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1、电力电子技术第1章 电力电子器件1.1电力电子器件概述1.2功率二极管1.3晶闸管1.4功率场兹应晶体管下一页返回第2章 交流-直流变换电路2. 1单相可控整流电路2. 2三相可控整流电路2. 3相控整流电路的换相压降2. 4有源逆变电路2. 5无源逆变电路2. 6逆变器的SPWM控制技术上一页 下一页返回第3章 晶闸管触发电路3. 1对触发电路的要求3. 2单结晶体管触发电路3. 3同步信号为锯齿波的触发电路3. 4 KC04集成移相触发器3. 5六路双脉冲发生器KC41 C3. 6三相全控桥整流电路的集成触发电路上一页 下一页返回第4章 直流一直流变换电路4. 1直流变换的基本结构和工作原
2、理4. 2直流斩波器4. 3变压器隔离的直流一直流变换器上一页 下一页返回第5章 交流变换电路5. 1晶闸管交流开关电路5. 2交流调压电路5. 3交一交变频电路上一页 下一页返回第6章 电力电子技术工程项目设计6. 1项目设计大纲6. 2项目设计任务书6. 3晶闸管整流器项目设计指导书上一页 下一页返回第7章 MATLAB仿真7. 1典型电力电子器件的MATLAB仿真模型实训7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究7 .3直流一交流变换电路的仿真7. 4交流一交流变换电路的MATLAB仿真7.5直流一直流变换电路的MATLAB仿真上一页 下一页返回项目一 晶闸管导通关断实验上一页 下
3、一页返回项目二典型电力电子器件的测试实验任务一晶闸管的简单测试任务二功率场效应晶体管的检测方法上一页 下一页返回项目三 晶闸管触发电路的应用任务一单结晶体管触发电路实验任务二音乐彩灯控制器任务三调光灯上一页 下一页返回项目四 整流逆变应用任务一 磨床调速装置任务二 电力机车上一页 下一页返回项目五 开关电源任务一开关电源电路分析及检测任务二开关电源故障分析及检修方法的讨论上一页 下一页返回项目六 交流变换电路的应用任务一龙门铣床调速系统任务二变频电源使用与维护研究上一页返回第1章 电力电子器件1.1电力电子器件概述1.2功率二极管1.3晶闸管1.4功率场兹应晶体管返回1. 1 电力电子器件概述
4、1.1.1电力电子器件的概念电力电子器件是可直接于电能主电路中实现电能变换或控制的电子器件。广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两大类。1. 1. 2电力电子器件的基本模型电力电子器件可以抽象成图I一I所示的理想开关模型，它有三个电极，其中A和B代表开关的两个主电极，K是控制开关通断的控制极。1. 1. 3电力电子器件的基本特性及分类电力电子器件种类繁多，其结构特点、工作原理、应用范围各不相同，但是在电力电子电路中它们的功能相同，都是工作在通、断状态。下一页返回1. 1 电力电子器件概述1.电力电子器件的基本特性1)电力电子器件一般都工作在开关状态。2)电力电子器件的开关状态由外电路
5、(驱动电路)来控制。3)在工作中器件的功率损耗(通态、断态、开关损耗)很大，为防止器件温度过高而损坏，一般都要安装散热器。2.电力电子器件的分类按照开关控制特性分为:1)半控型器件，例如晶闸管。2)全控型器件，例如GTO (门极可关断晶闸管)、GTR(电力晶体管)、电力MOSFET(电力场效应晶体管)IGBT(绝缘栅双极晶体管)。3)不可控器件，例如电力二极管。上一页 下一页返回1. 1 电力电子器件概述按照控制信号的特性分为:1)电压驱动型器件，例如IGBT, MOSFET。2)电流驱动型器件，例如晶闸管、GTO, GTR根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的有效信号波形分为:1)
6、脉冲触发型，例如晶闸管、GTO。2)电子控制型，例如GTR, MOSFET, IGBT。按照电力电子器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为:1)单极型器件，例如电力二极管、晶闸管、GTO, GTR2)双极型器件，例如MOSFET, IGBT。3)复合型器件，例如MCT (MOS控制晶闸管)。上一页 下一页返回1. 1 电力电子器件概述3.电力电子器件的优缺点电力二极管:结构和原理简单，工作可靠。晶闸管:承受电压和电流容量在所有器件中最高。IGBT:开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，驱动功率小。缺点:开关速度低于电力MOSFET，电压、电流容量不
7、及GTO。GTO:电压、电流容量大，适用于大功率场合，其通流能力很强。缺点:电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低。MOSFET:开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题。缺点:电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10 kW的电力电子装置。上一页返回1.2 功率二极管1. 2. 1功率二极管的结构和工作原理1.元件结构普通功率二极管由N型半导体和P型半导体结合构成的，如图1 -2所示。在PN结的P型端引出的电极称为阳极A，在N型端引出的电极称为阴极K。功率二极管主要有螺栓型和平板型
8、两种外形结构，如图1一3 ( a)、图1一3(b)所示。2.工作原理功率二极管的工作原理和普通二极管一样，当受到正向电压作用时，PN结导通，正向压降很小;当二极管处于反向电压作用时，PN结截止，仅有极小的漏电流流过二极管。下一页返回1.2 功率二极管1.2.2二极管的伏安特性图1 -4所示是电力二极管的伏安特性曲线。从图中可知电力二极管具有单向导电性。1.2.3功率二极管的主要参数1.额定正向平均电流式IdD(额定电流)IdD是指在规定的环境温度和标准散热条件下，管子允许长期通过的最大工频半波电流的平均值。元件标称的额定电流就是这个电流。在实际应用中应按照流过二极管实际波形与工频正弦半波平均电
9、流的有效值(热效应)相等的原则来选取额定电流。上一页 下一页返回1.2 功率二极管2.正向压降U(管压降)U是指在规定温度下，流过稳定的额定电流时所对应的正向压降。3.反向重复峰值电压认URRM额定电压)在额定温度条件下，元件反向伏安特性曲线的转拆处对应的反向电压称为反向不重复峰值电压URSM ， URSM的80%称为反向重复峰值电压URRM(额定电压)，它是功率二极管能重复施加的反向最高电压。一般在选用功率二极管时，以其在电路中可能承受的反向峰值电压的2一3倍来选择额定电压。1.2.4功率二极管的型号和选择原则1.功率二极管的型号国产普通功率二极管的型号规定如图1一5所示。上一页 下一页返回
10、1.2 功率二极管2.功率二极管的选择原则(1)选择额定正向平均电流IdD的原则在规定的室温和冷却条件下，要求所选管子的额定电流IdD对应的有效值IdM大于管子在电路中实际可能通过的最大电流有效值IdM ，即IdM Idm. 。所以首先要根据电路结构确定IdM ，从而求得IdM,(2)选择额定电压URRM的原则选择功率二极管的反向重复峰值电压等级(额定电压)应为管子在所工作的电路中可能承受的最大反向电压IdM的2 3倍，即:上一页 下一页返回1.2 功率二极管1. 2. 5功率二极管的其他派生器件1.快恢复二极管快恢复二极管的特点是恢复时间短，尤其是反向恢复时间短，一般在5s以内，用于反向恢复
11、时间短的电路中，如用于与可控开关配合的高频电路中。2.肖特基二极管肖特基二极管是以金属和半导体接触形成的二极管，其反向恢复时间更短，一般为10 40 ns，其开关损耗和正向导通损耗都很小。上一页返回1. 3 晶闸管1. 3. 1晶闸管的结构晶闸管是一种具有3个PN结的大功率4层半导体器件，其结构和电气符号如图1一6所示。晶闸管常用的有螺栓式、平板式两种。图1 -6 (a)示出了塑封式、螺栓式和平板式晶闸管的外形。晶闸管的结构如图1 -6 (b)所示。由P,层和N:层引出的两个电极，分别为阳极A和阴极K。由P2层引出的电极是门极G，也称控制极。从晶闸管的结构图可知，晶闸管的内部可以看成是由3个二
12、极管连接而成的。晶闸管的电气符号如图1一6 (c)所示。下一页返回1. 3 晶闸管1.3.2晶闸管的导通关断原理晶闸管内部是PNPN 4层结构，可以看成是由一个PNP型和一个NPN型晶体管连接而成的等效电路，连接形式如图1 -7所示。控制极的作用仅是触发晶闸管使其导通，导通之后，控制极就失去了控制作用。要想关断晶闸管，必须将阳极电流减小到使之不能维持正反馈的程度，也就是将晶闸管的阳极电流减小到小于维持电流。可采用的方法有:将阳极电源断开，改变晶闸管的阳极电压的方向，即在阳极和阴极间加反向电压。1.3.3晶闸管的特性1.晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性是指晶闸管阳、阴极间电压UA和阳极电流IA之
13、间的关系特性，如图1一8所示。上一页 下一页返回1. 3 晶闸管(1)正向特性晶闸管的正向特性又有阻断状态和导通状态之分。(2)反向特性晶闸管的反向特性是指晶闸管的反向阳极电压与阳极漏电流的伏安特性。2.晶闸管的开关特性晶闸管的开关特性如图1 -9所示。晶闸管的开通不是瞬间完成的，开通时阳极与阴极两端的电压有一个下降过程，而阳极电流的上升也有一个过程，这个过程可分为两段。上一页 下一页返回1. 3 晶闸管晶闸管的关断过程也如图1 -9所示。电源电压反向后，从正向电流降为零起到能重新施加正向电压为止的时间定义为器件的关断时间toff。通常定义器件的关断时间toff等于反向阻断恢复时间trr与正向
14、阻断恢复时间tgr之和，即1.3.4晶闸管的主要参数1.额定电压UTN及相关参数(1)正向重复峰值电压鱿UDRM;上一页 下一页返回1. 3 晶闸管在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可重复加在晶闸管两端的正向峰值电压称为正向重复峰值电压UDRM 。一般规定此电压为正向不重复峰值电压UDRM的80%。(2)反向重复峰值电压URRM 在控制极断路时，可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压称为反向重复峰值电压鱿URRM ，此电压取反向不重复峰值电压URSM的80%.(3)额定电压UTN 在晶闸管的铭牌上，额定电压是以电压等级的形式给出的，通常标准电压等级规定为:电压在1000V以下，每100 V为
