨柵極電壓的增加而降低。

2、IGBT測試單元電路

IGBT仿真電路圖如下：

參數(shù)說明：

1、AC Voltage Source: Peak amplitude(V)is 120;Phase(deg)is 0;Frequency(Hz)is 50;Sample time is 0.2、IGBT:Resistance Ron(ohms)is 0.01;Inductance Lon(H)is 1e-6;Forward voltage Vf(V)is 1;Current 10% fall time Tf(s)is 1e-6;Current tail time Tt(s)is 2e-6;Initial current Ic(A)is 0;Snubber resistance Rs（ohms）is 1e2;Snubber capacitance Cs(F)is inf.3、Pulse Generator: Pulse type is Tme based;Time（t）is Use simulation time;Amplitude is 10;Period(secs)is 0.02/2;Pulse Width(% of period)is 10;Phase delay(sec)is 0.仿真所得的IGBT的電流(Iak)和電壓(Vak)的波形圖如下：

仿真結(jié)果分析：

第三章 主電路工作原理

一、單相橋式逆變電路

1、半橋逆變電路 1.1 電路結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

V1和V2柵極信號各半周正偏、半周反偏，互補(bǔ)。uo為矩形波，幅值為Um=Ud/2，io波形隨負(fù)載而異，感性負(fù)載時，圖1-3b，V1或V2通時，io和uo同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量，VD1或VD2通時，io和uo反向，電感中貯能向直流側(cè)反饋，VD1、VD2稱為反饋二極管，還使io連續(xù)，又稱續(xù)流二極管。

2、全橋逆變電路 2.1電路結(jié)構(gòu)

2.2 工作原理

兩個半橋電路的組合。1和4一對，2和3另一對，成對橋臂同時導(dǎo)通，交替各導(dǎo)通180°。uo波形同圖1-3b。半橋電路的uo，幅值高出一倍Um=Ud。io波形和圖5-6b中的io相同，幅值增加一倍，單相逆變電路中應(yīng)用最多的。

可采用移相方式調(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓，稱為移相調(diào)壓。各柵極信號為180o正偏，180o反偏，且V1和V2互補(bǔ)，V3和V4互補(bǔ)關(guān)系不變。V3的基極信號只比V1落后q(0

1、電路結(jié)構(gòu)

2.工作原理 圖中應(yīng)用GTO作為逆變開關(guān)，也可用其它全控型器件構(gòu)成逆變器，若用晶閘管時，還應(yīng)有強(qiáng)迫換流電路。從電路結(jié)構(gòu)上看，如果把三相負(fù)載看成三相整流變壓器的三個繞組，那么三相橋式逆變電路猶如三相橋式可控整流電路與三相二極管整流電路的反并聯(lián)，其中可控電路用來實(shí)現(xiàn)直流到交流的逆變，不可控電路為感性負(fù)載電流提供續(xù)流回路，完成無功能量的續(xù)流和反饋，因此D1～D6稱為續(xù)流二極管或反饋二極管。

在三相橋式逆變電路中，各管的導(dǎo)通次序同整流電路一樣，也是T1、T2、T3??T6、T1??各管的觸發(fā)信號依次互差60°。根據(jù)各管的導(dǎo)通時間可以分為180° 導(dǎo)通型和120°導(dǎo)通型兩種工作方式，在180°導(dǎo)通型的逆變電路中，任意瞬間都有三只管子導(dǎo)通，各管導(dǎo)通時間為180°，同一橋臂中上下兩只管子輪流導(dǎo)通，稱為互補(bǔ)管。在120°導(dǎo)通型逆變電路中，各管導(dǎo)通120°，任意瞬間只有不同相的兩只管子導(dǎo)通，同一橋臂中的兩只管子不是瞬時互補(bǔ)導(dǎo)通，而是有60°的間隙時間，當(dāng)某相中沒有逆變管導(dǎo)通時，其感性電流經(jīng)該相中的二極管流通。

