电力电子模型系统分析仿真结果及原理分析.docx
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电力电子模型系统分析仿真结果及原理分析
一、基于电力二极管半波不可控整流系统仿真
半波整流电路的工作原理:
电源电压E2,是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压,它的波形如图5-2(a)所示。
在0~K时间内,E2为正半周即变压器上端为正下端为负。
此时二极管承受正向电压面导通,E2通过它加在负载电阻上,在π~2π时间内,E2为负半周,变压器次级下端为正,上端为负。
这时二极管承受反向电压,不导通,负载R上无电压。
在π~2π时间内,重复0~π时间的过程,而在3π~4π时间内,又重复π~2π时间的过程…这样反复下去,交流电的负半周就被"削"掉了,只有正半周通过负载,在负载上获得了一个单一右向(上正下负)的电压,如上图所示,达到了整流的目的。
二、基于电力晶闸管半波可控整流系统仿真
原理:
电感对电流变化有抗拒作用。
流过的电感器件的电流变化时,在其两端产生感应电动势Ldi/dt,它的极性阻止电流增加,当电流减小时,它的极性反过来阻止电流减小。
这使得流过电感的电流不能发生突变。
当晶闸管处于断态时电路中电流为0,负载电压为0,电源电压全部加在晶闸管两端。
当晶闸管导通时,电源电压加在负载两端,但因电感的存在是电路中流过的电流不能突变,电路电流从0开始增加。
这时交流电源一方面供给电阻消耗的能量,一方面供给电感吸收的磁场能量。
到电源电压由正变负的过零点处,电路电流尚未降到零,因此晶闸管仍处于导通。
此后,电感中储存的能量逐渐释放,一方面供给电阻消耗的能量,另一方面维持电路电流流动。
当电路电流降为零时,电感能量释放完毕,晶闸管关断并立即承受反电压。
有上图可以看出,由于电感的存在延迟了晶闸管关断的时刻,并使得负载电压出现了负的部分。
三、基于可关断晶闸管半波可控整流系统仿真
原理:
可关断晶闸管尽管与普通晶闸管在结构和触发导通原埋上相同,但两者的关断原理及关断方式却截然不同。
普通晶闸管导通后欲使其关断,必须使正向电流低于维持电流IH,或施加反问电压强迫关断。
而可关断晶闸管导通后欲使其关断,只要在控制极上加负向触发脉冲即可。
这种关断原理上的区别就在于晶闸管导通之后的饱和状态不同。
普通晶闸管在导通之后即处于深饱和状态,而可关断晶闸管导通后只处于临界饱和状态,所以只要给控制极上加上负向触发信号即可关断。
四、基于IGBT的DC-DC升压系统仿真
基本原理:
DC-DC变换是将固定的直流电压变换成可变的高于输入电压的直流电压,也称为直流斩波。
首先假设电路中电感很大,电容也很大。
当IGBT处于通态时,电源向电感充电,充电电流基本恒定,同时电容上的电压向负载供电,因电容很大,基本保持输出电压为恒值。
当IGBT处于断态时电源和电感共同向电容充电,并向电阻提供能量。
五、基于IGBT的CUK斩波电路系统仿真
工作原理:
Cuk电路是一种可升降压的直流变换器电路,它基本可看成是升压电路和降压电路相结合产生的一种开关电路。
简述原理如下:
当0≤t≤t1时其等效电路如图1所示。
图1VT导通等效图图2VT关断等效图
晶体管VT导通,二极管D截止,假设这期间Ud不变,电路是稳态,C1足够大,则电感L1中的电感电流IL11线性上升到IL12
而电感L2的电流也从IL21线性上升到IL22
当t1≤t≤t2时
晶体管VT截止,二极管D导通,等效电路如图3-32所示。
此时电感L1中的电流IL12线性下降到IL11,此时电感L1中的电流IL12线性下降到IL11
而电感L2中的电流IL22也线性下降到IL21则有:
根据上述的分析,我们可推导出,
6、三相桥式全控整流电路仿真
电阻负载:
电阻R=1,电感L=0,电容为无穷大。
阻感负载:
电阻R=1,电感L=1e-3,电容为无穷大
工作原理:
三相桥式全控整流电路共有六个桥臂,在每一个时刻必须2个桥臂同时工作,才能够成通路,六个桥臂的工作顺序如图3。
现假定在时刻t1-t2(t1-t2的时间间隔为π/3电角度,既相当于一个周波的1/6)此时SCR1和SCR6同时工作(图3(a)中涂黑的SCR),输出电压即为VAB。
到时刻t2-t3可控硅SCR2因受脉冲触发而导通,而SCR6则受BC反电压而关闭,将电流换给了SCR2,这时SCR1和SCR2同时工作,输出电压即为VAC,到时刻t3-t4,SCR3因受脉冲触发而导通,SCR1受到VAB的反电压而关闭,将电流换给了SCR3,SCR2和SCR3同时工作,输出电压为VBC,据此到时刻t4-t5,t5-t6,t6-t1分别为SCR3和SCR4,SCR4和SCR5,SCR5和SCR6同时工作,加到负载上的输出电压分别为VBA,VCA,VCB,这样既把一个三相交流进行了全波整流,从上述分析可以看出,在一个周期中,输出电压有六次脉冲。
这种整流电路由于在每一瞬间都有两个桥臂同时导通,而且每个桥臂导通时间间隔为π/3,故对触发脉冲有一定要求,即脉冲的时间间隔必须为π/3,而且如果采用单脉冲方式,脉冲宽度必须大于π/3,如果采用窄脉冲,则必须采用双脉冲的方法,既在主脉冲的后面π/3的地方再出现一次脉冲。
七、三相SPWM逆变器的仿真
1、通用逆变器内部模块
2、SPWM逆变器仿真系统图
3、线电压和相电压仿真波形图
工作原理:
窄脉冲的面积相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,环节的输出响应波形基本相同。
在进行脉宽调制时,使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。
当正弦值为最大值时,脉冲的宽度也最大,而脉冲间的间隔则最小,反之,当正弦值较小时,脉冲的宽度也小,而脉冲间的间隔则较大,这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小,称为正弦波脉宽调制。
8、单相多电平PWM逆变
参数设置:
R=10,L=1e-9,脉冲1幅值为1、周期T=0.02s、脉冲宽度为40%,延迟时间为0;脉冲2幅值为1、周期T=0.02s、脉冲宽度为40%、延迟时间为0.01s;脉冲3幅值为1、周期T=0.02s、脉冲宽度为49%,延迟时间为0;脉冲4幅值为1、周期T=0.02s、脉冲宽度为49%,延迟时间为0.01;
参数设置:
R=10,L=1e-9,脉冲1幅值为1、周期T=0.02s、脉冲宽度为40%,延迟时间为0;脉冲2幅值为1、周期T=0.02s、脉冲宽度为40%、延迟时间为0.01s;脉冲3幅值为1、周期T=0.02s、脉冲宽度为50%,延迟时间为0;脉冲4幅值为1、周期T=0.02s、脉冲宽度为10%,延迟时间为0.014;脉冲3幅值为1、周期T=0.02s、脉冲宽度为50%,延迟时间为0.01;脉冲4幅值为1、周期T=0.02s、脉冲宽度为10%,延迟时间为0.024;
参数设置:
R=10,L=1e-9,脉冲1幅值为1、周期T=0.02s、脉冲宽度为40%,延迟时间为0;脉冲2幅值为1、周期T=0.02s、脉冲宽度为40%、延迟时间为0.01s;脉冲3幅值为1、周期T=0.02s、脉冲宽度为50%,延迟时间为0;脉冲4幅值为1、周期T=0.02s、脉冲宽度为20%,延迟时间为0.003;脉冲3幅值为1、周期T=0.02s、脉冲宽度为50%,延迟时间为0.01;脉冲4幅值为1、周期T=0.02s、脉冲宽度为20%,延迟时间为0.013;
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