15、一级，1000一3 000 V，每200 V为一级。上一页 下一页返回1. 3 晶闸管2.额定电流IT(AV)所谓通态平均电流是指在环境温度为40和规定的冷却条件下，晶闸管在导通角不小于170。电阻性负载电路中，当不超过额定结温且稳定时，所允许通过的工频正弦半波电流的平均值。将该电流按晶闸管标准电流系列取值，称为晶闸管的额定电流。3.通态平均电压UT(AV)在规定环境温度、标准散热条件下，通过额定电流时，晶闸管阳极和阴极间电压降的平均值，称通态平均电压(一般称管压降)，其数值按表1一1分组。从减小损耗和元件发热来看，应该选择UT(AV)较小的管子。实际当晶闸管流过较大的恒定直流电流时，其通态平
16、均电压比元件出厂时定义的值(如表1一1所示)要大1. 5 V左右。上一页 下一页返回1. 3 晶闸管4.维持电流IH和擎住电流IL在室温且控制极开路时，能维持晶闸管继续导通的最小电流称为维持电流IH 。维持电流大的晶闸管容易关断。给晶闸管门极加上触发电压，当元件刚从阻断状态转为导通状态时就撤除触发电压，此时元件维持导通所需要的最小阳极电流称为擎住电流IL 。对同一晶闸管来说，擎住电流IL是维持电流IH的3 5倍。5.门极触发电流ICT门极触发电流ICT汗为在室温且阳极电压为6V直流电压时，使晶闸管从阻断状态到完全开通所必需的最小门极直流电流。上一页 下一页返回1. 3 晶闸管6.门极触发电压认
17、UCT对应于门极触发电流时的门极电压叫做门极触发电压。对于晶闸管的使用者来说，为使触发器适用于所有同型号的晶闸管，触发器送给门极板的电压和电流应适当地大于所规定的ICT和UCT上限，但不应超过其峰值ICFM和UGFM门极平均功率PC和峰值功率(允许的最大瞬时功率PCM也不应超过规定值。7.通态电流临界上升率di/dt把在规定条件下，由门极触发晶闸管使其导通时，晶闸管能够承受而不损坏的通态电流的最大上升率称为通态电流临界上升率di/dt。晶闸管所允许的最大电流上升率应小于通态电流临界上升率。上一页返回1.4功率场效应晶体管1. 4. 1功率场效应晶体管的结构及工作原理1. P一MOSFET的结构
18、P - MOSFET主要采用立式结构，其3个外引电极为栅极G、源极S和漏极D，但不在芯片的同一侧，如图1一10所示。功率场效应管的导电沟道分为N沟道和P沟道，栅偏压为零时漏源极之间存在导电沟道的称为耗尽型;栅偏压大于零(N沟道)才存在导电沟道的称为增强型。几种功率场效应晶体管的外形如图1一11所示。图1一12是P一MOSFET的电气图形符号，图1一12 (a)表示N沟道功率场效应管，电子流出源极;图1一12 ( b)表示P沟道功率场效应管，空穴流出源极。下一页返回1.4功率场效应晶体管2. P一MOSFET的工作原理1)当栅源极电压UGS= 0时，栅极下的P型区表面呈现空穴堆积状态，不可能出现
19、反型层，无法沟通漏源。此时，即使在漏源之间施加电压，MOS管也不会导通。2)当栅源极电压0 UGS UT (UT为开启电压)时，栅极下面的P型区表面呈现耗尽状态，还是无法沟通漏源，此时MOS管仍保持关断状态，如图1一10(b)所示。3)当栅源极电压UGS UT时，栅极下面的硅表面从P型反型成N型，形成N型沟道把源区和漏区联系起来，从而把漏源沟通，使MOS管进入导通状态，如图1一10 (c)所示。上一页 下一页返回1.4功率场效应晶体管1.4.2 P一MOSFET的特性和主要参数1.转移特性转移特性是指在输出特性的饱和区内，维持UGS不变时， UGS与输出电流几之间的关系曲线，如图1一13 (a
20、)所示。2.输出特性P一MOSFET的输出特性如图1一13 ( b)所示，它反映的是当UGS一定时，输出电流ID与漏极电压UDS之间的关系。3.开关特性P - MOSFET的开关时间很短，影响开关速度的主要因素是器件的极间电容。P一MOSFET开关过程及开关时间如图1一14所示。上一页 下一页返回1.4功率场效应晶体管4.主要参数1) 通态电阻Ron :是指在确定的u GS下，P一MOSFET由线性导电区进入饱和恒流区时的直流电阻，它是影响最大输出功率的重要参数。2)开启电压UT是指沟道体区形成沟道所需的最低栅极电压。3)漏极击穿电压BuDS是为避免器件进入雪崩击穿区而设的极限参数。4)栅源击
21、穿电压BuCS :表征P一M()SFET栅源极间所能承受的最高正、反向电压。5)漏极连续电流IDS和漏极峰值电流IDM:是表征P一MOSFET在连续电流下和脉冲电流下的电流容量。上一页返回图1一1电力电子器件的理想开关模型返回图1 -2功率二极管的结构和电气符号返回(a)功率二极管的结构;(b)功率二极管的电气符号图1一3功率二极管的外形返回(a)螺栓型:(b)平板型图1一4功率二极管的伏安特性曲线返回图1一5电力二极管型号返回图1 - 6晶闸管的外形、结构和电气符号返回图1-7晶闸管导通、关断原理的等效电路返回图1一8晶闸管的伏安特性曲线返回图1一9晶闸管的开关特性返回表1一1晶闸管通态平均
22、电压分组返回图1一10 P一MOSFET立式结构示意图返回图1一11几种功率场效应晶体管的外形返回图1一12 P一MOSFET的电气图形符号返回图1-13 P-MOSFET的转移特性和输出特性返回图1-14 P-MOSFET开关过程及开关时间返回第2章 交流-直流变换电路2. 1单相可控整流电路2. 2三相可控整流电路2. 3相控整流电路的换相压降2. 4有源逆变电路2. 5无源逆变电路2. 6逆变器的SPWM控制技术返回2. 1单相可控整流电路2.1.1单相半波可控整流电路(电阻性负载)能实现将交流电能转换为直流电能的电路称为整流电路。在直流电动机的调速、同步电机的励磁、电焊等场合往往需要电
23、压大小可调的直流电源。利用晶闸管的可控单向导电性，控制其移向角能把交流电能变换成大小可调的直流电能，这种整流电路称为相控整流电路。1.电路结构图2一1 (a)是单相半波可控整流电路原理图，晶闸管作为开关元件，变压器Tr起变换电压和隔离的作用，用u1和u2分别表示一次和二次电压瞬时值，二次电压u2为50 Hz正弦波，波形如图2一1 (b)所示，其有效值为UZ。下一页返回2. 1单相可控整流电路2.工作原理在电源电压正半波(0-区间)，晶闸管承受正向电压，脉冲Ug在wt=a处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流id，负载上有输出电压ud。2)在wt=时刻，电源电压过零，晶闸管电流小于维持电流而
24、关断，负载电流为零。3)在电源电压负半波，uAK 0，晶闸管uAK U。在wt=a处触发晶闸管，使其导通，形成负载电流id，负载上有输出电压和电流，此间续流二极管VD承受反向阳极电压而关断。上一页 下一页返回2. 1单相可控整流电路2)在电源电压负半波，电感感应电压使续流二极管VD导通续流，此时电压u2 300时，负载电流断续，8=1500 +，输出电压平均值Ud为4)晶闸管承受的最大反向电压为电源线电压峰值，即 ，最大正向电压为电源相电压，即5)负载电流的平均值流过每个晶闸管的平均电流上一页 下一页返回2. 2 三相可控整流电路5.电路特点1) a=00时输出整流电压最大;增大a时，波形的面
25、积减小，即整流电压减小;当a=1500时，整流电压为零。所以，电阻性负载控制角a的移相范围为1500。2)当a300时，负载电流连续，每个晶闸管在一个周期中持续导通1200;当a 300时，负载电流断续晶闸管的导通角为=150-a。3)流过晶闸管的电流等于变压器的二次侧电流。4)输出整流电压ud的脉动频率为3倍的电源频率。2. 2. 2三相半波可控整流电路(阻一感性负载)1.电路结构三相半波共阴极阻一感性负载电路与波形图如图2 -8所示。上一页 下一页返回2. 2 三相可控整流电路2.工作原理当a300时，相邻两相的换流在原导通相的交流电压过零变负之前，工作情况与电阻性负载相同。当a300时，
26、假设a=600, VT1已经导通，在u相交流电压过零变负后，由于未到VT2的触发时刻，VT2未导通，在负载电感作用下VT1继续导通，输出电压ud 900的区域内，使红Ud0，如图2一18 (a), (b)所示，电动机M作电机运行。整流器输出功率，电机吸收功率电流值为上一页 下一页返回2. 4 有源逆变电路(3)全波整流电路工作在逆变状态整流电路的控制角a必须在9001800范围内变化，如图2一18 (c) , (d)所示。此时，电流Id为2.三相半波有源逆变电路图2一19为三相半波整流器带电动机负载时的电路，并假设负载电流连续。当a在90 0 1800范围内变化时，变流器输出电压的瞬时值在整个
27、周期内虽然有正有负或者全部为负，但负的面积总是大于正的面积，故输出电压的平均值Ud为负值.上一页 下一页返回2. 4 有源逆变电路3.三相桥式有源逆变电路三相全控桥式整流电路用作有源逆变时，就成了三相桥式逆变电路。三相桥式逆变电路的工作与三相桥式整流电路一样，要求每隔60。依次触发晶闸管，电流连续时，每个管子导通1200，触发脉冲必须是双窄脉冲或者是宽脉冲。直流侧电压计算公式为2. 4. 4有源逆变最小逆变角吞min的限制上一页 下一页返回2. 4 有源逆变电路1.逆变失败如果逆变角小于换流重叠角Y，即 Y时，从图2 - 20所示的波形中可清楚看到，换流还未结束，电路的工作状态到达uA与uB交
28、点P，从P点之后， uA将高于uB ，晶闸管T承受反压而重新关断，而应该关断的T1却承受正压而继续导通，从而造成逆变失败。2.最小逆变角min的选取1)换相重叠角Y随电路形式、工作电流的大小不同而不同，一般选取为tq电角度。2)晶闸管关断时间t、所对应的电角度。一般t、大的可达200 300s，拆算电角度为40一50.上一页 下一页返回2. 4 有源逆变电路3)安全裕量角 。考虑到脉冲调整时不对称、电网波动等因素影响，还必须有一个安全裕量角，一般选取为100。综上所述，最小逆变角min为上一页返回2. 5 无源逆变电路2. 5. 1电压型单相半桥逆变电路电压型半桥逆变电路结构及波形如图2 -2
