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正文內(nèi)容

有源逆變電路建模與仿真-文庫(kù)吧資料

2024-09-07 23:02本頁(yè)面
  

【正文】 電源為連續(xù)源;在測(cè)量 “Measurement” 下拉選擇欄里選測(cè)量電壓還是不測(cè)電壓。參數(shù) “Phase” 是正弦電壓的初相角,單位為度 (176。如下圖所 示: 第 23 頁(yè) 共 49 頁(yè) 圖 仿真模型模塊的參數(shù)設(shè)置 對(duì)于工業(yè)交流電,其頻率 f= 50Hz,周期 T=1/f=l/50=,半周期 T/2=。附加的工具箱(單獨(dú)提供的專用 MATLAB函數(shù)集)擴(kuò)展了MATLAB環(huán)境,以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問(wèn)題。 MATLAB產(chǎn)品可以用來(lái)進(jìn)行數(shù)值分析、數(shù)值和符號(hào)計(jì)算、工程與科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真、數(shù)字圖像處理技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、財(cái)務(wù)與金融工程。 MATLAB大大降低了對(duì)使用者的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言知識(shí)的要求,而且編程效率和計(jì)算效率極高,還可在計(jì)算機(jī)上直接輸出結(jié)果和精美 的圖形拷貝,所以它的確為一高效的科研助手。不過(guò), MATLAB作為一種新的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言,要想運(yùn)用自如,充分發(fā)揮它的威力,也需先系統(tǒng)地學(xué)習(xí)它。其中包括:一般數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、數(shù)字信號(hào)處理、建模和系統(tǒng)控制和優(yōu)化 等應(yīng)用程序,并集應(yīng)用程序和圖形于一便于使用的集成環(huán)境中。為克服上述困難,美國(guó) Mathwork 公司于 1967 年推出了“ Matrix Laboratory”(縮寫為 MATLAB)軟件包,并不斷更新和擴(kuò)充。對(duì)多數(shù)科學(xué)工作者而言,同時(shí)具備這兩方面技能有一定困難。這些運(yùn)算一般來(lái)說(shuō)難以用手工精確和快捷地進(jìn)行,而要借助計(jì)算機(jī)編制相應(yīng)的程序做近似計(jì)算。 N的取值由波形的諧波分析展開(kāi)式確定。 第 19 頁(yè) 共 49 頁(yè) 輸出電流平均值為 DBdDdRRRRUEI???? ( 9) 式中, RB為變壓器繞組的等效電阻; RD為變流器直流側(cè)總電阻。 上述電路中, 晶閘管阻斷期間主要承受正向電壓, 而且最大值為線電壓的峰值。 三相橋式逆變電路一個(gè)周期中的輸出電壓由 6個(gè)形狀相同的波頭組成,其形狀隨 β 的不同而不同。有源 逆變工作狀態(tài)下,電路中輸出電壓的波形如圖 (b)實(shí)線所示。 電勢(shì) ED的極性由電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)決定,而變流器輸出電壓 Ud的極性則取決于觸發(fā)脈沖的控制角。 三相橋式有源逆變電路 圖 三相橋式有源逆變?cè)韴D TaV1bV3cV5udidV4V6V2LRM+-ED+-( a )第 18 頁(yè) 共 49 頁(yè) ( b)輸出電壓 ( c)觸發(fā)脈沖 ( d)晶閘管導(dǎo)通情況 圖 相關(guān)波形 三相橋式逆變電路結(jié)構(gòu)如圖 (a)所示。逆變電路中,晶閘管之間的換流完全由觸發(fā)脈 沖控制,其換流趨勢(shì)總是從高電壓向更低的陽(yáng)極電壓過(guò)渡。變流器整流工作時(shí),α <π /2, 相應(yīng)的 β >π /2, 而在逆變工作時(shí), α >π /2而 β <π /2。 為分析和計(jì)算方便,通常把逆變工作時(shí)的控制角改用 β 表示,令 β =π α ,稱為逆變角。因電感 L 足夠大,故主回路電流連續(xù), V1導(dǎo)電 120176。依次觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管,如圖 (b)在 ω t1時(shí)刻觸發(fā) a 相晶閘管 V1,雖然此時(shí) ua=0,但晶閘管 V1因承受 ED 的作用,仍可滿足導(dǎo)電條件而工作,并相應(yīng)輸出 ua相電壓。此時(shí)電流 Id從 Ud的正端流出,從 ED的正端流入,能量的流轉(zhuǎn)關(guān)系為交流電網(wǎng)輸出能量, 電機(jī)吸收能量以電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行。的情況,輸出電壓瞬時(shí)值均為正,其平均電壓自然為正值。因負(fù)載回路中接有足夠大的平波電感,故電流連續(xù)。 三相半波有源逆變電路 圖 ( a)整流工作狀態(tài) ( b) 逆變工作狀態(tài) 圖 ( 1) 電路的整流工作狀態(tài)( 0< α <π /2) 圖 (a)所示電路中, α =30176。 第 16 頁(yè) 共 49 頁(yè) 上述兩個(gè)條件必須同時(shí)具備才能實(shí)現(xiàn)有源逆變。