電力電子建模仿真

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1、摘要本設(shè)計(jì)是一個(gè)單相全控整流橋裝置的建模與仿真，此整流裝置采用了四個(gè)晶閘管組成了橋式整流裝置，電源為單相電源，負(fù)載為電阻、電感、反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載，其中電源電壓有效值U＝120V，反電動(dòng)勢(shì)E＝80V，R＝120Ω，電感L=200mH，α＝60°。關(guān)鍵詞單相全控橋式晶閘管電阻電感反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載第一章摘要關(guān)鍵詞及仿真電路組成原理分析一．主電路組成原理分析1.仿真電路圖2.原理分析在單相橋式全空整流電路中，晶閘管VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，VT2和VT3組成另一對(duì)橋臂。在u2正半周（即a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位），若4個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通，負(fù)載電流id為零，ud也為零，VT1、V

2、T4串聯(lián)承受電壓u2，設(shè)VT1和VT4的漏電阻相等，則各承受u2的一半。若在觸發(fā)角α處給VT1和VT4加觸發(fā)脈沖，VT1和VT4即導(dǎo)通，電流從電源a端經(jīng)VT1、R、L、E、VT4流回電源b端。當(dāng)u2過(guò)零時(shí)，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過(guò)電流id并不關(guān)斷。直至ωt=π+α，并且

3、u2

4、>E時(shí)，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，VT2和VT3導(dǎo)通。VT2和VT3導(dǎo)通后，u2通過(guò)VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷，至下一周重復(fù)上述過(guò)程，如此循環(huán)下去。.1.第二章驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)一.驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的

5、門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在學(xué)要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路往往包括觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)行控制相位控制電路、觸發(fā)脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)。觸發(fā)脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)中，晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：（1）觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通，三相全控橋式電路應(yīng)采用寬于60°或采用相隔60°的雙窄脈沖。（2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，對(duì)戶外寒冷場(chǎng)合，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流3～5倍，脈沖前沿的陡度也需增加，一般需達(dá)1～2A∕us。（3）所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過(guò)晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極的伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。（4）應(yīng)有良好的抗干擾性能、

6、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。在本設(shè)計(jì)中最主要的是第1、2條。理想的觸發(fā)脈沖電流波形如下圖。理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形-----脈沖前沿上升時(shí)間（）----強(qiáng)脈沖寬度---強(qiáng)脈沖幅值（）---脈沖寬度--脈沖平頂幅值（）晶閘管觸發(fā)電路類型很多，有分立式、集成式和數(shù)字式，分立式相控同步模擬電路相對(duì)來(lái)說(shuō)電路比較復(fù)雜；數(shù)字式觸發(fā)器可以在單片機(jī)上來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)不采用。本設(shè)計(jì)采用的驅(qū)動(dòng)電路如右圖：.2.它由V1、V2構(gòu)成的脈沖放大環(huán)節(jié)和脈沖變壓器TM及附屬電路構(gòu)成的脈沖輸出環(huán)節(jié)兩部分組成。當(dāng)V1、V2導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極

7、之間輸出觸發(fā)脈沖。VD1和R3是為了V1、V2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)脈沖變壓器TM釋放其存儲(chǔ)的能量而設(shè)的。為了獲得觸發(fā)脈沖波形中的強(qiáng)脈沖部分，還需適當(dāng)附加其他電路環(huán)節(jié)。第三章仿真模型圖原理及分析一.仿真模型圖二.原理分析1.開(kāi)關(guān)器件模型此仿真采用如右圖所示的開(kāi)關(guān)器件統(tǒng)一模型來(lái)模擬實(shí)際晶閘管，其特性曲線如下圖所示。當(dāng)外加電壓大于EFVD，且觸發(fā)脈沖IPUL為1時(shí)，觸發(fā)導(dǎo)通；當(dāng)外加正向電壓大于正向擊穿電壓EBO時(shí)，器件被擊穿；而當(dāng)器件電流降到0時(shí)關(guān)斷。此模型除了不能模擬器件的存儲(chǔ)效應(yīng)等動(dòng)態(tài)過(guò)程外，可以相當(dāng)好地給出裝置的仿真結(jié)果。2.觸發(fā)電路模型觸發(fā)電路則以脈沖發(fā)生器

8、VPULSE來(lái)模擬，即模型圖中的V3、V4、V5、V6。只要設(shè)置好參數(shù)就可以得到想要的控制效果。如α為360°對(duì)應(yīng)TD=20ms，所以此仿真為TD=3.33ms和TD=13.33ms，即α=60°。其他參數(shù)為TF=0.1ms，PW=1ms，PER=20ms，V1=0V，V2=10V，TR=0.1ms。3.電源模型.3.電源采用一個(gè)VSIN電壓源即可，按照要求電壓有效值VAMPL=120V，頻率FREQ=50HZ，關(guān)斷電壓VOFF=0V。第四章仿真結(jié)果及改進(jìn)措施一.仿真結(jié)果及分析1.仿真結(jié)果此仿真可以對(duì)很多電量進(jìn)行分析，如負(fù)載電壓、負(fù)載電流、晶閘管電壓電流等

9、，詳細(xì)情況如下（截圖均為50ms仿真圖）：1.電源電壓U22.電源電流I23.電流IVT1、TVT4（兩者幾乎相同）.4.4.電流IVT2、IVT3（兩者幾乎相同）5.電壓IVT1、IVT4（兩者幾乎相同）6.電壓IVT2、IVT3（兩者幾乎相同）.5.7.負(fù)載電壓Ud8.負(fù)載電流Id2.仿真結(jié)果分析該仿真總共仿真了100ms，最小步長(zhǎng)為2us，總用時(shí)35.3秒，結(jié)果鑒于西安交通大學(xué)王兆安、黃俊主編的《電力電子技術(shù)》第4版，第2章整流電路中的2.1節(jié)單相可控整流電路，基本滿意，雖然有些許誤差，比如電源電流I2，每個(gè)晶閘管的電流都會(huì)出現(xiàn)尖峰電流現(xiàn)象。這是因?yàn)?/p>

10、這里用的都是詳細(xì)理想模型，而實(shí)際電路中不可避免的存在有功損耗，這樣