29、1所示。它由两个导电臂构成，每个导电臂由一个全控器件和一个反并联二极管组成。在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容C1和C2，且满足C1= C2。设感性负载连接在A, 0两点间。T1和T2之间存在死区时间，以避免上、下直通，在死区时间内两晶闸管均无驱动信号。1.电压型逆变电路半桥逆变电路工作原理在一个周期内，电力晶体管T1和T2的基极信号各有半周正偏，半周反偏，且互补。若负载为阻感负载，设t2时刻以前，T1有驱动信号导通，T2截止，则UD=Ud/2。下一页返回2. 5 无源逆变电路2.电压型早相全桥还变电路全控型开关器件T1和T2构成一对桥臂，T2和T3构成一对桥臂，T1和T4同时通、断，T2
30、和T3同时通、断，两对桥臂各交替导通1800。T1(T4)与T2 (T3)的驱动信号互补，即T1和T4有驱动信号时，T2和T3无驱动信号时，反之亦然。图2 - 22所示是RL负载时的电路和波形。2. 5. 2电流型逆变电路1.电流型单相桥式逆变电路 当以频率f交替切换开关管T1, T4和T2 , T3时，则在负载上获得如图2一23 (b)所示的电流波形。输出电流波形为矩形波，与电路负载性质无关，而输出电压波形由负载性质决定。上一页 下一页返回2. 5 无源逆变电路 2.电流型三相桥式逆变电路导电方式为1200导通、横向换流方式，任意瞬间只有两个桥臂导通。导通顺序为T1一T2一T3一T4一T5一
31、T6，依次间隔600每个桥臂导通1200。这样，每个时刻上桥臂组和下桥臂组中都各有一个臂导通。输出电流波形与负载性质无关，输出电压波形由负载的性质决定(见图2 -24)。上一页返回2. 6 逆变器的SPWNI控制技术2. 6. 1 SPWM控制的基本原理(1) PWM产生原理将一个正弦波半波电压分成N等份，并把正弦曲线每一等份所包围的面积都用一个与其面积相等的等幅矩形脉冲来代替，且矩形脉冲的中点与相应正弦等份的中点重合，得到如图2 -25所示的脉冲列。这就是PWM波形。 (2) SPWM控制方式是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正
32、弦波或者其他需要的波形。下一页返回2. 6 逆变器的SPWNI控制技术2.6.2单极性SPWM控制方式(1)定义三角载波只在一个方向变化，得到的PWM波形也只在一个方向变化的控制方式称为单极性SPWM控制方式。(2)原理如图2一26所示为单相桥式PWM逆变电路原理图。(3)晶体管的控制规律调节调制信号u1的幅值可以使输出调制脉冲宽度作相应的变化，这能改变逆变器输出电压的基波幅值，从而可实现对输出电压的平滑调节;改变调制信号u1的频率则可以改变输出电压的频率。所以，从调节的角度来看，SPWM逆变器非常适用于交流变频调速系统。波形如图2一27。上一页 下一页返回2. 6 逆变器的SPWNI控制技术
33、2.6.3双极性SPWM控制方式1)定义:三角载波是正负两个方向变化，所得到的SPWM波形也是在正负两个方向变化控制方式。2)原理。在uf的一个周期内，PWM输出只有士Ud，两种电平。逆变电路同一相上下臂的驱动信号是互补的。在实际应用时，为了防止上下两个桥臂同时导通而造成短路，在给一个臂施加关断信号后，再延迟t时间，然后给另一个臂施加导通信号。延迟时间的长短取决于功率开关器件的关断时间。需要指出的是，这个延迟时间将会给输出的PWM波形带来不利影响，使其偏离正弦波。波形如图2一28。上一页 下一页返回2. 6 逆变器的SPWNI控制技术2. 6. 4 SPWM控制的逆变电路的优点1)可以得到接近
34、正弦波的输出电压，满足负载需要。2)整流电路采用二极管整流，可获得较高的的功率因数。3)只用一级可控的功率的环节，电路结构简单。4)通过对输出脉冲宽度控制就可改变输出电压的大小，大大加快了逆变器的动态响应速度。上一页返回图2一1单相半波整流电路(阻性负载)返回图2一2单相半波整流电路(阻一感性负载)返回图2一3单相全控桥式整流电路带电阻性负载的电路与工作波形返回图2 -4单相全控桥式整流电路带电感性负载电路与波形图返回图2 -5三相半波整流电路带阻性负载电路与波形图返回图2-6 a = 300时三相半波整流阻性负载波形返回图2一7 a = 600时三相半波整流阻性负载波形返回图2一8三相半波整
35、流电路带阻一感性负载电路与波形图返回图2一9三相半波共阳极可控整流电路及波形返回图2一10三相桥式相控整流电路带电阻负载a=00返回图2一11三相桥式相控整流电路带电阻负载a =30 0返回图2一12三相桥式相控整流电路带电阻负载a =900返回图2一13大电感负载三相全控整流电路及波形返回图2一14大电感负载三相全控整流波形返回图2一15三相桥式半控整流电路及其电压电流波形返回图2一16考虑变压器的漏抗后相控整流电路的等效电路及输出电压电流的波形返回图2一17逆变电路工作原理返回图2一18单相有源逆变电路返回图2一19三相半波有源逆变电路返回图2一20交流侧电抗对逆变的影响返回图2 -21电
36、压型半桥逆变电路及其电压电流波形返回图2 - 22电压型单相全桥逆变电路和电压、电流波形图返回图2 - 23电流型单相桥式逆变电路及电流波形返回图2 - 24电流型三相桥式逆变电路与波形图返回图2一25 PWM波形返回图2 - 26电压型单相桥式PWM逆变电路原理图返回图2一27单极性PWM控制方式返回图2一28双极性PWM控制方式返回第3章 晶闸管触发电路3. 1对触发电路的要求3. 2单结晶体管触发电路3. 3同步信号为锯齿波的触发电路3. 4 KC04集成移相触发器3. 5六路双脉冲发生器KC41 C3. 6三相全控桥整流电路的集成触发电路返回3. 1 对触发电路的要求晶闸管触发主要有移
37、相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。触发电路对其产生的触发脉冲要求如下:1)触发信号可为直流、交流或脉冲电压。2)触发信号应右早磅的功率(触发电压和触发电流)。 3)触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通，强触发电流波形如图3一1所示。4)触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。返回3. 2单结晶体管触发电路由单结晶体管构成的触发电路具有简单、可靠、抗干扰能力强、温度补偿性能好、脉冲前沿陡等优点，在小容量的晶闸管装置中得到了广泛应用。单结晶体管触发电路由自激振荡、同步电源、移相、脉冲形成等部分组成。(
38、1)单结晶体管自激振荡电路利用单结晶体管的负阻特性与RC电路的充放电可组成自激振荡电路，产生频率可变的脉冲。工作原理:下一页返回3. 2单结晶体管触发电路经D1D4整流后的直流电源UW，一路经R, R2加在单结晶体管两个基极b1, b2之间，另一路通过Re对电容C充电，通过单结晶体管放电，控制BT的导通、截止，在电容上形成锯齿波振荡电压，在R1上得到一系列前沿很陡的触发尖脉冲，如图3 -2所示。其振荡频率为(2)同步电源同步电压由变压器TB获得，而同步变压器与主电路接至同一电源，故同步电压与主电压同相位、同频率。(3)移相控制当Re增大时，单结晶体管发射极充电到峰点电压up的时间增大，第一个脉
39、冲出现的时刻推迟，即控制角a增大，实现了移相。上一页 下一页返回3. 2单结晶体管触发电路(4)脉冲输出触发脉冲ug由R1直接取出，这种方法简单、经济，但触发电路与主电路有直接的电联系，不安全。无法工作于晶闸管串联接法的全控桥电路。所以一般采用脉冲变压器输出。上一页返回3. 3 同步信号为锯齿波的触发电路(1)锯齿波形成、同步移相环节锯齿波形成电路由T1 , T2 , T3和C2等元件组成，其中T1、D4、RP2和R3为一恒流源电路，如图3 -3所示。T2截止时，恒流源电流IIC对电容C2充电，所以C2两端电压uc为(2)同步移相环节T4基极电位由锯齿波电压uh、控制电压u2、直流偏移电压up
40、三者共同决定。(3)同步环节同步环节是由同步变压器TB和作同步开关用的晶体管T2组成。下一页返回3. 3 同步信号为锯齿波的触发电路(4)脉冲形成环节脉冲形成环节由T4、T5组成，T7、T8组成脉冲放大电路。(5)双窄脉冲形成环节T5、T6构成“或”门。 T5、T6的导通使T7、T8都导通，输出脉冲。上一页返回3. 4 KC04集成移相触发器KC04集成移相触发器可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲输出等几部分电路。(1)同步电路同步电路由晶体管T1T4等元件组成。正弦波同步电压。uT经限流电阻加到T1、T2基极。在uT正半周， T2截止， T1导通，D1导通，T4由于得不到足够的基极
41、电压而截止。在uT的负半周， T1截止，T2, T3导通，D2导通，T4同样由于得不到足够的基极电压而截止。在上述uT的正、负半周内，当uS 0. 7 V时，T6导通，即u c5 + Up + Uk控制了T6的导通与截止时刻，也就是控制了脉冲的移相。(4)脉冲形成电路T7与外围元件组成脉冲形成电路。(5)脉冲输出电路T8 T15组成脉冲输出电路。同步电压uT的一个周期内，T7的集电极输出两个相位差为1800的脉冲。上一页返回3. 5 六路双脉冲发生器KC41 C如图3一5所示，KC41 C的一脚是六路脉冲输入端(如三片KC04的六个输出脉冲)，每路脉冲由输入二极管送给本相和前相，再由T1一T6
42、组成的六路电流放大器，分六路输出。当控制端脚接低电平时，T7截止。当脚接高电平时，T7导通，各路输出脉冲被封锁。返回3. 6三相全控桥整流电路的集成触发电路利用三片KC04与一片KC41 C可以组成如图3一6所示的三相全控桥式整流电路的触发电路。三相全控桥整流要求用双窄脉冲触发，即用两个间隔600的窄脉冲去触发晶闸管。返回图3一1强触发电流波形返回图3一2单结晶体管触发电路与波形返回图3一3锯齿波触发电路返回图3一4 KC04集成移相触发器返回图3一5六路双脉冲发生器KC41 C返回图3一6三相全控桥整流电路的集成触发电路返回第4章 直流一直流变换电路4. 1直流变换的基本结构和工作原理4.
