【正文】 路的圖標(biāo)如圖 546所示。 第 5章 電力電子電路仿真分析 (4) “電力電子開關(guān)” (Power Electronic device)下拉框：選擇三電平橋式電路中的電力電子開關(guān)種類，有 4種開關(guān)可供選擇，即 GTODiode、 MosfetDiode、 IGBTDiode和理想開關(guān)。 (3) “緩沖電路電容值” (Snubber capacitance Cs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電容值，單位為 F。 第 5章 電力電子電路仿真分析 圖 545 三電平橋式電路模塊參數(shù)對話框 第 5章 電力電子電路仿真分析 (2) “緩沖電路阻值” (Snubber resistance Rs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電阻值，單位為 Ω。 3. 參數(shù)設(shè)置 雙擊三電平橋式電路模塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框，如圖 545所示。箝位中性點(diǎn) N用于外電路的連接。電氣接口 A、 B、 C用于連接三相電源或整流變壓器的三相輸出。該模塊每一相由 4個(gè)開關(guān)設(shè)備 (Q1A、Q2A、 Q3A、 Q4A)、 4個(gè)反向并聯(lián)的二極管 (D1A、 D2A、 D3A、D4A)和 2個(gè)箝位二極管 (D5A、 D6A)組成，所有開關(guān)器件均忽略導(dǎo)通時(shí)間、下降時(shí)間和拖尾時(shí)間。從仿真波形圖上可以清楚觀察到電流最大時(shí)斷開開關(guān)導(dǎo)致的負(fù)荷過電壓和電壓最大時(shí)投入重合閘的沖擊電流。在仿真結(jié)束后雙擊示波器模塊，得到理想開關(guān)和 RL支路上的電流電壓如圖 543所示。 第 5章 電力電子電路仿真分析 圖 541 例 第 5章 電力電子電路仿真分析 圖 542 例 第 5章 電力電子電路仿真分析 (3) 仿真及結(jié)果。串聯(lián) RLC支路中，電阻 R?=?10 Ω，電感 L?=? H，電容 C?=?10 μF。雙擊定時(shí)器模塊，按圖 542設(shè)置開關(guān)初始為合閘狀態(tài)， s時(shí)開關(guān)斷開， s時(shí)再次合閘。 表 56 例 模 塊 名 提 取 路 徑 理想開關(guān)模塊 Id eal S witch SimPow erSyste ms/Pow er Elec tronics 電壓源 Vs SimPow erSyste ms/Electrical S ources 串聯(lián) RLC 支路 R 、 L 、 C SimPow erSyste ms/Eleme nts 電壓 表 模塊 Vc SimPow erSyste ms/Measureme nts 電流 表 模塊 I_load SimPow erSyste ms/Measurem e nts 信號分離模塊 Dem ux Simulin k/ Signa l Routing 示波器 Scop e Simulin k/Sinks 定時(shí)器模塊 T imer SimPow erSyste ms/Extra L ibr a ry /C ontrol Bl oc ks 第 5章 電力電子電路仿真分析 (2) 設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。開關(guān)未并聯(lián)緩沖電路，導(dǎo)通時(shí)電阻為 Ω，開關(guān)初始為合閘狀態(tài)， s時(shí)開關(guān)斷開， s時(shí)重合閘成功。 (5) “測量輸出端” (Show measurement port)復(fù)選框：選中該復(fù)選框，出現(xiàn)測量輸出端口 m，可以觀測理想開關(guān)模塊的電流和電壓值。 (4) “緩沖電路電容值” (Snubber capacitance Cs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電容值，單位為 F。 (3) “緩沖電路阻值” (Snubber resistance Rs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電阻值，單位為 Ω。該對話框中含有如下參數(shù)： (1) “內(nèi)部電阻” (Internal resistance Ron)文本框：單位為Ω，電阻值不能為 0。輸出接口 (m)輸出理想開關(guān)的電流和電壓測量值 [I12， V12]，其中電流單位為 A，電壓單位為 V。 2個(gè)電氣接口 (1， 2)與電路直接連接。 