基于simulink的電力電子系統(tǒng)仿真(付俊章朝劍)-閱讀頁
2025-07-07 01:30本頁面
【正文】 a b圖36 a)升壓斬波電路的原理圖 b)工作波形圖建立如圖37升壓斬波電路模型：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5歐。（1）：根據(jù)直流升壓變流器原理電路圖建立交流器的仿真模型，如圖52a所示。脈沖寬度為50%，C的值為100uF。 37 直流升壓變流器仿真模型 逆變電路 SPWM逆變電路PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用十分廣泛，目前中小功率的逆變電路幾乎都采用了PWM技術(shù)。PWM逆變電路也可以分為電壓型和電流型兩種。根據(jù)PWM控制的基本原理，如果給出逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)，PWM波形中個(gè)脈沖的寬度和間隔就可以正確計(jì)算出來。與計(jì)算法相對(duì)應(yīng)的是調(diào)制法，即把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過信號(hào)波的調(diào)制得到所希望的PWM波形。因?yàn)榈妊遣ㄉ系乃綄挾群透叨瘸删€性關(guān)系而且左右對(duì)稱，當(dāng)它與任何一個(gè)平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交時(shí)，如果在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)電路中開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以得到寬度正比與信號(hào)波幅值的脈沖，這正好符合PWM控制的要求。在SWPM逆變電路中如圖38，自流側(cè)電壓饑為550V，調(diào)制正弦波頻率為50HZ，三角載波頻率為600HZ，全控功率器件選用MOSFLT，,仿真后電動(dòng)機(jī)的相電壓、線電壓、定子電流波形及相電壓、線電壓頻譜圖。建立三相電壓源型SPWM逆變器的仿真模型如圖39所示。用SPWM波形來作為逆變器的觸發(fā)脈沖。通過改變矩形脈沖的寬度可以控制逆變器輸出交流基波電壓的幅值，通過改變調(diào)制周期(即正弦波的周期)可以控制其輸出頻率，從而在逆變器上可以同時(shí)進(jìn)行輸出電壓幅值與頻率的控制，滿足變頻調(diào)速對(duì)電壓與頻率協(xié)控翻的要求。圖41 基于SPWM的交流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖(1)輸入給定：圖中的step模塊，它內(nèi)部屬性設(shè)為：零時(shí)刻輸出0．5，一秒時(shí)跳變?yōu)?．75。其目的是觀察給定變化對(duì)輸出的影響。Step模塊的輸出作為系統(tǒng)的頻率信號(hào)。再與clock模塊提供的時(shí)間變量相乘．輸入三相正弦波發(fā)生器(sin運(yùn)算模塊)；系統(tǒng)的電壓輸入信號(hào)（2*pi/3*[0,1,]）直接輸入sin模塊作為正弦波的幅值。三角渡頻率不變．所以是異步調(diào)制方式。wb設(shè)為2訂*60。實(shí)際系統(tǒng)中，SPWM波要送人驅(qū)動(dòng)電路．經(jīng)過整形，放大。在仿真系統(tǒng)中這一環(huán)節(jié)可以省略[8]．我們可以直接將生成的SPWM波(幅值設(shè)為I)乘上一系數(shù)220√2 后送人電動(dòng)機(jī)模型．而不必考慮驅(qū)動(dòng)電路和逆變器．因?yàn)榉抡孢^程中沒有電壓、電流的概念。(3)交流電動(dòng)機(jī)：S1MUL1NK提供了大量的實(shí)物仿真模塊。圖中的電機(jī)模塊就是一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)。額定頻率為60Hz。電動(dòng)機(jī)模塊不能單獨(dú)使用．必須加上Machines Measurement Demux模塊．該模塊是運(yùn)算模塊，與電動(dòng)機(jī)模塊的m端相連。使仿真效果更具備物理意義。 圖42 基于SPWM的交流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的SIMULINK模型 ACDCAC PWM 變換器這個(gè)變換器的主要功能是將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，采用SPWM控制策略，調(diào)壓控制器采用數(shù)字式PI控制，實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)逆變輸出的幅值，以滿足實(shí)際需要。6路IGBT模塊選用PSB庫的子庫 Power Electronics中的Universal Bridge 模型，只需把 Universal Bridge 的屬性 Power Electronics Dvice 改為IGBT/DIODE 即可。