43、2直流斩波器4. 3变压器隔离的直流一直流变换器返回4. 1 直流变换的基木结构和工作原理直流变换电路是利用电力开关器件周期性的开通与关断来改变输出电压的大小，将固定的直流电压改变成可调的直流电压的一种电力电子电路，广泛地应用于直流开关电源和直流电机驱动系统。图4一1 (a)是直流斩波器的结构原理图。图中开关S可以是各种全控型电力电子开关器件，输入电源电压E为固定的直流电压。当开关S闭合时，直流电源经过S给感性负载供电;开关S断开时，直流电源供给负载RL的电流被切断，L的储能经二极管VD续流，负载RL两端的电压接近于零。根据控制开关S对输入直流电压调制方式的不同，直流斩波电路有三种不同的斩波形
44、式，即:1)脉冲宽度调制方式(PWM):斩波开关的调制周期T不变，调节斩波开关导通时间ton与关断时间toff的比值。下一页返回4. 1 直流变换的基木结构和工作原理2)脉冲频率调制形式(PFM:斩波开关导通时间ton不变，改变斩波开关的工作周期T。3)混合调制形式:同时改变斩波开关导通时间， ton和斩波开关的工作周期孔采取这种调制方法，输出直流平均电压的可调范围较宽，但控制电路较复杂。在这三种方法中，除在输出电压调节范围要求较宽时采用混合调制外，一般都采用频率调制或脉宽调制，原因是它们的控制电路比较简单。在直流斩波器中，比较常用的是脉冲宽度调制。上一页返回4. 2 直流斩波器4. 2. 1
45、降压式直流斩波电路1.电路结构降压式直流斩波器又称为Buck变换器，它是一种降压型DC一DC变换器，它的输出电压平均值U0(u0(的平均值)恒小于输入电压E，主要用于开关电源以及需要直流降压的环节，如图4 -2所示。电路中的控制开关VT采用全控器件IGBT，也可使用GTR , P一MOSFET等其他全控器件，如果要使用普通晶闸管等半控器件，则必须增设辅助关断电路。电路中的二极管VD起续流作用，在VT关断时为电感L储存的能量提供续流通路，为获得平直的输出直流电压，输出端采用了LC低通滤波电路，R为负载，E为输入直流电源，U0为输出电压u0的直流平均电压。电路输出端的滤波电容足够大，以保证输出电压
46、恒定。下一页返回4. 2 直流斩波器2.工作原理1)在控制开关VT导通期间(ton)，二极管VD反偏，电源E通过电感L向负载R供电，此间iL增加，电感L的储能也增加，导致在电感两端有一个正向电压UL= E一u0，左正右负，如图4-2 (a)所示。这个电压引起电感电流i:的线性增加。2)在控制开关VT关断期间toff ，电感产生感应电势，左负右正，使续流二极管VD导通，电流i:经二极管VD续流， UL= -u0 ，电感L向负载R供电，电感的储能逐步消耗在R上，电流iL线性下降。如此周而复始进行周期变化。3.基本数量关系在稳态情况下，电感电压波形是周期性变化的。电感电压在一个周期内对时间的积分为0
47、，即上一页 下一页返回4. 2 直流斩波器4. 2. 2升压式直流斩波电路1.电路的结构升压式斩波器也称为Boost变换器，它是一种升压型DC一DC变换器，其输出电压平均值U,恒大于输入电压E，主要用于开关电源以及直流电动机能量回馈制动中。升压式斩波电路与降压式斩波电路最大的不同点是，控制开关VT与负载R呈并联形式连接，具体电路及工作波形如图4一3所示。2.工作原理假设电路输出端的滤波电容器足够大，以保证输出电压恒定，电感L的值也很大。上一页 下一页返回4. 2 直流斩波器1)当控制开关VT导通时，电源E向串接在回路中的电感充电储能，电感电压UL左正右负，而负载电压u0上正下负，此时在R与L之
48、间的续流二极管VD被反偏，VD截止。2)在控制开关VT关断时，储能电感L两端电势极性变成左负右正，续流二极管VD转为正偏，储能电感L与电源E叠加共同向电容C充电，向负载R提供能量，如果VT的关断时间为toff，则此段时间内电感L释放的能量可以表示为3.基本数量关系当电路处于稳态时，一个周期内电感L储存的能量与释放的能量相等，即上一页 下一页返回4. 2 直流斩波器由上式可以求出负载电压u0的表达式，即4. 2. 3升一降压复合式直流斩波电路1.电路结构升一降压式直流斩波电路也称为反极性斩波电路，该电路的输出电压可以高于或低于输入电压，电路结构图如图4-4 (a)所示。该电路的结构特征是储能电感
49、L与负载R并联，续流二极管VD反向串接在储能电感与负载之间。电路分析前可先假设电感L很大，电容C也很大，使电感电流iL和电容电压uc即负载电压(u0=uc)基本恒定。上一页 下一页返回4. 2 直流斩波器2.工作原理1)当控制开关VT导通时，直流电源E经VT给电感L充电储存能量，电感电压上正下负，此时二极管VD被负载电压(下正上负)和电感电压反偏，流过VT的电流为i1(=iL)，方向如图4一4 (a)所示。2)当控制开关VT关断时，电感L极性变反(上负下正)，VD正偏导通，电感L中储存的能量通过VD向负载R和电容C释放，放电电流为i2，电容C被充电储能，负载R也得到电感L提供的能量。3.基本数
50、量关系结合图4 -4分析可知，电路处于稳态时，每个周期T内电感两端电压UL对时间的积分值为零，即上一页返回4. 3变压器隔离的直流一直流变换器4. 3. 1正激变换器1.电路结构在图4 -2的降压变换器中，如果将变压器接入VT管的右侧及VD管的左侧位置，即得图4 -5所示的正激变换器主电路。由于图中变压器一次侧流过单向脉动电流，铁芯极易饱和，为此必须采取防饱和措施，使变压器铁芯磁场周期性复位，防止变压器铁芯饱和。另外，开关器件位置可稍作变动，使其发射极与电源相连接，便于设计控制电路。图4一6是采用能量消耗法磁场复位方案的正激变换器原理图。N1、N2分别为变压器一、二次绕组匝数。下一页返回4.
