【正文】 器Extralibrary/controlblocks/synchronized6pulsegenerator觸發(fā)角設(shè)定Simulink/sources/constans傅里葉分析模塊Extra library/ Measurements/Fourier（3）建立三相橋式整流電路仿真模型圖312 三相橋式整流電路仿真模型2. 設(shè)置各項(xiàng)仿真參數(shù)設(shè)定此電路為電阻負(fù)載(R的值為10Ω、a=30176。)設(shè)置模型參數(shù)如下： 1) 電源參數(shù)設(shè)置：三相電源的電壓峰值為220V，可表示為“220*sqrt（2)”，頻率為50Hz，相位分別為0、120176。、240176。 2) 整流變壓器參數(shù)設(shè)置：一次繞組聯(lián)結(jié)(winding 1 connection)選擇Delta（D11)，線電壓為=220V=380V；二次繞組聯(lián)結(jié)(winding 2 connection)選擇Y，線電壓為100V=173V，在要求不高時(shí)變壓器容量、互感等其他參數(shù)保持默認(rèn)不變。3）同步變壓器參數(shù)設(shè)置：一次繞組聯(lián)結(jié)(winding 1 connection)選擇Delta（D11)，線電壓為380V；二次繞組聯(lián)結(jié)(winding 2 connection)選擇Y，線電壓為15V，其他參數(shù)保持默認(rèn)不變。4）三相晶閘管整流器參數(shù)設(shè)置：使用默認(rèn)值。5）6脈沖發(fā)生器設(shè)置：頻率為50Hz，脈沖寬度取1176。，取雙脈沖觸發(fā)方式。6) 觸發(fā)角設(shè)置：給定alph設(shè)置為30176。3．仿真并觀察結(jié)果。，數(shù)值算法采用ode15。啟動(dòng)仿真得到波形圖如下。圖313 輸出電壓、電流波形及其電壓平均值圖314 整流器輸入的三相線電壓波形將圖314所示三相電壓波形與圖313所示的整流電壓相比較，整流后的電壓是直流，一個(gè)周期內(nèi)有六個(gè)波頭且波形與三相輸入電壓波形相對(duì)應(yīng)。整流電壓平均值如圖313所示與理論計(jì)算值：相符。證明仿真波形是準(zhǔn)確的。因?yàn)槭请娮柝?fù)載，整流后的電壓和電流波形相同，但幅值不同。改變控制角可觀察在不同控制角下整流器的工作情況。圖315 整流變壓器二次側(cè)各相電流波形圖315中整流變壓器二次側(cè)各相電流波反映了晶閘管中流過(guò)電流的波形，由此波形可以看出，晶閘管一周期中有120176。處于通態(tài)，240176。處于斷態(tài)，由于負(fù)載為電阻，故晶閘管處于通態(tài)時(shí)的電流波形與相應(yīng)時(shí)段的ud波形相同。以變壓器二次側(cè)a相電流的波形為例，該波形的特點(diǎn)是，在VT1處于通態(tài)的120176。期間，ia為正，若ia波形的形狀與同時(shí)段的ud波形相同，在VT4處于通態(tài)的120176。期間，ia波形的形狀也與同時(shí)段的ud波形相同，但為負(fù)值。變壓器二次側(cè)b相和c相電流的波形與變壓器二次側(cè)a相電流的波形相同，只是相位不同，依次相差120176。a角的移相范圍是120176。，如果繼續(xù)增大至120176。，整流輸出電壓ud波形將全為零，其平均值也為零[5]。第4章 直流斬波電路的仿真直流斬波電路（DC Chopper）是一種將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電的電路。也稱為直流直流變換器（DC/DC Converter）。它有多種類型，這里主要介紹降壓變流器、升壓變流器的仿真[7]。 降壓斬波電路直流降壓變流器用于降低直流電源的電壓，使負(fù)載側(cè)電壓低于電源電壓，其原理電路如右圖所示。在開關(guān)器件V導(dǎo)通時(shí)，有電流經(jīng)電感L向負(fù)載供電，在V關(guān)斷時(shí)，電感L釋放儲(chǔ)能，維持負(fù)載電流，電流經(jīng) 圖41 原理圖負(fù)載和二極管VD形成回路。調(diào)節(jié)開關(guān)器件V的通斷周期，可以調(diào)整負(fù)載側(cè)輸出電流和電壓的大小。負(fù)載側(cè)輸出電壓的平均值為： （41）式（41）中T為V開關(guān)周期,為導(dǎo)通時(shí)間，為占空比。