電壓調(diào)節(jié)模型采用Park變換[10]，把三鄉(xiāng)正弦信號(hào)轉(zhuǎn)化為dq0坐標(biāo)信號(hào)，變換后的消信號(hào)送入PI調(diào)節(jié)器，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)，信號(hào)還原成三相PWM信號(hào)。三相LC濾波器是由三相電感和電容組合封裝的一個(gè)模塊，如圖47圖 47 LC濾波器第五章 基于MATLAB/SIMULINK的仿真研究 SIMULINK仿真條件設(shè)置SIMULINK是一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。 SIMULINK模塊庫內(nèi)資源相當(dāng)豐富，基本模塊庫包括連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)非線性系統(tǒng)、信號(hào)與函數(shù)、輸入模塊、接收模塊等等，使用方便。在建成模型結(jié)構(gòu)后，就可以啟動(dòng)系統(tǒng)仿真功能來分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。 SIMULINK提供了幾乎所有的仿真過程中常用的算法，為我們應(yīng)用提供了極大的方便。1） 變步長(zhǎng)解法ode45: RungeKutta四、五階算法，是SIMULINK默認(rèn)算法。ode113:可變階次的Adams算法。ode23t:采用自由內(nèi)插法實(shí)現(xiàn)的梯形法。ode4:四階Runge Kutta算法。odel:歐拉法。本文所建的系統(tǒng)是含有一個(gè)微分方程的非線性系統(tǒng)，可以選用SIMULINK中的各種算法進(jìn)行仿真。 常用電力電子電路仿真結(jié)果及分析仿真并觀察結(jié)果。仿真參數(shù)設(shè)置完成后即可啟動(dòng)仿真，得到的仿真結(jié)果。整流后的電壓是直流，而且波形與三相輸入電壓波形相對(duì)應(yīng)。因?yàn)槭秦?fù)載是純電阻，整流后的電壓和電流波形相同，但Y軸坐標(biāo)不同。改變控制角可以改變?cè)诓煌刂平窃诓煌刂平窍抡髌鞯墓ぷ髑闆r。占空比為5。圖522b所示為電阻兩端的變換器輸出電壓的波形。一般既要減少輸出電壓的脈動(dòng)又要使電感不太大，可以采取的措施是提高斬波頻率和采用電容濾波。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)果圖5212 IGBT兩端電壓波形圖5213 輸出電壓波形 逆變電路的仿真結(jié)果及分析對(duì)多功能橋設(shè)為三相橋臂，三相在輸出端，開關(guān)器件選擇了IGBT。IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由PWM信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，在發(fā)生器對(duì)話框中，選擇了內(nèi)產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)的方式，當(dāng)然也可以采用外調(diào)制信號(hào)輸入方式，這時(shí)需要外加三相正弦調(diào)制信號(hào)。 圖5214 逆變器輸出的三相帶那里波形 圖5215 IGBT承受的電壓圖5216 逆變器輸出線電壓ab電壓波形圖5217 IGBT通過的電流雖然逆變器產(chǎn)生的交流波形有不怎么平滑，但已經(jīng)證實(shí)了此電路的正確性. 電力電子應(yīng)用系統(tǒng)仿真結(jié)果及分析 基于SPWM的交流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)電路的仿真結(jié)果及分析系統(tǒng)模型建構(gòu)完成后．用SIMULINK提供的仿真功能進(jìn)行仿真運(yùn)行。波形的疏密程度決定了輸出電壓的高低。隨著轉(zhuǎn)速的上升．轉(zhuǎn)子電流逐漸變小，轉(zhuǎn)矩也隨之下降．最后電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩再次達(dá)到平衡． N．m．這時(shí)轉(zhuǎn)速不再上升,穩(wěn)定在大約1250轉(zhuǎn)，由于系統(tǒng)采用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)供電，SPWM是一脈動(dòng)的電壓信號(hào)．并不是正弦波．因此 出的轉(zhuǎn)矩波形也是脈動(dòng)的。另外．由于電動(dòng)機(jī)慣性的作用．因此轉(zhuǎn)速波形沒有出現(xiàn)脈動(dòng)．轉(zhuǎn)速波形是平滑的。仿真時(shí)，步長(zhǎng)不能選擇變步長(zhǎng)的仿真參數(shù)。啟動(dòng)仿真，可以看到如下圖534 從上到下： 從波形上可以看出，負(fù)載電壓非常接近正弦波，著是由于LC濾波器大大減少了逆變電源輸出電壓的諧波。其新版本的仿真能力越來越強(qiáng)，現(xiàn)在只需在MATIAB下鍵入SIMULINK，然后打開相應(yīng)的工具箱，即可找到相應(yīng)的信號(hào)源、連接線、元器件。
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