3、導(dǎo)通方式及基本參數(shù)

在180°導(dǎo)通型的三相逆變器中，每隔60°的各階段其等效電路及相應(yīng)相電壓、線電壓數(shù)值如圖所示。

三．PWM控制基本原理

1、PWM控制

PWM控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。

在采樣控制理論中有一條重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同，沖量即窄脈沖的面積。效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。上述原理稱為面積等效原理

以正弦PWM控制為例。把正弦半波分成N等份，就可把其看成是N個彼此相連的脈沖列所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于π/N，但幅值不等且脈沖頂部不是水平直線而是曲線，各脈沖幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等，就得到PWM波形。各PWM脈沖的幅值相等而寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形?？梢?，所得到的PWM波形和期望得到的正弦波等效。

2、PWM逆變電路

逆變電路是一個全橋開關(guān)電路，將輸人的市電經(jīng)整流濾波后以直流電壓供給逆變器，在逆變電路中，單片機(jī)對整個電源系統(tǒng)進(jìn)行控制。首先由SPWM產(chǎn)生電路產(chǎn)生兩個相位相差180℃的SPWM波形(PWN1，和PWM2)。PWM1、PWM2各經(jīng)兩路隔離驅(qū)動輸出四路控制信號去驅(qū)動4只ICBT。

逆變電路是PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場合，PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實(shí)用的PWM逆變電路幾乎都是電壓型電路。

3、PWM逆變電路的計(jì)算法 根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWM波形。但本方法較繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時，結(jié)果都要變化。

4、PWM逆變電路的調(diào)制法

輸出波形作調(diào)制信號，進(jìn)行調(diào)制得到期望的PWM波；通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波；等腰三角波應(yīng)用最多，其任一點(diǎn)水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對稱；與任一平緩變化的調(diào)制信號波相交，在交點(diǎn)控制器件通斷，就得寬度正比于信號波幅值的脈沖，符合PWM的要求。

調(diào)制信號波為正弦波時，得到的就是SPWM波；調(diào)制信號不是正弦波，而是其他所需波形時，也能得到等效的PWM波。

以單相橋式PWM逆變電路為例說明。單相橋式PWM逆變電路的原理圖如下所示。設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時V1和V2通斷互補(bǔ)，V3和V4通斷也互補(bǔ)?？刂埔?guī)律：u0正半周，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷，負(fù)載電流比電壓滯后，在電壓u正半周，電流有一段為正，一段為負(fù)，負(fù)載電流為正區(qū)間，V1和V4導(dǎo)通時，u0等于Ud，V4關(guān)斷時，負(fù)載電流通過V1和VD3續(xù)流，u0 =0，負(fù)載電流為負(fù)區(qū)間，i0為負(fù)，實(shí)際上從VD1和VD4流過，仍有u0=Ud，V4斷，V3通后，i0從V3和VD4續(xù)流，u0 =0，u0總可得到Ud和零兩種電平。

U0負(fù)半周，讓V2保持通，V1保持?jǐn)?，V3和V4交替通斷，u0可得-Ud和零兩種電平。

第四章 仿真模型的建立

一、單極性SPWM觸發(fā)脈沖波形的產(chǎn)生

1、電路結(jié)構(gòu)

在Simulink的“Source”庫中選擇“Clock”模塊，以提供仿真時間t,乘以2∏f后再通過一個“sin”模塊即為sinwt，乘以調(diào)制比m后可得到所需的正弦波調(diào)制信號。三角載波信號由“Source”庫中的“Repeating Sequence”模塊產(chǎn)生,正確設(shè)置參數(shù)，三角波經(jīng)過處理，便可成為頻率為fc的三角載波。

2、單極性SPWM波形

二、雙極性SPWM觸發(fā)脈沖波形的產(chǎn)生

1、電路結(jié)構(gòu)