根據(jù)對(duì)輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同，斬波電路可有三種控制方式:（l） 保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，稱為脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Madulation,縮寫為PWM)或脈沖調(diào)寬型。（2） 保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開關(guān)周期T,稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。（3） 和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。降壓變流器的主電路的設(shè)計(jì)除要選擇開關(guān)器件和二極管外，還需要確定電感L的參數(shù)，電感參數(shù)的計(jì)算是復(fù)雜的，但采用仿真很方便。仿真的模型線路如下圖所示。圖42 降壓斬波電路模型在模型中采用了IGBT,IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，設(shè)定脈沖發(fā)生器的脈沖周期和脈沖寬度可以調(diào)節(jié)脈沖占空比。模型中連接多個(gè)示波器，用于觀察線路中各部分電壓和電流波形，并通過(guò)傅立葉分析來(lái)檢測(cè)輸出電壓的直流分量和諧波。1. 設(shè)直流降壓變流器電源電壓E=200V，輸出電壓=100V，電阻負(fù)載為5Ω。設(shè)計(jì)電感值。仿真步驟如下：（1） 在模型中設(shè)置參數(shù)，設(shè)置電源E電壓為200V，電阻的阻值為5Ω，脈沖發(fā)生器脈沖周期T=,脈沖寬度為50%，IGBT和二極管的參數(shù)可以保持默認(rèn)值。（2），算法采用ode15s。啟動(dòng)仿真，仿真波形如下。圖43 二極管兩端電壓和電流圖43所示二極管兩端電壓（圖上部），可也看到，在二極管關(guān)斷瞬間由于電感di/dt作用使二極管兩端出現(xiàn)尖峰。導(dǎo)通期間電感L釋放儲(chǔ)能，維持負(fù)載電流，電流下降（圖下部）。圖44 輸出電壓、電流及直流電壓波形圖44所示為電阻兩端的變換器輸出的電壓波形，電流波形以及經(jīng)傅立葉分析得到的輸出的電壓直流分量。由圖可知所設(shè)參數(shù)滿足降壓要求但是電壓的波動(dòng)很大。修改電感參數(shù)進(jìn)行多次仿真，可發(fā)現(xiàn)增大電感可以減少輸出電壓的脈動(dòng)，但電壓達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間被延遲?？梢圆扇〉拇胧┦翘岣邤夭l率和電容濾波。 升壓斬波電路直流升壓變流器用于需要提升直流電壓的場(chǎng)合，其原理圖如圖45所示。在電路中IGBT導(dǎo)通時(shí)，電流由E經(jīng)升壓電感L和V形成回路，電感L儲(chǔ)能；當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，電感產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)和直流電源電壓方向相同互相疊加，從而在負(fù)載側(cè) 圖45 原理圖得到高于電源的電壓，二極管的作用是阻斷IGBT導(dǎo)通是，電容的放電回路。調(diào)節(jié)開關(guān)器件V的通斷周期，可以調(diào)整負(fù)載側(cè)輸出電流和電壓的大小。負(fù)載側(cè)輸出電壓的平均值為: （42）式（42）中T為V開關(guān)周期,為導(dǎo)通時(shí)間，為關(guān)斷時(shí)間。升壓斬波電路之所以能使輸出電壓高于電源電壓，關(guān)鍵有兩個(gè)原因:一是L儲(chǔ)能之后具有使電壓泵升的作用，二是電容C可將輸出電壓保持住。在以上分析中，認(rèn)為V處于通態(tài)期間因電容C的作用使得輸出電壓Uo不變，但實(shí)際上C值不可能為無(wú)窮大，在此階段其向負(fù)載放電，U。必然會(huì)有所下降，故實(shí)際輸出電壓會(huì)略低于理論所得結(jié)果，不過(guò)，在電容C值足夠大時(shí)，誤差很小，基本可以忽略。直流升壓變流器的電感和電容的值設(shè)計(jì)，可以通過(guò)仿真來(lái)確定。已知直流電源200V，要求將電壓提升到400V，且輸出電壓的脈動(dòng)控制在5%以內(nèi)，負(fù)載的等值電阻為5Ω。設(shè)計(jì)一個(gè)直流升壓變流器，并選擇電感和電容參數(shù)值。