第 5章 電力電子電路仿真分析 圖 537 理想開關(guān)模塊的電路符號和伏安特性 (a) 電路符號； (b) 伏安特性 ＋ －V1 221g( a )I1 2I1 2V1 2g ＝ 1 導(dǎo) 通g ＝ 0 關(guān) 斷g ＝ 1 導(dǎo) 通g ＝ 0 關(guān) 斷O( b )第 5章 電力電子電路仿真分析 SimPowerSystems庫提供的理想開關(guān)模塊的圖標(biāo)如圖 538所示。在門極觸發(fā)時(shí)開關(guān)動(dòng)作是瞬時(shí)完成的。理想開關(guān)的特點(diǎn)是導(dǎo)通和關(guān)斷受門極控制，開關(guān)導(dǎo)通時(shí)電流可以雙向通過。圖中波形從上向下依次為電感電流、二極管電流、負(fù)荷電壓、絕緣柵極雙極性晶體管電流和電壓。開始仿真。 打開菜單 [SimulationConfiguration Parameters]，選擇ode23tb算法，同時(shí)設(shè)置仿真結(jié)束時(shí)間為 20 ms。串聯(lián) RLC支路為純感性電路，其中電感 L1?=?400 μH。絕緣柵極雙極性晶體管模塊采用圖 532所示的 SIMULINK的默認(rèn)設(shè)置。雙擊脈沖發(fā)生器模塊，按圖 534設(shè)置參數(shù)。 圖 533 例 第 5章 電力電子電路仿真分析 解： (1) 按圖 533搭建仿真電路模型，選用的各模塊的名稱及提取路徑見表 55。二極管并聯(lián)有一個(gè)值為 105 Ω的純電阻性緩沖電路。 第 5章 電力電子電路仿真分析 圖 532 絕緣柵極雙極性晶體管模塊參數(shù)對話框 第 5章 電力電子電路仿真分析 【 例 】 如圖 533所示，構(gòu)建升壓變換器電路，觀測升壓效果。緩沖電容值設(shè)為 0時(shí)，將取消緩沖電容；緩沖電容值為 inf時(shí)，緩沖電路為純電阻性電路。緩沖電阻值設(shè)為 inf時(shí)，將取消緩沖電阻。 (6) “初始電流” (Initial current Ic)文本框：與晶閘管相同。 (4) “電流減小到 10%時(shí)的下降時(shí)間” (Current 10% fall time Tf)文本框：單位為 s。 (2) “電感” (Inductance Lon)文本框：單位為 H，電感值不能為 0。 3. 參數(shù)設(shè)置 雙擊 IGBT模塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框，如圖 532所示。輸入接口 (g)為門極控制信號，控制 IGBT模塊的導(dǎo)通和關(guān)斷。 圖 531 絕緣柵極雙極性晶體管模塊的圖標(biāo) 第 5章 電力電子電路仿真分析 2. 外部接口 該模塊有 2個(gè)電氣接口、 1個(gè)輸入接口和 1個(gè)輸出接口。 IGBT模塊上并聯(lián)了 RC緩沖電路，緩沖電阻和電容的設(shè)置與其它器件相同。 IGBT在關(guān)斷時(shí)，有電流下降和電流拖尾兩段時(shí)間，下降時(shí)間內(nèi)電流減小到最大電流的 10%，經(jīng)過拖尾時(shí)間后 IGBT完全關(guān)斷。但對于商品IGBT來說，因?yàn)槠鋬?nèi)部已并聯(lián)了反向二極管，所以 IGBT并沒有反向阻斷能力。即使集電極 —發(fā)射極間電壓為正，但門極信號為 0(g?=?0)， IGBT也要關(guān)斷。 IGBT模塊的電路符號及外特性如圖 529所示。 圖 528 例 第 5章 電力電子電路仿真分析 絕緣柵極雙極性晶體管模塊 1. 原理與圖標(biāo) 絕緣柵極雙極性晶體管 (Insulted Gate Bipolar Transistor，IGBT)是一種受柵極信號控制的半導(dǎo)體器件。在仿真結(jié)束后雙擊示波器模塊，得到電力場效應(yīng)晶閘管 MOSFET和電容 C上的電流和電壓，如圖 528所示。 第 5章 電力電子電路仿真分析 圖 526 例 第 5章 電力電子電路仿真分析 圖 527 例 第 5章 電力電子電路仿真分析 (3) 仿真及結(jié)果。并聯(lián) RLC支路中， L?=? μH， R?=?1000 Ω。直流電壓源 VDC的幅值等于 24 V。 第 5章 電力電子電路仿真分析 圖 524 例 第 5章 電力電子電路仿真分析 圖 525 例 第 5章 電力電子電路仿真分析 雙擊二極管模塊，按圖 526設(shè)置參數(shù)。雙擊電力場效應(yīng)晶體管模塊，按圖 524設(shè)置參數(shù)。 第 5章 電力電子電路仿真分析 圖 523 例 第 5章 電力電子電路仿真分析 解： (1) 按圖 523搭建仿真電路模型，選用的各模塊的名稱及提取路徑見表 54。為了避免諧振電感、電流源和 Mosfet直接串聯(lián)，在電感 L上并聯(lián)了一個(gè) 1000 Ω的電阻。 (7) “測量輸出端” (Show measurement port)復(fù)選框：選中該復(fù)選框，出現(xiàn)測量輸出端口 m，可以觀測 MOSFET的電流和電壓值。 