同上，在Simulink的“Source”庫中選擇“Clock”模塊，以提供仿真時間t,乘以2∏f后再通過一個“sin”模塊即為sinwt，乘以調(diào)制比m后可得到所需的正弦波調(diào)制信號。三角載波信號由“Source”庫中的“Repeating Sequence”模塊產(chǎn)生,正確設(shè)置參數(shù)，便可生成頻率為fc的三角載波。

2、雙極性SPWM波形

三、單極性SPWM方式下的單相橋式逆變電路 主電路圖如下所示：

將調(diào)制深度m設(shè)置為0.5，輸出基波頻率設(shè)為50Hz，載波頻率設(shè)為基波的15倍，即750Hz，仿真時間設(shè)為0.04s，在powergui中設(shè)置為離散仿真模式，采樣時間設(shè)為1e-005s，運(yùn)行后可得仿真結(jié)果，輸出交流電壓，交流電流和直流電流如下圖所示：

對上圖中的輸出電壓uo進(jìn)行FFT分析，得如下分析結(jié)果：

由FFT分析可知：在m=0.5,fc=750Hz,fr=50Hz，即N=15時，輸出電壓的基波電壓的幅值為U1m=150.9V，基本滿足理論上的U1m=m*Ud(即300*0.5=150)。諧波分布中最高的為29次和31次諧波，分別為基波的71.75%和72.36%，考慮最高頻率為4500Hz時的THD達(dá)到106.50%。

四、雙極性SPWM方式下的單相橋式逆變電路

雙極性SPWM控制方式下的單相橋式逆變電路主電路與上圖相同，只需把單極性SPWM發(fā)生模塊改為雙極性SPWM發(fā)生模塊即可。

參數(shù)設(shè)置使之同單極性SPWM方式下的單相橋式逆變電路相同，即將調(diào)制深度m設(shè)置為0.5，輸出基波頻率設(shè)為50Hz，載波頻率設(shè)為基波的15倍（750Hz），仿真時間設(shè)為0.06s，在powergui中設(shè)置為離散仿真模式，采樣時間設(shè)為1e-005s，運(yùn)行后可得仿真結(jié)果，輸出交流電壓，交流電流和直流側(cè)電流如下圖所示：

同樣，對上圖中的輸出電壓uo進(jìn)行FFT分析，得如下分析結(jié)果

由FFT分析可知：在m=0.5,fc=750Hz,fr=50Hz，即N=15時，輸出電壓的基波電壓的幅值為U1m=152V，基本滿足理論上的U1m=m*Ud(即300*0.5=150)。諧波分布中最高的為第15次和29、31次諧波，分別為基波的212.89%和71.65%、71.95%，考慮最高頻率為4500Hz時的THD達(dá)到260.21%。

第五章 仿真結(jié)果分析

由FFT分析可知：在m=0.5,fc=750Hz,fr=50Hz，即N=15時，輸出電壓的基波電壓的幅值為U1m=152V，基本滿足理論上的U1m=m*Ud(即300*0.5=150)。諧波分布中最高的為第15次和29、31次諧波，分別為基波的212.89%和71.65%、71.95%，考慮最高頻率為4500Hz時的THD達(dá)到260.21%

第六章 心得體會

1、通過電力電子仿真實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)MATLAB使用特別方便，尤其是Matlab中的工具箱Simulink更是方便，它可以形象直觀的看到很多的仿真電路和仿真波形，對于理解電路的原理提供了極大的幫助，特別是電力電子的學(xué)習(xí)，提供了另外一種自學(xué)的途徑。

2、可以有效的將自己的有些不太成熟的電路在其上仿真，為電路的設(shè)計(jì)提供很大的幫助，在分析問題時進(jìn)一步了解電力電子技術(shù)的一些應(yīng)用電路的原理

第七章 參考文獻(xiàn)