51、3变压器隔离的直流一直流变换器2.工作原理在图4一6中:1)开关管VT导通时，有U2 = (N2 /N1) E，电源能量经变压器传递到负载侧。2)开关管VT截止时，变压器一次侧电流经VD3和稳压管DW续流，磁场能量主要消耗在稳压管上。VT承受的最高电压为E及UDW之和， UDW为稳压管DW的稳压值。正激变换器是具有隔离变压器的降压变换器，因而具有降压变换器的一些特性。上一页 下一页返回4. 3变压器隔离的直流一直流变换器4. 3. 2反激变换器1.电路结构反激变换器电路原理如图4 -7所示。与升一降压变换器相比较，反激变换器用变压器代替了升一降压变换器中的储能电感。这里的变压器除了起输入输出电
52、隔离作用外，还起到储能电感的作用。2.工作原理1)当开关管VT导通时，由于VD，承受反向电压，变压器二次侧相当于开路，此时变压器一次侧相当于一个电感。电源E向变压器一次侧输送能量，并以磁场形式存储起来。2)当开关管VT截止时，线圈中磁场储能不能突变，将会在变压器二次侧产生上正下负的感应电势，该感应电势使VD1承受正向电压而导通，从而磁场储能转移到负载上。考虑滤波电感L及续流二极管VD2的实用反激变换器电路如图4一8所示.上一页 下一页返回4. 3变压器隔离的直流一直流变换器4. 3. 3半桥式隔离的降压变换器1.电路结构半桥式隔离的降压变换器如图4 -9所示，C1, C2为滤波电容，VD1,
53、VD2为VT1 , VT2的续流二极管，VD3 , VD4为整流二极管，LC为输出滤波电路。4. 3. 4全桥式隔离的降压变换常见的全桥式隔离的降压变换器电路如图4一10所示。1)电路的工作原理是:将VT1, VT4作为一组，VT2 , VT3作为另一组，交替控制两组开关的关断与导通，即可利用变压器将电源能量传递到二次侧。变压器二次侧电压经VD1及VD2整流、LC滤波后即得直流输出电压。改变占空比即可控制输出电压大小。上一页 下一页返回4. 3变压器隔离的直流一直流变换器2)电容C0的作用是防止变压器流过直流电流分量而设置的。由于正负半波控制脉冲的宽度难以做到绝对相同，同时开关器件特性难以完全
54、一致，从而电路工作时流过变压器一次侧的电流正负半波难以完全对称，因此，加上C0以防止铁芯磁场饱和。上一页返回图4-1脉宽调速系统原理图与工作波形图返回(a)结构原理图:(b)波形图图4 -2降压式直流斩波电路(Buck变换器)与工作波形图返回(a)结构原理图:(b)波形图图4一3 升压式斩波电路及工作波形图返回(a)结构原理图:(b)波形图图4-4升一降压式斩波电路及工作波形返回图4一5正激变换器主电路原理图返回图4 - 6能量消耗法磁场复位方案的正激变换器原理图返回图4一7反激变换器电路原理图返回图4一8带LC滤波的反激变换器实用电路返回图4一9半桥式降压变换器返回图4一10全桥式隔离的降压
55、变换器电路返回第5章 交流变换电路5. 1晶闸管交流开关电路5. 2交流调压电路5. 3交一交变频电路返回5. 1晶闸管交流开关电路5.1.1晶闸管交流开关电路晶闸管交流开关的基本形式在图5一1中给出了两种电路连接结构。该电路中的晶闸管交流开关可以在毫安级门极电流的触发下，控制几十至几百安培以上的负载电流的通断。交流开关的工作特点是晶闸管在承受正向电压时触发导通，而在电压过零或承受反向电压时自然关断。 图5一1 (a)是采用两个单向晶闸管反向并联构成的交流开关，其优点是负载回路结构简单。图5一1 ( b)是采用二极管全桥整流电路与一个晶闸管构成的交流开关，负载串接在二极管全桥的交流输入端，直流
56、输出端接单向晶闸管，其优点是晶闸管的触发电路相对比较简单。下一页返回5. 1晶闸管交流开关电路5. 1. 2双向晶闸管交流开关电路图5一1 (a)所示晶闸管交流开关中的两只晶闸管也可以用一只双向晶闸管替代，这样可以简化负载控制回路和触发回路的结构。双向晶闸管交流开关电路如图5 -2所示。双向晶闸管在应用中要注意触发的灵敏度。双向晶闸管正反两个方向都能导通，门极加正负电压都能触发。主电压与触发电压相互配合，可以得到四种触发方式:(1) I+触发方式(2) I一触发方式(3)+触发方式(4)-触发方式上一页 下一页返回5. 1晶闸管交流开关电路由于双向晶闸管的内部结构原因，四种触发方式中触发灵敏度
57、不相同。 +触发方式灵敏度最低，使用时要尽量避开，常用的触发方式为I+和-。如果设I+的触发电流为1，则各种方式的大致触发特性比较见表5一1。5. 1. 3自动恒温电热炉自动恒温电热炉的应用如图5 -3所示。图中由双向晶闸管替代传统的交流接触器构成三相自动温控电热炉电路，当开关Q拨到“自动”位置时，炉温可以自动保持在给定温度范围内。上一页 下一页返回5. 1晶闸管交流开关电路带抽头变压器的晶闸管稳压电源由于电源电压和负荷的改变，变压器的副边电压往往会变动，为使电压稳定，最简便的方法是改变变压器的匝数比，即调节变压器原边或副边绕组的抽头，对于大功率的电热炉变压器，当需要随负荷改变而调压时就常用这
58、种方式。如图5一4所示，在变压器副边设置若干抽头，改接抽头进行调压。由于电热炉功率大，一般是用晶闸管(或其他电力电子器件)开关进行切换。像这类具有功率切换功能的开关称为交流开关或交流无触点开关。若需要调节功率大小，则称为交流功率调节器。上一页返回5. 2 交流调压电路交流调压电路是一种能调节交流电压有效值大小的电路。交流调压电路中的晶闸管通常有两种控制方式。(1)相位控制在电源电压的每一周期，在选定的时刻将负载与电源接通，改变选定的时刻即可达到调压的目的，如图5-5所示。(2)通断控制将晶闸管作为开关，使负载与电源接通若干周波，然后再断开若干周波，通过改变通断的时间比达到调压的目的。波形如图5
59、 -6所示，有全周波连续式和全周波间隔式两种形式。通断控制采取的是过零触发方式。这种控制方式的交流调压电路多用于输出功率的调节，所以又叫交流调功电路。下一页返回5. 2 交流调压电路5. 2. 1双向晶闸管构成的交流调压电路双向晶闸管通常与双向二极管配合组成交流调压电路。1.双向二极管(1)外形与符号双向二极管又称双向触发二极管，它在电路中可以双向导通。双向二极管的实物外形和图形符号如图5 -7所示。(2)性质普通二极管具有单向导电性，而双向二极管具有双向导电性，但它的导通电压通常比较高。下面通过图5-8所示电路来说明双向二极管性质。上一页 下一页返回5. 2 交流调压电路(3)特性曲线双向二
60、极管的性质可用图5 -9所示的曲线来表示，坐标中的横轴表示双向二极管两端的电压，纵坐标表示流过双向二极管的电流。从图中可以看出，当双向二极管两端加正向电压时，如果两端电压低于UB1，流过的电流很小，双向二极管不能导通，一旦两端的电压达到UB1 (称为触发电压)，双向二极管马上导通，流过的电流增大，同时双向二极管两端的电压会下降(低于UB1)。(4)检测双向二极管的检测包括好坏检测和触发电压检测。好坏检测。将万用表拨至R x 1 k挡，测量双向二极管正、反向电阻，如图5-10所示。若双向二极管正常，正、反向电阻均为无穷大。若测得的正、反向电阻很小或为0，说明双向二极管漏电或短路，不能使用。上一页
61、 下一页返回5. 2 交流调压电路触发电压检测。检测双向二极管的触发电压方法如下:第1步:如图5一11所示，将双向二极管与电容、电阻和耐压大于300 V的整流二极管接好，再与220 V电压连接。第2步:将万用表拨至直流50 V挡，红、黑表笔分别接被测双向二极管的两极，然后观察表针位置，如果表针在表盘上摆动(时大时小)，表所指最大电压即为双向二极管的触发电压。第3步:将双向二极管两极对调，再测两端电压，正常电压值应与第2步测得的电压值相等或相近。两者差值越小，表明双向二极管对称性越好，即性能越好。2.双向晶闸管交流调压电路的工作原理上一页 下一页返回5. 2 交流调压电路图5一12是用双向晶闸管
62、构成的交流调压电路。电路中采用双向二极管组成触发电路。双向二极管也是一个5层半导体器件，但没有控制极，在其两端加上一定值的正、反向电压均能使其导通。利用这一特点可产生触发脉冲。交流调压电路的工作原理简述如下:当交流电源电压u2在正半周(a点为正，h点为负)时，晶闸管导通前，u2经负载RL和电位器RP给电容C充电，当电容两端电压增大到某一定值时，双向二极管VD导通并触发双向晶闸管VS，两主极之间随之导通，有电流流过负载RL 。上一页 下一页返回5. 2 交流调压电路当交流电源电压u2在负半周时，电压的极性是上负下正，电容C被反向充电，先将上正下负的电压中和，然后再充上负下正电压，随着充电的进行，
63、当反向电压达到某一定值时，双向二极管反向导通，双向晶闸管VS亦反向导通，有电流流过负载RL 。在以后的各个周期将重复前面的工作过程。只要调节RP，改变控制角a，便可实现交流调压。交流调压电路的波形如图5一13所示。5. 2. 2脉冲控制型交流调压电路1.双晶闸管交流调压电路双晶闸管交流调压电路及有关信号波形如图5一14所示。 晶闸管VS1 , VS2反向并联在电路中，其G极与控制电路连接，在工作时控制电路脉冲通过控制VS1 , VS2的通断，来调节输出电压U0。上一页 下一页返回5. 2 交流调压电路2.斩波式交流调压电路斩波式交流调压电路及有关波形如图5一15所示，该电路采用斩波的方式来调节
