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Matlab在电力电子技术仿真中的应用

天津轻工业学院电气工程及自动化系 刘文良 王杰?? 2010年04月23日 ?? 收藏0

  1. 引言

  20世纪60年代发展起来的电力电子技术,使电能可以变换和控制,产生了现代各种高效、节能的新型电源和交直流调速装置,为工业生产、交通运输、楼宇、办公、家庭自动化提供了现代化的高新技术。为了更高效的利用电能,不断的有新控制技术和算法出现。那么如何验证这些算法的好坏呢?建立模型仿真是最有效,最经济的一种形式。

  在实际的工程应用中,我们要经常需要改善系统的运行性能,提高系统的效益。而系统又通常是复杂的非线性的,在仿真的基础上加以实现就比较容易。电力电子技术仿真的所有元件模型都包含在MATLAB的电力系统模块环境中。在MATLAB提示符下键入powerlib命令。这个命令将打开 simulink窗口。同时展示了电力系统模块工具箱中的不同子模块工具箱。在psb中几乎提供了组成电力系统的所有元件,元件模型丰富,包括:同步机,异步机,变压器,直流机,线性和非线性,有名的和标么值系统的,不同仿真精度的设备模型库,单相,三相的分布和集中参数的传输线,单相,三相断路器及各种电力系统的负荷模型,电力半导体器件库以及控制测量环节, 信号显示和模块连接等一般可以在simulink工具箱中找到。

  2. 电力电子变流技术——三相全桥整流仿真

  2.1整流器件

  晶闸管及电力晶体管等是主要的电力电子器件,也就是说没有这些器件就没有电力电子技术,电力电子技术的核心是电力变换也就是变流技术。通过对晶闸管等器件的控制从而实现电力变换。

  晶闸管整流是电力电子技术中最基础的变流技术,通过它可以实现电流从交流到直流的变换。在MATLAB仿真中可以由 SimPowersystem模块中提供的电力电子模块PowerElectronic中的Thyristor来提供仿真模块实现。

  2.2 模型建立

  三相桥式整流电路是电力电子变流技术中非常重要的一个功能,它不仅可以将交流电压转换成直流电压,以用作直流电动机的直流电源,还可调节电动机电枢电压以进行电动机的调速。在电力电子变流电路中,三相桥式整流电路应用十分广泛,鉴于它在工业应用中的广泛性,这里以一,这里以一个带感性负荷的三相桥式整流电路为例,介绍如何运用Matlab/Simulink对它进行仿真。三相桥式整流电路的原理图如图一所示:


  图一:三相桥式整流电路原理图

  根据原理可以利用Simulink内的模块建立图二所示的仿真模型。设置三个交流电压源Va、Vb、Vc相角依次相差120,得到整流桥的三相电源。用6个Thyristor构成整流桥,实现交流电压到直流电压的转换。6 pulse convertor产生整流桥的触发脉冲。6个pulse convertor从上到下分别给1到6号晶闸管触发脉冲。

  2.2 参数设置

  2.2.1 触发脉冲的设置

  给图二中的每个脉冲发生器(pulse generator)设合理的参数,从而获得三相整流桥所要求的触发脉冲。以使得触发角为30。为例,参数设置如下:

  A、周期(s)0.02

  B、脉冲占空比 25%

  C、幅值 0.1

  每个脉冲发生器这几项的参数设置均相同,不同之处在于开始时间start time的设置,这一参数用于设定触发角。为获得30。的触发角,可以设定脉冲发生器1的start time 为0.02/12+0.02/12。第i个 脉冲发生器(i=2,...,6)为0.02/12+0.02/12+0.02(i-1)/6。使得每个触发脉冲相差60度,实现整流触发。


  图二 仿真模型

  2.2.2 设置晶闸管的参数

  电路工作正常时,6个晶闸管的参数设置:

  电阻 0.1

  电感 10e-6

  直流电压源电压: 0

  初始电流 0

  缓冲电阻 103

  缓冲电容 0.1e-6

  2.2.3三相交流电源及负载设置

  三相交流电源参数及负载参数设置如下:

  负载参数设置如下:(阻感负载)

  电阻 0.2

  电感 20e-3

  电容 inf(使电源为感性)

  3 仿真结果分析

  3.1正常情况下的仿真

  首先对建立的正常情况下的仿真模型进行仿真,其仿真参数设置为:

  开始时间: 0.04s(晶闸管第一次触发时间);

  停止时间: 0.2s;

  仿真算法: 可变步长的数值微分公式算法。

  运行仿真程序可以得到正常的仿真波形如图三所示:


  图三 正常的电压仿真波形

  3.2故障波形仿真

  晶闸管出现故障的几率较大,共有四种故障分别为:



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电力电子? powerlib?

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