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1、Power现Electronics代电 力 电 子学院： 姓名： 学号：联系方式：技术目录1 绪论电力电子实验仿真背景1.1.1 电力电子技术概述11.1.2 电力电子技术的应用11.1.3 国内外电力电子技术发展概况2计算机仿真的意义本文研究的重要内容52 SILIK模型库及使用2.1 SIMULINK的模块库简介2.2 电力系统模块库的简介63 SIMULNK仿真的环节73 交流直流变流器(整流器） 三相桥式全控整流电路93.1 电路构造及工作原理93. 三相桥式全控整流电路建模933 仿真与分析104 结论22 绪论电力电子实验仿真背景11. 电力电子技术概述电能是现代工农业、交通运送、
2、通信和人们平常生活不可缺少的能源。电能一般分为直流电和交流电两大类，现代科学技术的发展使人们对电能的规定越来越高，不仅需要将交流电转变成直流电,直流电转变成交流电，以满足供电电源与用电设备之间的匹配关系,还需要通过对电压、电流、频率、功率因数夫和谐波等的控制和调节，以提高供电的质量和满足多种各样的用电规定，这些规定在电力电子技术浮现之前是不也许实现的。随着现代电力电子技术的发展，多种新型的电力电子器件的研究、开发和应用，使人们可以用电力电子变流技术为多种各样的用电规定提供高品质的电源,提高产品的质量和性能,提高生产效率,改善人们的生活环境。将来从电网得到的工频电能大部分都需要通过电力电子装置的
3、二次变换解决，电力电子的应用领域将越来越广阔。1.1 电力电子技术的应用电力电子技术重要涉及电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。近年来，功率变流技术得到了迅猛发展,通过变流技术解决的电能在整个国民经济的耗电量中所占比例越来越大，成为其她工业技术发展的重要基本。电力电子技术应用非常广泛,举例如下：（1)电气传动电力电子技术是电动机控制技术发展的最重要的物质基本,电力电子技术的迅猛发展促使电动机控制技术水平有了突破性的提高。运用整流器或斩波器获得可变的直流电源，对直流电动机电枢或励磁绕组供电,控制直流电动机的转速和转矩，可以实现直流电动机变速传动控制。运用逆变器或交交直接变频器对交流
4、电动机供电，变化逆变器或变频器输出的频率和电压、电流,即可经济、有效地控制交流电动机的转速和转矩,实现交流电动机的变速传动。交流电动机的变频调速在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器是实现交流变频调速的重要环节。变频器电源主电路均采用交流直流交流方案。工频电源通过整流器编程固定的直流电压，然后由大功率晶体管或IGBT构成的PM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。(2) 电源 工业和社会的各个领域需要不同种类的电源。例如，近年来以P-OSFE和IBT为主开关元件构成的逆变焊机获得了实质性进展
5、。不间断电源（UPS)被广泛的应用于计算机、通信、仪器设备、多种微电子系统及公共场合。（3) 电网进化技术近年来，随着电力电子装置的应用与普及,电网波形畸变日趋严重。老式的无源滤波措施难以应付日益严重的电网“公害”。人们从电力电子技术自身找到理解决的途径,这就是有源滤波器。（4) 电力系统应用高压直流输电(C）在输电线路的送端将工频交流变为直流,在受端再将直流变回工频交流。高压直流输电从主线上解决了输电系统的稳定性问题，减少了线路的武功消耗,实现了远距离、大功率高压直流输电。在高压直流输电系统中,它需在线路两端设立整流、逆变及无功补偿装置。综上所述，电力电子技术已经渗入到航天、国防、工农业生产
6、、交通、文教卫生、办公室自动化乃至于家庭的任何角落。随着着器件与变流电路的进步，电力电子技术的应用领域也将会有新的突破4。1.13 国内外电力电子技术发展概况电力电子技术就是采用功率半导体器件对电能进行转换、控制和优化运用的技术,它广泛应用于电力、电气自动化及多种电源系统等工业生产和民用部门。电子器件的特点之一就是开关控制,通态压降接近零，自身电耗小,与微机控制构成系统后,在对电能进行控制变换和调节的过程中都处在最高效率状态，因此,具有明显的节能效果。电力电子器件的发展大体分为三个阶段，从上世纪50年代的半控器件可控硅SC(SemiConuctrRectfer），发展到上世纪80年代后来的全控
7、器件GT(Gate Tunff hyrisor)、TR(GiantTransisor)、POWERMSFE(Pwer etalxie Semiconductor FeldEffe ranisto）,直至目前的第三代电力电子器件IB（nsatd GaeBilar rni)、 IGCT(Interated ate Commuced yristor）、S(SticIndutio Trassor）、CT(MOS CntrolldThysto)、SH(tt Inucinyritr)等。其发展趋势是电力电子器件的功率越来越大，开关频率越来越高。由电力电子器件构成的电力电子电路有ACDC、DCD、DC-A、