仿真設(shè)計(jì)步驟如下：1. 根據(jù)直流升壓變流器原理圖建立變流器的仿真模型如圖所示。 圖46 升壓斬波電路模型2. 在模型中設(shè)置仿真參數(shù)：（1）設(shè)置電源E電壓為200V，電阻的阻值為5Ω。（2）脈沖發(fā)生器脈沖周期T=,脈沖寬度為50%。（3）IGBT和二極管的參數(shù)可以保持默認(rèn)值。（4），C的值為100181。F。3. 啟動(dòng)仿真，算法采用ode15s。仿真波形如圖47所示。圖47輸出電壓波形觀察仿真結(jié)果，可見在上述給定條件下輸出電壓幅值為400V,符合公式（42）的計(jì)算結(jié)果。說(shuō)明構(gòu)建的仿真模型的正確性。從仿真結(jié)果還可以看出選擇的參數(shù)基本滿足要求，只是輸出電壓存在波動(dòng)，如果需要進(jìn)一步減少輸出電壓波動(dòng)，可以提高脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖的周期，并選擇多組LC參數(shù)比較以得到更滿意的結(jié)果。第5章 三相交流調(diào)壓的仿真 三相交流調(diào)壓仿真基礎(chǔ)交交變流包括交流調(diào)壓和交交變頻。交流調(diào)壓是指不改變交流電壓的頻率而只調(diào)節(jié)電壓的大小的方法。交交變頻是通過(guò)電力電子電路的開關(guān)控制將工頻三相交流電改變?yōu)槠渌l率的單相或三相交流電，也稱直接變頻器和周波變流器，一般交交變頻器在改變頻率的同時(shí)也調(diào)節(jié)電壓的大小[3]。原理：兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)（圖51）后串聯(lián)在交流電路中，通過(guò)對(duì)晶閘管的控制就可控制交流電力。交流調(diào)壓線路有采用晶閘管器件的相位 圖51兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)控制和采用全控元件的PWM控制兩種方式，這里主要介紹晶閘管控制的交流調(diào)壓電路。由于電路建模中總是需要用到晶閘管反并聯(lián)分支電路，所以首先建立晶閘管反并聯(lián)分支電路模塊并進(jìn)行封裝。圖52 反并聯(lián)晶閘管分支電路交流調(diào)壓晶閘管控制角的移相范圍是180176。，=0176。的位置在電源電壓過(guò)零的時(shí)刻。在阻感負(fù)載時(shí)按控制角與負(fù)載阻抗角[φ=arctan(wL/R)]的關(guān)系，電路有兩種工作狀態(tài)。1．調(diào)壓器輸出電壓和電流的正負(fù)半周是不連續(xù)的，在這范圍內(nèi)調(diào)節(jié)控制角，負(fù)載的電壓和電流將隨之變化。2．時(shí)調(diào)壓器輸出處于失控狀態(tài)，即雖然控制角變化，但負(fù)載電壓不變，且是與電源電壓相同的完整正弦波。這是因?yàn)樽韪胸?fù)載電流滯后于電壓，因此如果控制角較小，在一個(gè)晶閘管電流尚未下降到零前，另一個(gè)晶閘管可能已經(jīng)觸發(fā)（但不能導(dǎo)通），一旦電流下降到零，如果另一個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖還存在，則該晶閘管立即導(dǎo)通，使負(fù)載上電壓成為連續(xù)的正弦波，出現(xiàn)失控現(xiàn)象。正因?yàn)槿绱私涣髡{(diào)壓器晶閘管必須采用后沿固定在180176。的寬脈沖觸發(fā)方式，以保證晶閘管能正常觸發(fā)。根據(jù)要求設(shè)計(jì)的交流調(diào)壓觸發(fā)電路如下：圖53 交流調(diào)壓觸發(fā)電路及分支模塊交流調(diào)壓器的觸發(fā)電路由同步、鋸齒波形成和移相控制等環(huán)節(jié)組成。電路的輸入端In1是同步電壓輸入端，同步電壓經(jīng)延遲Relay環(huán)節(jié)產(chǎn)生與同步電壓正半周等寬的方波，該方波經(jīng)斜率設(shè)定產(chǎn)生鋸齒波，鋸齒波與移相控制電壓（輸入端In2）疊加調(diào)節(jié)鋸齒波的過(guò)零點(diǎn)，再經(jīng)延遲Relay產(chǎn)生前沿可調(diào)，后沿固定的晶閘管觸發(fā)脈沖。三相交流調(diào)壓器有星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)的多種方案。其中星形聯(lián)結(jié)又有無(wú)中線和有中線兩種電路，三角形聯(lián)結(jié)有線路控制、支路控制和中點(diǎn)控制的不同電路。 