64、输出电路，VT1 , VT2的通断受控制电路送来的UG1脉冲控制，VT3 , VT4的通断受UG2脉冲控制。5. 2. 3三相交流调压电路图5一16是几种由晶闸管构成的三相交流调压电路，它们由三相双晶闸管交流调压电路组成，改变某相晶闸管的导通、关断时间，就能调节该相负载两端的电压。一般情况下，三相电压需要同时调节大小。图5一17为电镀整流装置原理图，输出最大电流为1 000 A，电压3V12V连续可调。上一页 下一页返回5. 2 交流调压电路图5一17中右下方移相桥阻抗调节电路采用三相全波整流形式，若改变直流侧的可调电位器RP，则反映到移相桥的阻抗值也随之变化，使移相桥输出端的电压产生移相。图
65、中左上方的上端为电源连线RC保护，下端为元件侧RC保护，能有效抑制浪涌过电压和du/dt。主变压器TR次级整流二极管VD并联是为了扩大整流二极管的电流容量。上一页返回5. 3 交一交变频电路交一交变频电路的功能是将一种频率的交流电转换成另一种固定或频率可调的交流电。变换的方式分为直接式和间接式两种，如图5一18所示。所谓间接式是前面介绍过的整流器和逆变器进行组合，先将交流功率变为直流功率，再经过控制得到希望频率的交流功率。与其不同的是直接式变换是将某种频率的交流功率直接地变换为另一频率的交流功率，其具体的典型装置是AC一AC变频器。它与采用强迫换流的间接式变换方式相比，有如下优点:在交流电源电
66、压的作用下进行自然换流，避免了因强迫换流失败引起的逆变器桥臂之间短路，因而运行的稳定性高，多用于大容量的半导体变流装置上。由于是直接变换，故免去AC一AC变换的中间环节，装置结构简单综合效率高。下一页返回5. 3 交一交变频电路能量可以双向流动，且又不受负载功率因数影响。与方形波逆波器相比，该装置的输出波形近似正弦波，运行更为有利。5. 3. 1 AC一AC变频器电路结构和工作原理1.电路结构AC - AC变频器电路的基本结构如图5一19所示。负载输出波形的半波部分分别由不同的整流器形成，称为正组和负组整流器。 2.电路工作原理交一交变频电路通常采用共阴极和共阳极可控整流电路来实现交一交变频。
67、1)共阴极可控整流电路 图5 - 20是共阴极双半波(全波)可控整流电路及有关信号波形。上一页 下一页返回5. 3 交一交变频电路 2)共阳极可控整流电路图5一21是共阳极双半波可控整流电路及有关信号波形，它除了两个晶闸管采用共阳极接法外，其他方面与共阴极双半波可控整流电路相同。5. 3. 2单相交一交变频电路单相交一交变频电路可分为单相输入型单相交一交变频电路和三相输入型单相交一交变频电路。1.单相输入型单相交一交变频电路图5 - 22是一种由共阳极和共阴极双半波可控整流电路构成的单相输入型单相交一交变频电路及有关信号波形。共阴极晶闸管称为正组晶闸管，共阳极晶闸管称为反组晶闸管。上一页 下一
68、页返回5. 3 交一交变频电路2.三相输入型单相交一交变频电路图5 - 23 ( a)是一种典型三相输入型单相交一交变频电路，主要由正桥P和负桥N两部分组成，正桥工作时为负载R提供正半周电流，负桥工作时为负载R提供负半周电流，图5 -23 ( b)为5 - 23 ( a)的简化图，三斜线表示三相输入。5. 3. 3三相交一交变频电路三相交一交变频电路由三组输出电压互差1200的单相交一交变频电路组成。三相交一交变频电路种类很多，根据电路接线方式不同，三相交一交变频电路主要分为公共交流母线进线三相交一交变频电路和输出星形连接三相交一交变频电路。上一页 下一页返回5. 3 交一交变频电路1.公共交
69、流母线进线三相交一交变频电路公共交流母线进线三相交一交变频电路如图5 - 24所示，它由三组独立的单相交一交变频电路组成，由于三组单相交一交变频电路的输入端通过电抗器(电感)接到公共母线，为了实现各相间的隔离，输出端各自独立，未接公共端。2.输出星型连接三相交一交变频电路输出星形连接三相交一交频电路如图5 - 25所示，其中图5 - 25 ( a)为简图，图5 - 25 ( b)为详图。这种变频电路的输出端负载采用星形连接，有一个公共端，为了实现各相电路的隔离，各相变频电路的输入端都采用了三相变压器。上一页 下一页返回5. 3 交一交变频电路5. 3. 4 AC一AC变换电路的特点交流一交流变
70、换器分为三大类:一类是频率不变仅改变电压大小的AC - AC电压变换器，又称为交流斩波(降压)调压器或交流电压控制器;另一类是直接将一定频率的交流电变换为较低频率交流电的相控式AC一AC直接变换器，在直接变频的同时也可实现电压变换，实现降频降压变换。常用AC一AC交流电压控制器如表5一2所示。5. 3.5变频器主电路结构及功能变频器主电路原理图如图5 - 26所示，各品牌的变频器不尽完全相同，但归纳起来，都由三个组成部分:整流电路、中间电路和逆变电路。需要注意的是，在变频器使用当中，千万不可将主电源接到逆变电路的输出端上，否则会损坏逆变电路。上一页 下一页返回5. 3 交一交变频电路交流电动机
71、调速时要通过改变其输入的交流电源频率来进行，在改变频率的同时，电源电压也要同时改变，两者要协调一致。正弦波脉宽调制SPWM是现在变频器普遍使用的控制技术。在PWM波形中，各脉冲量的幅值是相等的，也就是在变频器中整流电路整流及中间电路稳压后的电压幅值，在变频器工作时一直基本保持不变。要改变等效输出正弦波的频率和幅值，可以采用正弦波和三角波比较的方法。改变由模拟电路或微机产生的正弦调制波的频率和幅值，三角载波维持固定的频率和幅值，两者比较后就可获得基波为正弦波的脉宽调制波形。上一页返回图5一1晶闸管交流开关的基本电路形式返回表5-1双向晶闸管触发特性比较表返回图5 -2双向晶闸管交流开关电路返回图
72、5 -3自动温控电热炉应用电路返回图5一4带抽头变压器的晶闸管稳压电源返回图5一5相位控制交流调压电路与波形图返回图5一6通断交流调压电路波形返回(a)全周波连续式;(b)全周波间隔式图5一7双向二极管返回图5一8双向二极管性质电路返回图5一9双向二极管特性返回图5一10检测双向二极管的好坏返回图5一11双向二极管触发电压的检测返回图5一12双向晶闸管交流调压电器返回图5一13交流调压的波形返回图5一14双晶闸管交流调压电路及有关信号波形返回图5一15斩波式交流调压电路及相关信号波形返回图5一16几种晶闸管构成的三相交流调压电路返回图5一17电镀整流装置原理图返回图5一18 AC-AC功率变换
73、方式(静止式变频)返回图5一19 AC一AC变频器的基本结构图返回图5一20共阴极双半波可控整流电路及有关信号波形返回图5一21共阳极双半波可控整流电路及有关信号波形返回图5一22共阳极和共阴极双半波可控整流电路构成的单相输入型 单相交一交变频电路及有关信号波形返回图5 - 23三相输入型单相交一交变频电路及有关信号波形返回图5一24公共交流母线进线变频返回图5 - 25输出星型连接三相交一交变频电路返回表5 -2常用AC一AC交流电压控制器返回图5一26 变频器主电路返回第6章 电力电子技术工程项目设计6. 1项目设计大纲6. 2项目设计任务书6. 3晶闸管整流器项目设计指导书返回6. 1
74、项目设计大纲适用专业:电气自动化技术专业、电力系统自动化专业。总学时:2周。1.项目设计教学目的1)通过项目设计，使学生进一步巩固、深化电力电子技术及相关课程的基本知识、基本理论和基本技能，培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力。2)通过项目设计，让学生独立完成一种变流装置课题的基本设计工作，达到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料能力的目的。3)通过项目设计，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，培养学生工程绘图和编写设计说明书的能力，为学生今后从事相关的实际工作打下良好基础。下一页返回6. 1 项目设计大纲2.项目设计达到的职业能力1)根据设计课题的技术指标和给定条
75、件，在教师指导下，能够独立进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。2)掌握电力电子技术的设计内容、方法和步骤。3)学会查阅相关参考资料和手册等。4)学会选择相关元件和参数。5)学会绘制相关电气系统图和编制元件明细表。6)学会编写项目设计说明书。7)对所设计的变流装置进行实验(仿真或实物实验)。上一页 下一页返回6. 1 项目设计大纲3.项目设计的程序和内容1)学生分组、布置题目:首先将学生按学习成绩、工作能力和平时表现分成若干小组，每小组成员成绩优、中、差合理搭配，然后下达项目设计任务书，原则上每小组一个题目。2)熟悉题目、收集资料:设计开始，每个学生应按教师下达的
76、具体题目，充分了解技术要求，明确设计任务，收集相关资料，包括参考书、手册和图表等，为设计工作做好准备。3)总体项目设计:正确选定变流装置的系统方案，画出系统总体结构框图。上一页 下一页返回6. 1 项目设计大纲4)主电路设计:按选定的系统方案，确定主电路结构，画出主电路及相关保护电路、操作电路原理草图，并完成主电路的元件参数计算和选择。5)触发电路设计:根据主电路的形式特点，选择适当的触发电路。6)进行仿真实验验证。7)校核整个系统设计，编制元件明细表。8)绘制正规系统原理图，整理编写项目设计说明书。4.项目设计说明书的内容1)题目及技术要求。2)系统方案和总体结构。3)系统工作原理简介。4)
77、具体设计说明:包括主电路和触发电路等。上一页 下一页返回6. 1 项目设计大纲5)设计总结。6)元件明细表。7)变流装置的仿真实验模型和结果分析。8)变流装置的系统原理图(在图纸上绘制或用计算机绘制)。5.项目设计的成绩考核教师通过项目设计答辩、审阅项目设计说明书并结合学生设计中的表现，评定每个学生的项目设计成绩，一般按优秀、良好、中等、及格和不及格五等级记分。上一页返回6. 2 项目设计任务书1.设计题目和设计要求项目名称:晶闸管三相桥式全控整流电路在直流调速系统中的应用设计。技术数据:为了方便分组，可给出不同型号的系列电动机的技术数据，保证各组学生给定的设计数据不一样，见表6一1。2.设计