第 5章 電力電子電路仿真分析 圖 522 電力場效應(yīng)晶體管模塊參數(shù)對話框 第 5章 電力電子電路仿真分析 (6) “緩沖電路電容值” (Snubber capacitance Cs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電容值，單位為 F。 (5) “緩沖電路阻值” (Snubber resistance Rs)文本框：并聯(lián)緩沖電路中的電阻值，單位為 Ω。 (3) “內(nèi)接二極管電阻” (Internal diode resistance Rd)文本框：單位為 Ω，二極管模塊導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)接電阻值。該對話框中含有如下參數(shù)： (1) “導(dǎo)通電阻” (Resistance Ron)文本框：單位為 Ω。輸出接口 (m)輸出 MOSFET的電流和電壓測量值 [Id， Vds]，其中電流單位為 A，電壓單位為 V。 2個(gè)電氣接口 (d， s)分別對應(yīng)于 MOSFET的漏極和源極。 圖 520 電力場效應(yīng)晶體管模塊的電路符號及外特性 (a) 電路符號； (b) 外特性 (a) (b) 第 5章 電力電子電路仿真分析 SimPowerSystems庫提供的 MOSFET模塊的圖標(biāo)如圖 521所示。 第 5章 電力電子電路仿真分析 MOSFET模塊上反向并聯(lián)了一個(gè)二極管模塊，當(dāng) MOSFET模塊反向偏置時(shí)二極管模塊導(dǎo)通，因此在外特性上，正向?qū)〞r(shí)導(dǎo)通電阻是 Ron，反向?qū)〞r(shí)導(dǎo)通電阻是二極管模塊的內(nèi)電阻 Rd。MOSFET模塊在門極信號為正 (g0)且漏極電流大于 0時(shí)導(dǎo)通，在門極信號為 0時(shí)關(guān)斷。它具有開關(guān)頻率高、導(dǎo)通壓降小等特點(diǎn)，在電力電子電路中使用廣泛。圖中波形從上向下分別為脈沖信號、可關(guān)斷晶閘管電流、可關(guān)斷晶閘管電壓、電阻電流和電阻電壓。開始仿真。 打開菜單 [SimulationConfiguration Parameters]，選擇ode23tb算法，同時(shí)設(shè)置仿真結(jié)束時(shí)間為 s。直流電壓源VDC的幅值等于 100 V。雙擊二極管模塊，按圖 518設(shè)置參數(shù)。 表 53 例 模 塊 名 提 取 路 徑 可關(guān)斷晶閘管模塊 G1 SimPow erSyste ms/Pow er Elec tronics 二極管模塊 D1 SimPow erSyste ms/Pow er Elec tronics 直流電壓源 VDC SimPow erSyste ms/Electrical S ources 串聯(lián) RLC 支路 R 、 L 、 C SimPow erSyste ms//Ele ments 脈沖發(fā)生器模塊 P uls e Ge nera tor Simulin k/Source s 電壓測量模塊 VR SimPow erSyste ms/Measureme nts 電流測量模塊 IR SimPow erSyste ms/Measureme nts 信號分離模塊 Dem ux Simulin k/ Signa l Routing 示波器 Scop e Simulin k/Sinks 第 5章 電力電子電路仿真分析 (2) 設(shè)置模塊參數(shù)和仿真參數(shù)。二極管去掉緩沖電路，控制信號頻率為 500 Hz，占空比為 。 第 5章 電力電子電路仿真分析 【 例 】 如圖 516所示，構(gòu)建降壓變換器電路，觀測降壓效果。緩沖電容值設(shè)為 0時(shí)，將取消緩沖電容；緩沖電容值設(shè)為 inf時(shí)，緩沖電路為純電阻性電路。緩沖電阻值設(shè)為 inf時(shí)將取消緩沖電阻。 (6) “初始電流” (Initial current Ic)文本框：與晶閘管相同。 (4) “電流減小到 10%時(shí)的下降時(shí)間” (Current 10% fall time Tf)文本框：單位為 s。 (2) “電感 (Inductance Lon)文本框：單位為 H，當(dāng)電阻值為 0時(shí)，電感值不能為 0。 3. 參數(shù)設(shè)置 雙擊 GTO模塊，彈出該模塊的參數(shù)對話框，如圖 515所示。輸入接口 (g)為門極輸入信號。 第 5章 電力電子電路仿真分析 圖 514 可關(guān)斷晶閘管模塊的圖標(biāo) 第 5章 電力電子電路仿真分析 2. 外部接口 GTO模塊有 2個(gè)電氣接口、 1個(gè)輸入接口和 1個(gè)輸出接口。 GTO模塊的開關(guān)特性如圖 513(b)所示。當(dāng)