無(wú)中線星形聯(lián)結(jié)調(diào)壓器無(wú)中線星形聯(lián)結(jié)三相交流調(diào)壓器的原理圖如圖54所示。建立其仿真模型，為了觀察方便在觸發(fā)模塊的移相控制端介入了一個(gè)控制角與移相控制電壓的變化函數(shù)。 圖54 原理圖 圖55無(wú)中線星形聯(lián)結(jié)三相交流調(diào)壓器仿真模型在電阻負(fù)載時(shí)三相交流調(diào)壓器的輸出電壓仿真結(jié)果如下圖所示。 （a） (b) 圖56 α=30176。和α=60176。時(shí)輸出從圖56（a）的三相波形中可以看到，在調(diào)壓器三相的各相中都有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通區(qū)間，輸出電壓（相電壓）應(yīng)為導(dǎo)通兩線電壓的1/2。隨著控制角的增加，同時(shí)有三個(gè)晶閘管導(dǎo)通的區(qū)間逐步減小，到時(shí)，如圖56(b)所示任何時(shí)間都只有兩相有晶閘管導(dǎo)通，導(dǎo)通是輸出相電壓等于導(dǎo)通兩相電壓的1/2。 支路控制三角形聯(lián)結(jié)調(diào)壓器由三個(gè)單相交流調(diào)壓電路組成，分別在不同的線電壓作用下工作。輸入線電流（即電源電流）為與該線相連的兩個(gè)負(fù)載相電流之和?？刂芶 角可連續(xù)調(diào)節(jié)流過(guò)電抗器的 圖57 原理圖電流，從而調(diào)節(jié)無(wú)功功率，移相范圍為90176。180176。建立其仿真模型。圖58 支路三角形聯(lián)結(jié)晶閘管控制電抗器仿真模型對(duì)三相晶閘管控制的電感支路進(jìn)行仿真，觀察電感支路與晶閘管控制角的關(guān)系。 （a） (b)圖59 三相交流調(diào)壓器輸出波形α=120176。 控制a 角可連續(xù)調(diào)節(jié)流過(guò)電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)無(wú)功功率。配以固定電容器，就可在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率，稱為靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(Static Var Campensator—SVC），用來(lái)對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以補(bǔ)償電壓波動(dòng)或閃變。這種裝置在電力系統(tǒng)中廣泛用來(lái)對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以補(bǔ)償電壓波動(dòng)或閃變。圖59(a)給出了α為120176。時(shí)輸入線電流的波形, 圖59(b)給出了α為120176。時(shí)TCR電路的負(fù)載相電流波形。從圖上可以看出電流滯后于電壓90176。，零狀態(tài)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊情況，以及穩(wěn)態(tài)電流波形。隨控制角的增加，電流減小，電抗器提供的感性無(wú)功減小，而無(wú)功補(bǔ)償裝置向電網(wǎng)提供的容性無(wú)功量增加。通過(guò)仿真可以直觀的研究線路無(wú)功補(bǔ)償量與LC參數(shù)的關(guān)系和控制相關(guān)的問(wèn)題。第6章 結(jié) 論從本文上述系統(tǒng)仿真結(jié)果波形可以看出，利用 SIMULINK對(duì)系統(tǒng)建模及仿真的結(jié)果(波形)具有真實(shí)性和極高的可信度。利用該方法還能對(duì)非常復(fù)雜的電路、電力電子變流系統(tǒng)、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。 系統(tǒng)的建模和實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程非常的相似，用戶不用進(jìn)行編程，也無(wú)需推導(dǎo)電路、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，就可以很快得到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果分析就可以將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)或?qū)?