78、的内容(1)变流装置主电路的方案论证和选择说明。(2)变流装置的原理说明。(3)主电路的设计、计算。1)整流变压器计算。二次侧电压计算;一、二次侧电流的计算;容量的计算。2)晶闸管元件的选择。下一页返回6. 2 项目设计任务书晶闸管的额定电压、电流计算。3)晶闸管保护环节的计算。交流侧过电压保护。阻容保护、压敏电阻保护计算。直流侧过电压保护。晶闸管及整流二极管两端的过电压保护。过电流保护。交流侧快速熔断器的选择与元件串联的快速熔断器的选择，直流侧快速熔断器的选择。4)主电路电抗器的计算。(4)触发电路的选择上一页 下一页返回6. 2 项目设计任务书(5)对所设计的变流装置进行综合评价( 6)
79、MATLAB仿真实验3.设计提交的成果材料1)设计说明书一份，与任务书一起装订成册。2)电力电子变流装置电气原理总图一份(在图纸上绘制或用计算机绘制)元件明细表。3)仿真模型和仿真结果清单。上一页返回6. 3晶闸管整流器项目设计指导书6. 3. 1晶闸管整流器主电路形式的选择1.整流器主电路联结形式的确定整流器主电路联结形式多种多样，选择时应从电源相数及容量、传动装置的功率、允许电压和电流脉动率等方面考虑。常用的整流器主电路比较见表6一2。2.常用整流电路的计算系数常用整流电路的计算系数见表6一3.6. 3. 2整流变压器的选择1.整流变压器的联结方式晶闸管整流器所用变压器的联结方式如图6一1
80、所示。下一页返回6. 3晶闸管整流器项目设计指导书2.整流变压器二次相电压的计算(1)整流变压器的参数计算应考虑的因素1)最小触发延迟角amin。2)电网电压波动。3)漏抗产生的换相压降Ux。4)晶闸管或整流二极管的正向导通压降nn。(2)二次相电压U2的计算1)对用于电枢电压反馈的调速系统的整流变压器上一页 下一页返回6. 3晶闸管整流器项目设计指导书2)对用于转速反馈的调速系统的整流变压器3)在要求不高的场合，以上的几种情况还可以采用简便计算，即4)当调速系统采用三相桥式整流电路并带转速负反馈时，一般情况下变压器二次侧用采Y联结，也可按下式估算。3.整流变压器二次相电流的计算(1)二次相电
81、流I2的计算上一页 下一页返回6. 3晶闸管整流器项目设计指导书(2)一次相电流I1的计算4.变压器的容量计算一次容量二次容量平均总容量上一页 下一页返回6. 3晶闸管整流器项目设计指导书6. 3. 3整流器件的选择1.晶闸管的选择晶闸管的选择主要是根据整流器的运行条件，计算晶闸管电压、电流值，选择晶闸管的规格型号。在工频整流装置中一般选择普通型晶闸管，其主要参数为额定电压、额定电流。(1)额定电压uTn的选择额定电压uTn选择应考虑下列因素。1)分析电路运行时晶闸管可能承受的最大电压值。2)考虑到实际情况，系统应留有足够的裕量。通常可考虑23倍的安全裕量。可按下式计算，即上一页 下一页返回6
82、. 3晶闸管整流器项目设计指导书3)按计算值换算出晶闸管的标准电压等级值。(2)额定电流IT(av)的选择晶闸管是一种过载能力较小的元件，选择额定电流时，应留有足够的裕量，通常考虑选择1.52倍的安全裕量。1)通用计算式，即2)实际计算中，常常是负载的平均电流已知，整流器连接方式已经确定，即流经晶闸管的最大电流有效值和负载平均电流有固定系数关系。上一页 下一页返回6. 3晶闸管整流器项目设计指导书2.晶闸管串联、并联使用(1)晶闸管的串联使用1)由于晶闸管器件开关特性的分散性，即使挑选同一型号的器件，也会造成串联器件上的分压不均匀。所以，除了要挑选型号相同的元件外，还要采取均压措施。通常在串联
83、元件上并联阻值相等的电阻R，实现均压，如图6 -2所示。2)元件两端并联阻容吸收电路，在晶闸管串联时可以起到动态均压作用，R, C的选择可以参考表6 -4的经验数据。3)串联晶闸管的额定电压计算，即上一页 下一页返回6. 3晶闸管整流器项目设计指导书4)晶闸管串联后的额定电流选择可参照式(6一13)计算。(2)晶闸管的并联使用1)电阻均流法。如图6 -3所示为串联电阻均流电路。由于电阻功耗大，只适于小电流的整流电路。2)电抗均流法。如图6 -4所示为串联电抗均流电路，其均流原理是利用电抗器上感应电动势的作用，使管子的电压分配发生变化，使原来电流大的管子的管压降降下来，电流小的管子的管压降升上去
84、。这样可以使并联管中电流分配基本一致。3)并联晶闸管的额定电流计算上一页 下一页返回6. 3晶闸管整流器项目设计指导书6. 3. 4平波和均衡电抗器选择1.平波和均衡电杭器在主回路中的作用晶闸管整流器的输出电压是脉动的，为了限制整流电流的脉动、保持电流连续，常在整流器的直流输出侧接入带有气隙的电抗器，称作平波电抗器。电抗器在回路中的位置不同，其作用不同。对于不可逆系统，在电动机电枢端串联一个平波电抗器，使得电动机负载得到平滑的直流电流。取合适的电感量，能使电动机在正常工作范围内不出现电流断续，还能抑制短路电流上升率，如图6一5所示，一般有两种连接方式。上一页 下一页返回6. 3晶闸管整流器项目
85、设计指导书2.平波和均衡电杭器选择电抗器的主要参数有:额定电抗、额定电流、额定电压降及结构形式等。计算各种整流电路中平波电抗器和均衡电抗器电感值时，应根据电抗器在电路中的作用进行选择计算。可按下述三个方面选择电抗器:1)从减小电流脉动的考虑出发选择电抗器。2)从保持电流连续的考虑出发选择电抗器。3)从限制环流的考虑出发选择电抗器。(1)电动机的电感电动机的电感LD可按下式计算上一页 下一页返回6. 3晶闸管整流器项目设计指导书(2)整流变压器的漏感整流变压器拆合到二次侧的每相漏感LT(mH)可按下式计算，即(3)保证电流连续所需电抗器的电感值上一页 下一页返回6. 3晶闸管整流器项目设计指导书
86、(4)限制电流脉动所需电抗器的电感值由于晶闸管整流装置的输出电流是脉动的，该脉动电流可以看成是一个恒定直流分量和一个交流分量组成的。通常负载需要的是直流分量，而过大的交流分量会使电动机换向性能恶化和铁耗增加。因此，应在直流侧串联平波电抗器以限制输出电流的脉动量。将输出电流的脉动量限制在要求范围内所需要的最小电感量L2可按下式计算，即(s)限制环流所需的电抗器的电感值限制环流所需的电感值LR (mH)的计算公式为上一页 下一页返回6. 3晶闸管整流器项目设计指导书6. 3. 5晶闸管的保护1.过电流保护过电流是晶闸管电路经常发生的故障，因此，过电流保护应当首先考虑。由于晶闸管承受过电流的能力比一
87、般电器元件差得多，故必须在极短的时间内把电源断开或把电流值降下来。造成晶闸管过电流的主要因素有:电网电压波动大;电动机轴上负载超过允许值;电路中管子误导通以及管子击穿短路等。常见的过电流保护方案如图6 -6所示。(1)快速熔断器保护快速熔断器是最简单有效的过电流保护器件，与普通熔断器相比，具有快速熔断的特性，在发生短路后，熔断时间小于20 ms，能保证在晶闸管损坏之前自身熔断，避免过电流烧坏晶闸管。 上一页 下一页返回6. 3晶闸管整流器项目设计指导书快速熔断器可以安装在交流侧、直流侧或直接与晶闸管串联，如图6一7所示。快速熔断器的选择主要考虑下述几个方面:1)快速熔断器的额定电压应大于线路正
88、常工作电压的有效值，即 2)快速熔断器熔体的额定电流(有效值)应大于等于被保护晶闸管额定电流。(2)过流继电器保护过流继电器可以安装在交流侧或直流侧，检测主电路的电流。(3)直流快速开关直流快速开关常用于大中容量的整流器的直流侧过载保护和短路保护。上一页 下一页返回6. 3晶闸管整流器项目设计指导书2.过电压保护(1)产生过电压的原因过电压产生的原因主要是供给的电功率或系统的储能发生了激烈的变化，使得系统来不及转换，或者系统中原来积累的电能不能及时消散。起的浪涌过电压。针对形成过电压的原因不同，可以采取不同的抑制方法。通常采用的过电压保护方案如图6-8所示。(2)交流侧过电压保护措施1)阻容吸
89、收保护。阻容吸收保护电路通常采用电阻R和电容c的串联支路，并联在变压器的二次侧进行保护，常见接法形式如图6一9所示。对于三相电路，R, C的数值可按表6一5参数进行换算。上一页 下一页返回6. 3晶闸管整流器项目设计指导书2)非线性电阻保护方式。非线性电阻保护主要有硒堆和压敏电阻的过电压保护。压敏电阻的主要参数如下:标称电压U1mA。指漏电流为1 mA时，压敏电阻上的电压值。通流量。指在规定冲击电流波形(前沿8s，波形宽20s)下，允许通过的浪涌峰值电流。残压。指压敏电阻通过浪涌电流时在其两端的电压降。 (3)直流侧过电压保护措施直流侧过电压保护可以用阻容或压敏电阻保护，但采用阻容保护容易影响
90、系统的快速性，并造成di/dt加大。因此，一般只用压敏电阻作过电压保护。上一页 下一页返回6. 3晶闸管整流器项目设计指导书(4)晶闸管换相过电压保护措施为了抑制晶闸管的关断过电压，通常采用在晶闸管两端并联阻容吸收保护电路的方法，如图6一10所示。阻容保护的元件的参数可以根据表6 -6列出的经验数据选定。6. 3. 6触发装置的选择1.移相触发器的主要技术指标移相触发器的主要技术指标有:同步信号类型(正弦波、方波和锯齿波)同步信号幅值、移相范围、脉冲幅值、脉冲宽度等。2.常用触发电路的对比触发电路的种类很多，表6 -7列出了几种常用触发电路的优缺点和使用范围，以便选用。上一页 下一页返回6.