它是使電能從變流器的直流側(cè)回饋交流電網(wǎng)的源泉,其數(shù)值應(yīng)稍大于變流器直流側(cè)輸出的直流平均電壓。 ( 1) 外部條件 務(wù)必要有一個(gè)極性與晶閘管導(dǎo)通方向一致的直流電勢(shì)源。當(dāng) α >π /2時(shí),只要滿足 Ed> |u2|,晶閘管就可以導(dǎo)通工作,在此期間,電壓 ud大部分時(shí)間均為負(fù)值, 其平均電壓 Ud自然為負(fù),電流則依靠電機(jī)電勢(shì) ED及電感Ld 兩端感應(yīng)電勢(shì)的共同作用加以維持。顯然,這時(shí)電動(dòng)機(jī)為發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行, 對(duì)外輸出電能,變流器則吸收上述能量并饋送回交流 電網(wǎng)去,此時(shí)的電路進(jìn)入到有源逆變工作狀態(tài)。如果變流器 仍工作在 α <π /2 的整流狀態(tài),從上面曾分析過(guò)的電源能量流轉(zhuǎn)關(guān)系不難看出,此時(shí)將發(fā)生電源間類似短路的情況。注意,此時(shí)電路處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),與電路切斷、電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)具有本質(zhì)的不同。在該電壓作用下,直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),卷?yè)P(yáng)機(jī)將重物提升起來(lái),直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的反電勢(shì)為 ED,且 ED略小于輸出直流平均電壓 Ud,此時(shí)電樞回路的電流為 REUI Ddd ?? ( 4) V 1V 2V 3V 4+-u dL d I dM-+E DRa重物( a )V 1V 2V 3V 4+-u dL d I dM-+E DRa重物( b )n n第 15 頁(yè) 共 49 頁(yè) ( 2) 中間狀態(tài)( α =π /2) 當(dāng)卷?yè)P(yáng)機(jī)將重物提升到要求高度時(shí),自然就需在某個(gè)位置停住,這時(shí)只要將控制角 α 調(diào)到等于π /2的位置,變流器輸出電壓波形中,其正、負(fù)面積相等,電壓平均值Ud為零, 電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) ,反電勢(shì) ED也同時(shí)為零。 (3) 兩個(gè)電源反極性相連,如果電路的總電阻很小,將形成電源間的短路, 應(yīng)當(dāng)避免發(fā)生這種情況。 (2) 電流從電源的正極流出,該電源輸出電能;而電流從電源的正極流入,該電源吸收電能。 綜上所述 ,可得出以下結(jié)論: (1) 兩電源同極性相連,電流總是從高電勢(shì)流向低電勢(shì)電源, 其電流的大小取決于兩個(gè)電勢(shì)之差與回路總電阻的 比值。 ( 3) 在圖 (c)中,兩個(gè)電源反極性相連, 則電路中的電流 I為 R IE 1 E 2( a )R IE 1 E 2( b )R IE 1 E 2( c )第 14 頁(yè) 共 49 頁(yè) REEI 21 ?? (3) 此時(shí)電源 E1和 E2均輸出電能,輸出的電能全部消耗在電阻 R 上。 ( 2) 在圖 (b)中,兩個(gè)電源的極性均與圖 (a)中相反,但還是屬于兩個(gè)電源同極性相連的形式。此時(shí)電源 E1輸出電能 E1I,其中一部分為 R所消耗的 I2R,其余部分則為電源 E2所吸收的 E2I。 ( a)同極性連接 E1E2; (b) 同極性連接 E2E1; (c) 反極性連接 圖 兩個(gè)電源間能量的傳送 ( 1) 圖 (a)表示直流電源 E1和 E2同極性相連。即同一套電路, 既可以工作在整流狀態(tài),也可以工作在逆變狀態(tài), 這樣的電路統(tǒng)稱為變流裝置。 相對(duì)于整流而言,逆 變是它的逆過(guò)程 。例如,應(yīng)用晶閘管的電力機(jī)車,當(dāng)機(jī)車下坡運(yùn)行時(shí),機(jī)車上的直流電機(jī)將由于機(jī)械能的作用作為直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行,此時(shí)就需要將 直流電能變換為交流電能回送電網(wǎng),以實(shí)現(xiàn)電機(jī)制動(dòng)。 研究的目標(biāo)、內(nèi)容 我們知道,在工程實(shí)際中, 有源逆變電路 的結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜,如果不借助專用的系統(tǒng)建模軟件,則很難準(zhǔn)確地把一個(gè) 有源逆變電路 的復(fù)雜模型 進(jìn)行分析 , MATLAB 語(yǔ)言是一種功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和仿真語(yǔ)言,尤其它提供的 SIMULINK仿真工具具有圖形化、模塊化的界面,易于實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的仿真,因而倍受人們的青睞。 附加模塊組則包括了上述各模塊組中的各個(gè)附加子模塊組。 第 11 頁(yè) 共 49 頁(yè) 圖 ( Machines) 模塊組 ( 6):連接器( Conectors)模塊組 連接器模塊組包括 10個(gè)常用的連接器模塊。 