有關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改使系統(tǒng)達(dá)到要求的結(jié)果和性能，這樣就大大加快了系統(tǒng)的分析或設(shè)計(jì)過(guò)程[6] 。本文還反映出利用Matlab提供的電力系統(tǒng)工具箱，可以方便、快捷地對(duì)所研究的電力電子電路進(jìn)行各種暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)仿真。這對(duì)于電路工作狀態(tài)分析和電路設(shè)計(jì)指導(dǎo)都有很大幫助,尤其是Simulink在復(fù)雜的具有各種控制策略的電力電子系統(tǒng)方面有很大潛力。仿真結(jié)果的可靠性主要取決于系統(tǒng)Matlab模型的正確程度 ,但Simulink不能直接解決具有不同電路初始狀態(tài)的仿真問(wèn)題。隨著仿真技術(shù)在電力科學(xué)研究中的普及和發(fā)展,使用基于圖形界面仿真建模方式的仿真軟件Matlab適用范圍極廣,幾乎可用于所有工程領(lǐng)域的仿真[7]。隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、Internet技術(shù)以及軟件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的飛速發(fā)展，電力電子系統(tǒng)仿真軟件將向網(wǎng)絡(luò)化、專業(yè)化、實(shí)時(shí)化和具有更高的開放性、可移植性和可擴(kuò)展性方向發(fā)展。電力電子系統(tǒng)仿真軟件也將逐步向全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真和大規(guī)模實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)方向發(fā)展。致 謝 本論文得以順利完成，首先得感謝我的指導(dǎo)老師顏艷的悉心指導(dǎo)。顏老師具有深厚的理論功底、淵博的知識(shí)層面、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。在本課題的研究過(guò)程中，顏老師給我提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)和研究環(huán)境，教給我許多有用的理論知識(shí)和研究方法。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，顏老師提出了許多寶貴意見，并給予了認(rèn)真的指導(dǎo)。在即將畢業(yè)之際，特別感謝顏老師對(duì)我的關(guān)心和教導(dǎo)。謝謝顏老師，祝您身體健康，工作順利! 在中國(guó)石油大學(xué)學(xué)習(xí)期間，信息與控制工程學(xué)院的各位老師對(duì)我的精心教誨和指導(dǎo)，同學(xué)們對(duì)我不吝鼓勵(lì)和幫助，使我受益匪淺，在此一一作謝! 在四年的生活和學(xué)習(xí)中，感謝我的父母、家人和舍友，是他們?cè)诓粩喙膭?lì)我克服困難、積極上進(jìn)、做好每一件事。最后，對(duì)所有幫助和關(guān)心我的人表示感謝！參考文獻(xiàn)[1] 潘湘高. 基于MATLAB的電力電子電路建模仿真方法的研究. 計(jì)算機(jī)仿真，第20卷 第5期.[2] 薛定宇，／：清華大學(xué)出版社，2002.[3] ：機(jī)械工業(yè)出版社，2007. [4] 賀益康，：浙江大學(xué)出版社，2003.[5] ：中國(guó)電力出版社，2007. [6] 鄭亞民，／Simulink的整流濾波電路的建模與仿真[，2002.[7] 郭龍鋼，／(自然科學(xué)版)，第 26卷 第 5期.[8] 惠杰，王相鋒， ，2006：5759.[9] 鄧國(guó)揚(yáng)，（理工版)，第17卷 第1期.[10] 張占松，孫時(shí)生，伍言真．電路和系統(tǒng)的仿真實(shí)踐[M]．北京：科學(xué)出版社，2000．[11] Koki SnubberAssisted Series Resonant ZCSPFM High Frequency Inverter Link DCDC Converter with Voltage Multiplier. IEEE 2002．[12] Attia，John and Circuit Analysis using MATLAB. CRC Press LLC，