8、AC-C四种类型,可以进行变流、能量变换、变频，重要用于电机调速和电源系统。除工业上的轧机、矿井卷扬机、机床、造纸用电机的调速外,风机、水泵电机调速可节省大量电能。在电源领域,电解、电镀和冶金用大电流直流电源,电炉、电磁搅拌机及热解决用的低频、中频、高频交流电源,焊机电源和多种控制电源应用了电力电子技术后,节能效果明显，并大大减少了对原材料的消耗。 电力电子技术的发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并增进了电力电子技术在许多新领域的应用。0世纪8年代末期和0年代初期发展起来的、以功率E和IGT为代表的、集成频高压和大电流于一身的功率半导体复合器件表白老式电力电子技术已经进入现代电
9、力电子时代。 变流电路的基本功能是实现电能形式的转换。其基本形式有四种:整流电路、逆变电路、调压电路、斩波电路,如图所示：变流电路基本形式将交流电能转换为直流电能的电路，称为整流电路。由电力二极管可构成不可控整流电路。以往使用最以便的整流电路微晶闸管相控整流电路，其具有网侧功率因数低、谐波严重等缺陷。由全控型器件构成的M整流电路具有高功率因数等长处,近年来得到进一步发展与推广，应用前景广泛。将直流电能转换为交流电能的电路,称为逆变电路。逆变电路不仅能使直流变成可调的交流,并且可输出持续可调的工作频率。将一种直流电能转换成另一固定电压或可调电压的直流电的电路，称为斩波电路或DC-DC变换电路。斩
10、波电路大都采用PWM控制技术。将固定大小和频率的交流电能转换为大小和频率可调的交流电能的电路，称为调压电路或交流变换电路。交流变换电路可分为交流调压电路和交-交变频电路。交流调压电路在维持电能频率不变的状况下变化输出电压幅值。交-交变频电路亦称为周波变换器，它把电网频率的交流电直接变换成不同频率的交流电。近年来，以电力电子器件为基本的电气传动技术发展不久，从而为电机变频调速系统的开发和研制提供了先进的物质基本,给工业、民用业带来了无限的生机和活力,给国家节省了大量的能源,并且减少了环境污染。国际上自80年代变频调速器获得技术突破后，在许多领域得到广泛应用。比较有名的厂家重要有美国的罗宾康(RB
11、ION）公司、罗克韦尔(ROWL)自动化AB公司、GE公司,德国的西门子(SIEMENS)公司,瑞士的AB公司及法国ITOM公司等。由于电力电子技术的迅速发展，新的电力电子器件的浮现以及现代控制理论措施在调速控制系统中的应用,变频器仍处在不断完善中。国内电机驱动系统的能源运用率非常低,在电机能耗中,高压电机的能耗超过了70%，因而电机的节能得到了政府和公司的广泛关注。在电机领域,某些发达国家采用变频调速率已高达70%,而中国只有10%左右。因此,高压变频器市场发展前景十分广阔。计算机仿真的意义所谓仿真(simulion)指的是运用模型再现实际系统中发生的本质过程，并且通过上述模型的实验来研究已
12、存在的或筹划中的系统。换句话说,仿真就是运用模型对实际系统进行实验研究的过程。计算机仿真可以分为两个过程：建模与实验。所谓建模，就是根据研究对象的基本物理规律,对物理系统写出其运动规律的数学方程,即数学模型的过程。在建模过程中,数学模型代表的数学系统是实际系统在概念轴上的投影；建模的本质在于将所研究的系统投影到合适的概念轴上。换句话说，所建立的数学模型，事实上只是根据研究目的拟定的模型,是对系统某一方面本质属性的抽象描述。所谓实验就是运用模型对系统方程进行求解。对于数学仿真而言，其过程就是运用合适的程序语言将所研究的物理系统的数学模型编制成程序，并向其输入不同的条件进行计算的过程。目前在电力电
13、子设计领域使用的仿真软件大体可以分为如下几类：一类是通用电路仿真软件,例如Spc,SABE等;另一类是专用仿真软件，例如电力系统仿真软件EMTP和控制系统仿真软件ALIB等；第三类是专门为电力电子系统设计的仿真软件，例如为开关电源设计用的SIS等5。总之，运用计算机仿真的措施设计电力电子电路，可以提高设计工作的效率和质量。此时设计者可以将精力集中在设计而不是多种计算上,并且可以在硬件没有建立之前对系统进行研究、优化和对设计进行验证,进而为搭建成的硬件系统的实验与测试提供指引和协助。固然研究人员也应当清晰地理解运用多种仿真工具进行设计的局限性，避免导致错误的推断与设计8。本文研究的重要内容本论文
14、运用TLAB软件对电力电子系统中交流直流变流器的几种实现过程进行仿真分析得出仿真曲线。仿真用powrsys模型库中的二极管和晶闸管等模块来构建，对三相整流电路模型库中有6-pulse didebridge 、-plse tysor brd 、nversl bridge 等模块调用。 IMLINK模型库及使用TAB的SIMIK是很有特色的仿真环境,在此环境中,可以用点击拖动鼠标的方式绘制和组织系统或电路，并完毕对系统和电路的仿真。本来的MATLB 仿真编程是在文本窗口中进行的,编制的程序是一行行的命令和MATAB 函数,不直观也难以与实际的物理系统或电路建立形象的联系。在SIULIN环境中,系统
15、的函数和电路元器件的模型都用框图来体现,框图之间的连线则表达了信号流动的方向。我们只要学习图形界面的使用措施和熟悉模型库的内容，就可以很以便地使用鼠标和键盘进行系统和电路的仿真。ATAB 的工具箱已有极其丰富的内涵,目前重要简介系统仿真(SIMU） 和电力系统(Pwe stem lock)两个模块库。2.1 MLINK的模块库简介整个Smlin模块库是由各个模块组构成,原则的imuin模块库中,涉及：信号源模块组(Soure)、仪器仪表模块组(Sinks)、持续模块组( Continuo）、离散模块组（Discre)、数学运算模块组(Math）、非线性模块组（Noniner）、函数与表格模块组(Function&Tables )、信号与系统模块组(Sinl&Syses)和子系统模块组（ubystems）几种部分,此外尚有和各个工