圖 ( Elements)模塊組 ( 4):電力電子( Power Electronics)模塊組 電力電子模塊組包括理想開(kāi)關(guān),二極管, 晶閘管 ,可關(guān)斷晶閘管,功率 MOS 效應(yīng)管,絕緣門極晶體管等模塊。 圖 ( Electrical sources)模塊組 ( 2):測(cè)量( Measuements)模塊組 測(cè)量模塊組包括電壓表,電流表,阻抗表,多用表模塊組和各種附加的子模塊組等基本模塊。 在該模塊庫(kù)中有很多模塊組,主要有電源( Electrical sources),元件( Elements),電力電子( Power Electronics),電機(jī)系統(tǒng)( Machines) ,連接器( Conectors),測(cè)量( Measuements),附加( Extras),演示( Demos)模塊組等。 圖 Simulink 模型庫(kù)界面 ( 1):連續(xù)模塊組及其用途 連續(xù)模塊組包括的主要模塊及其圖標(biāo) 如圖所示 第 6 頁(yè) 共 49 頁(yè) 圖 連續(xù)模塊組 表 模塊名稱 模塊用途 Derivative 對(duì)信號(hào)輸入進(jìn)行微分 Integrator 對(duì)信號(hào)輸入進(jìn)行微分 Memory 輸出本模塊上一步的輸入值 StateSpace 建立一個(gè)線性狀態(tài)空間模型 Transfer F 建立一個(gè)線性傳遞函數(shù)模型 Transport Delay 對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行給定量的延遲 Varible Transport Dalay 對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行不定量的延遲 ZerpPole 以零極點(diǎn)形式建立一個(gè)傳遞函數(shù) 模型 ( 2):離散模塊組及其用途 第 7 頁(yè) 共 49 頁(yè) 圖 表 模塊名稱 模塊用途 模塊名稱 模塊用途 Discrete 建立離散濾波器 DiscreteTime Intergrater 對(duì)一個(gè)信號(hào)進(jìn)行離散時(shí)間積分 Discrete StateSpace 建立一個(gè)離散狀態(tài)空間模型 FirstOrder Hold 建立一階采樣保持器 Discrete Transrer F 建立一個(gè)離散傳遞函數(shù) Unit Delay 對(duì)采樣信號(hào)保持,延遲一個(gè)采樣周期 Discrete ZeroPole 建立一個(gè)零極點(diǎn)形式離散傳遞函數(shù) ZeroOrder Hold 建立零階保持器 ( 3):函數(shù)與表模塊組及其用途 第 8 頁(yè) 共 49 頁(yè) 圖 表 模塊名稱 模塊用途 模塊名稱 模塊用途 LookUp Table 建立一維輸入信號(hào)巡查表 F 求取輸入信號(hào)的熟悉函數(shù)值 LookUp Table(2D) 建立兩維輸入信號(hào)巡查表 MATLAB F 用 MATLAB現(xiàn)有函數(shù)運(yùn)算 LookUp Table(nD) 建立 n 維輸入信號(hào)巡查表 SFunction 調(diào)用 s 函數(shù)的程序 proLookUp Index Search 查找輸入信號(hào)所在范圍 SFunction Builder S 函數(shù)生成器 Interpolation(nD)using PreLookUp 對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行內(nèi)差運(yùn)算 Polynomial 多項(xiàng)式求值 Direct LookUpTable(nD) 從表中選擇數(shù)據(jù) ( 4):數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊組 ( 5):非線性系統(tǒng)模塊組 ( 6):信號(hào)與系統(tǒng)模塊組 ( 7):模塊組輸出及 ( 8):輸入源模塊組 第 9 頁(yè) 共 49 頁(yè) POWER SYSTEM 簡(jiǎn)介 在 MATLAB 命令窗口中鍵入 powerlib 命令,則可以得到下圖的模塊庫(kù)。 Sinulink 環(huán)境下可以使用的電力系統(tǒng)仿真模塊庫(kù)( power system blockset)主要是由加拿大的 hydro Quebec 和 tecsim international 公司共同開(kāi)發(fā)的,其功能非常強(qiáng)大,可以用于電路電子系統(tǒng),電機(jī)系統(tǒng),電力傳輸系統(tǒng)等領(lǐng)域的仿真,提供一種類似電路搭建的方法用于系統(tǒng)模擬的繪制。 Simu 一詞表明它可以用于計(jì)算機(jī)模擬,而 link 一詞表明它能進(jìn)行系統(tǒng)連接,即把一系列模塊連接起來(lái),構(gòu)成復(fù)雜的系統(tǒng)模型。總之, 有源逆變 技術(shù)已經(jīng)涉及各行各業(yè),以及各種領(lǐng)域的電源設(shè)備。今后的電力系統(tǒng)必將是交、直流混合的系統(tǒng) 。當(dāng)前,研制高壓直流斷路器、研究多端直流系統(tǒng)的運(yùn)行特性和控制、發(fā)展多端直流系統(tǒng)、研究交直流并列系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理和控制,受到廣泛的關(guān)注。首先把交流電整流
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