【1】韓利竹等編著 MATLAB 電子仿真與應(yīng)用 北京：國防工業(yè)出版社，2001 【2】鄭智琴編著 Simulink電子通信仿真與應(yīng)用 北京：國防工業(yè)出版社，2002 【3】王華等編著 Matlab 在電信工程中的應(yīng)用 北京：中國水利水電出版社，2001 【4】陳懷深，吳大正，高西全編著 MATLAB及其在電子信息課程中的應(yīng)用 北京：電子工業(yè)出版社，2002 【5】王兆安，黃俊等編著 電力電子技術(shù) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 【6】李序葆，趙永健等編著 電力電子器件及其應(yīng)用 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996 【7】張立，趙永健等編著 現(xiàn)代電力電子技術(shù) 北京：科學(xué)出版社，1992

第五篇：《電力拖動自動控制系統(tǒng)》學(xué)習(xí)心得

《電力拖動自動控制系統(tǒng)》學(xué)習(xí)心得

進(jìn)入到大四我們接觸到了一門新的課程叫《電力拖動自動控制系統(tǒng)》,幾次課上下來發(fā)現(xiàn)這門課包含的內(nèi)容實(shí)在是太多了，涉及到了自動控制原理、電機(jī)拖動、電力電子和高數(shù)等多門學(xué)科的知識，讓我覺得學(xué)起來有點(diǎn)吃力。但經(jīng)過老師的細(xì)細(xì)梳理，使我慢慢對這門課程有了新的認(rèn)識，電力拖動是以電動機(jī)作為原動機(jī)拖動機(jī)械設(shè)備運(yùn)動的一種拖動方式。電力拖動裝置由電動機(jī)及其自動控制裝置組成。自動控制裝置通過對電動機(jī)起動、制動的控制，對電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的控制，對電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制以及對某些物理參量按一定規(guī)律變化的控制等，可實(shí)現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備的自動化控制。

現(xiàn)代運(yùn)動控制已成為電機(jī)學(xué)，電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，控制理論，信號檢測與處理技術(shù)等多門學(xué)科相互交叉的綜合性學(xué)科。課上老師簡單介紹了運(yùn)動控制及其相關(guān)學(xué)科的關(guān)系，隨著其他相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展，運(yùn)動控制系統(tǒng)也在不斷發(fā)展，不斷提高系統(tǒng)的安全性，可靠性，在課上跟隨老師的思路，使我對運(yùn)動控制系統(tǒng)有了更深刻的理解。

運(yùn)動控制系統(tǒng)的任務(wù)是通過對電動機(jī)電壓，電流，頻率等輸入電量的控制,來改變工作機(jī)械的轉(zhuǎn)矩，速度，位移等機(jī)械量，使各種機(jī)械按人們期望的要求運(yùn)行,以滿足生產(chǎn)工藝及其他應(yīng)用的需要。工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對運(yùn)動控制系統(tǒng)提出了日益復(fù)雜的要求，同時也為研制和生產(chǎn)各類新型的控制裝置提供了可能。在前期課程控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理、電力電子等課程的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)以電動機(jī)為被控對象的控制系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念、運(yùn)動控制系統(tǒng)的基本理論和方法、初步的工程設(shè)計(jì)能力和研發(fā)同類系統(tǒng)的能力。

課堂上老師全面、系統(tǒng)、深入地介紹了運(yùn)動控制系統(tǒng)的基本控制原理、系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、分析和設(shè)計(jì)方法。

運(yùn)動控制內(nèi)容主要包括直流調(diào)速、交流調(diào)速和伺服系統(tǒng)三部分。直流調(diào)速部分主要介紹單閉環(huán)、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和以全控型功率器件為主的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)等內(nèi)容；交流調(diào)速部分主要包括基于異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的調(diào)速系統(tǒng)、基于異步電動機(jī)動態(tài)模型的高性能調(diào)速系統(tǒng)以及串級調(diào)速系統(tǒng)；隨動系統(tǒng)部分介紹直、交流隨動系統(tǒng)的性能分析與動態(tài)校正等內(nèi)容。此外，書中還介紹了近幾年發(fā)展起來的多電平逆變技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)等內(nèi)容?！哆\(yùn)動控制系統(tǒng)》既注重理論基礎(chǔ)，又注重工程應(yīng)用，體現(xiàn)了理論性與實(shí)用性相統(tǒng)一的特點(diǎn)。書中結(jié)合大量的工程實(shí)例，給出了其仿真分析、圖形或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)，具有形象直觀、簡明易懂的特點(diǎn)。

第一部分中主要介紹直流調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)節(jié)直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種方法：改變電樞回路電阻調(diào)速閥，減弱磁通調(diào)速法，調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速法。

變壓調(diào)速是是直流調(diào)速系統(tǒng)的主要方法，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)至少包含了兩部分：能夠調(diào)節(jié)直流電動機(jī)電樞電壓的直流電源和產(chǎn)生被調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的直流電動機(jī)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，可控直流電源主要有兩大類，一類是相控整流器，它把交流電源直接轉(zhuǎn)換成可控直流電源；另一類是直流脈寬變換器，它先把交流電整流成不可控的直流電，然后用PWM方式調(diào)節(jié)輸出直流電壓。本章說明了兩類直流電源的特性和數(shù)學(xué)模型。當(dāng)用可控直流電源和直流電動機(jī)組成一個直流調(diào)速系統(tǒng)時，它們所表現(xiàn)車來的性能指標(biāo)和人們的期望值必然存在一個不小的差距，并做出了分析。開環(huán)控制系統(tǒng)無法滿足人們期望的性能指標(biāo)，本章就閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)展開分析和討論。論述哦了轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律，分析了系統(tǒng)的靜差率，介紹了PI調(diào)節(jié)器和P調(diào)節(jié)器的控制作用。轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)能夠提高調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，但動態(tài)性能仍不理想，轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是靜動態(tài)性能良好，應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)；還介紹了轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的組成及其靜特性，數(shù)學(xué)模型，并對雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性進(jìn)行了詳細(xì)分析。

第二部分主要介紹交流調(diào)速系統(tǒng)。交流調(diào)速系統(tǒng)有異步電動機(jī)和同步電動機(jī)兩大類。異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分為3類：轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)。同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率恒為零，同步電動機(jī)調(diào)速只能通過改變同步轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，由于同步電動機(jī)極對數(shù)是固定的，只能采用變壓變頻調(diào)速。

本章介紹了基于等效電路的異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)模型，討論異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速的基本原理和基頻以下的電流補(bǔ)償控制。首先介紹了交流PWM變頻器的主電路，然后討論正選PWM（SPWM），電流跟蹤PWM（CFPWM）和電壓空間矢量PWM(SVPWM)三種控制方式，討論了電壓矢量與定子磁鏈的關(guān)系，最后介紹了PWM變頻器在異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用的特殊問題。并討論了轉(zhuǎn)速開環(huán)電壓頻率協(xié)調(diào)控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)和通用變頻器。詳細(xì)討論了轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的工作原理和控制規(guī)律，并介紹了變頻調(diào)速在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例。

矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制是兩種基于動態(tài)模型的高性能的交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，矢量控制系統(tǒng)通過矢量變換和按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，得到等效直流電機(jī)模型，然后按照直流電動機(jī)模型設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)；直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)矩偏差和定子磁鏈幅值偏差的符號，根據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢茫苯舆x取合適的定子電壓矢量，實(shí)施電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的控制。兩種交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的靜，動態(tài)性能，各有所長，也各有不足之處。

作為一個即將踏入社會的畢業(yè)生，這學(xué)期的學(xué)習(xí)又讓我充實(shí)了不少，也給自己奠定了基礎(chǔ)，非常感謝呂庭老師對我們的幫助，以后進(jìn)入到工作崗位一定會做到學(xué)以致用。