91、3晶闸管整流器项目设计指导书3.触发脉冲与主电路的同步(1)同步的概念所谓同步是指触发脉冲和加于晶闸管的正向电压之间必须保持一致和固定的相位关系。(2)实现同步的方法实现同步的方法是采用主电路电源电压经同步变压器降压，再经阻容移相来获得符合相位要求的同步电压。由于同步变压器二次侧的同步电压应有公共点，所以，同步变压器二次侧应选用Y接线，便于和各单元电路相连。上一页返回表6一1电动机的技术数据返回表6-2常用整流器主电路比较返回表6 -3常用整流电路的计算系数返回图6-1晶闸管整流器所用变压器的联结方式返回图6一2串联晶闸管的均压电路返回表6-4晶闸管串联时动态均压阻容元件经验数据返回图6一3串
92、联电阻均流电路返回图6一4串联电抗均流电路返回图6一5电抗器连接方式返回图6一6常见的过电流保护方案返回图6一7快速熔断器的安装方式返回图6一8常用的过电压保护方案返回图6一9交流侧的阻容吸收保护返回表6一5 R, C的参数换算表返回图6一10换相过电压保护返回表6一6阻容保护的元件的参数返回表6-7常用触发电路的对比表返回第7章 MATLAB仿真7. 1典型电力电子器件的MATLAB仿真模型实训7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究7 .3直流一交流变换电路的仿真7. 4交流一交流变换电路的MATLAB仿真7.5直流一直流变换电路的MATLAB仿真返回7.1典型电力电子器件的MAT
93、LAB仿真模型实训7.1.1二极管的仿真模型1.二极管元件的符号和仿真模型二极管是不可控的单向导电型二端半导体器件，二极管元件的图标和仿真模型如图7 -1所示。当二极管承受正向电压时(Vak 0)，二极管导通;当二极管电流下降到零(Vak = 0或承受反向电压时(Vak 0)，二极管关断。二极管的伏安特性如图7一2所示。2.二极管仿真元件的对话框和参数设置二极管元件的参数设置对话框如图7一3所示。3.输入与输出在二极管图标中可以看到，它有一个输入和两个输出。一个输入是二极管的阳极A，第一个输出是二极管的阴极K，第二个输出m用于测量二极管的电流和电压输出向量Iak, Vak。下一页返回7.1典型
94、电力电子器件的MATLAB仿真模型实训7.1.2晶闸管模型1.晶闸管元件的符号和仿真模型晶闸管是一种由门极信号控制其开通的半导体器件。在模型库中晶闸管模型有两种(见图7 -4)，一种是详细的模型，名为Detailed Thvristor，它的可设置参数较多;另一种是简化的模型，名为Thvristor，它的参数设置较为简单。晶闸管的模型结构和伏安特性分别如图7一5和图7一6所示。2.晶闸管仿真元件的参数晶闸管元件的参数设置对话框如图7 -7所示，设置的参数有:1)晶闸管元件内电阻Ron ; 2)内电感Lon; 3)正向压降Vf; 4)初始电流Ic; ; 5)缓冲电阻Rs; 6)缓冲电容Cs等。这
95、6个参数的含义与二极管相同。而对于7)擎住电流IL，单位A和8)关断时间Tq，单位s这两个参数在普通模型中没有，只有在较复杂的电路仿真中使用。上一页 下一页返回7.1典型电力电子器件的MATLAB仿真模型实训3.晶闸管元件的输入与输出在晶闸管元件图标中可以看到，它有一个输入和一个输出，输入g控制晶闸管的门极，输出m用于测量晶闸管的电流和电压输出向量Iak, Vak.7. 1. 3 GTO的仿真模型1. GTO元件的符号和仿真模型可关断晶闸管(GTO)是一个由门极信号控制其导通和关断的半导体器件，其图标如图7 -8所示。与普通晶闸管一样，GTO可被正的门极信号(g0)触发导通。与普通晶闸管不一样
96、的是:普通的晶闸管导通后，只有等到阳极电流为0时才能关断;而GTO在任何时刻，通过施加等于。或负的门极信号就可以将其关断。GTO的符号、模型和开关特性分别如图7 -9和图7一10所示。上一页 下一页返回7.1典型电力电子器件的MATLAB仿真模型实训.可关断晶闸管元件的参数设置可关断晶闸管元件的参数设置对话框如图7一11所示，设置的参数有:1)可关断晶闸管元件内电阻Ron; 2)内电感Lon ; 3)正向管压降Vf; 4)初始电流Ic ;5)缓冲电阻Rs; 6)缓冲电容Cs等。这6个参数的含义与二极管相同。而7)电流下降到10%的时间Tf和8)拖尾时间Tt，单位s，是GTO新增加的两项参数。3
97、.晶闸管元件的输入与输出在可关断晶闸管图标中可以看到，它有一个输入和一个输出，输入只控制可关断晶闸管的门极，输出m用于测量可关断晶闸管的电流和电压输出向量Iak ,Vak。上一页 下一页返回7.1典型电力电子器件的MATLAB仿真模型实训7. 1. 4 IGBT的仿真模型1. 1CBT元件的符号和仿真模型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)结合了场效应晶体管和电力晶体管的优点，是一个受栅极信号控制的半导体器件，IGBT元件的图标、符号和仿真模型如图7一12所示。图7一13是IGBT的伏安特性。2. IGBT元件的参数设置IGBT元件的参数设置对话框如图7一14所示，设置的参数有:1)内电阻Ron ;
98、 2)内电感Lon; 3)正向压降Vf; 4)电流下降到10%的时间Tf; 5)拖尾时间Tt; 6)初始电流Ic; 7)缓冲电阻Rs和8)缓冲电容CS。它们的含义和设置方法与可关断晶闸管元件相同。上一页 下一页返回7.1典型电力电子器件的MATLAB仿真模型实训3. IGBT元件的输入与输出在IGBT模块图标中可以看到，它有一个输入和一个输出，输入g是加在栅极上的控制信号，它可以控制IGBT的开通与判断，输出m用于测量MOSFET的电流和电压输出向量Iak, Vak7.1.5 MOSFE7，的仿真模型1. MOSFET元件的符号和仿真模型金属氧化物半导体场效应管(M()SFET)是一种在漏极I
99、() 时，受栅极信号(g 0)控制的半导体器件。MOSFET元件内部并联了一个二极管，该二极管在M()SFET元件被反向偏置时开通。MOSFET元件的图标如图7一15所示，MOS-FET元件的符号和仿真模型如图7一16所示。上一页 下一页返回7.1典型电力电子器件的MATLAB仿真模型实训2. MOSFET元件的参数设置MOSFET元件的参数设置对话框如图7一17所示，设置的参数有:1)内电阻Ron ; 2)内电感Lon; 3)内部二极管电阻Rd; 4)初始电流Ic; ; 5)缓冲电阻Rs; 6)缓冲电容Cs等，除第二个参数是新参数外，其他参数的设置方法与可关断晶闸管元件相同。3. MOSFE
100、1元件的输入与输出在MOSFET模块图标中可以看到，它有一个输入和一个输出，输入只是加在门极上的控制信号，它可以控制MOSFET的开通与关断，输出m用于测量MOS- FET的电流和电压输出向量.上一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究7. 2. 1电力电子变流器中典型环节的仿真模型1.同步六脉冲触发器的仿真模型(1)同步六脉冲触发器仿真模块的功能和图标同步六脉冲触发器(Synchronized 6一Pulse Generator)用于产生三相桥式整流电路晶闸管的触发脉冲，在一个周期内，它产生6个触发信号，每个触发信号的间隔是600。模块的图标如图7一18所示。触发器可以给出双
101、脉冲，双脉冲间隔为600，触发器输出的1 6号脉冲依次送给三相全控整流桥电路中对应编号的6个晶闸管。如果三相整流桥模块使用Power System模块库中的Universal Bridg。模块，则同步六脉冲触发器的输出端直接与三相整流器桥的脉冲输入端连接。如图7一19所示。下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究(2)同步六脉冲触发器的参数同步六脉冲触发器的参数设置对话框如图7一20所示。1)同步电压频率，单位为Hz，通常就是电网频率。2)脉冲宽度，单位为度。3)双脉冲，这是个复选框，如果在对话框中选中，则为双脉冲触发，否则为宽脉冲触发方式。当为宽脉冲触发方式时，脉冲宽度要大
102、于600。(3)同步六脉冲触发器的输入和输出模块有5个输入端和1个输出端(如图7一18所示)1)输入alpha_ deg是移相控制角信号输入端，单位为度。2)输入AB , BC , CA是同步线电压UAB，UBC和UCA的输入端，同步电压就是连接到整流桥的三相交流电压的线电压。上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究3)输入Block为触发器模块的使能端，用于对触发器模块的开通与封锁操作。当施加大于0的信号时，触发脉冲被封锁;当施加等于0的信号时，触发脉冲开通。4)输出为一个6维脉冲向量，它包含6个触发脉冲。移相控制角的起始点为同步电压的零点。7. 2. 2通用桥式电
103、路的仿真模型(1)通用桥式电路模块的功能和图标通用变流桥模块是一个特殊的模块，模块图标如图7 -21所示。它既可以用于整流也可用于逆变，并且桥臂个数和开关器件都可以选择。(2)通用桥式电路的参数通用桥式电路参数设置的对话框如图7 - 22所示。上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究1)模块桥臂的相数，有1, 2, 3三种相数可供选择，其中“1”对应的是单相半桥式电路;“2”对应的是单相全桥式电路;“3”对应的是三相全桥式电路。2)缓冲电阻Rs，单位为。为了消除模块中的缓冲电路，可将缓冲电阻Rs的参数设定为inf.3)缓冲电阻Cs，单位为F。为了消除模块中的缓冲电路，
104、可将缓冲电阻Cs的参数设定为0;为了得到纯电阻缓冲电路，可将缓冲电容Cs参数设定为inf.4)电力电子器件类型的选择。这里有MATLAB模型库的6种开关可以选择，即二极管、晶闸管、GTO, IGBT, MOSFET和理想开关。5)内电阻Ron，单位为。通用桥中使用的功率电子元件的内电阻。上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究6)内电感Lon，单位为H。通用桥中使用的二极管、晶闸管、OSFET等功率元件的内电感。7)正向压降Vf，单位为V。只有当通用桥中选用的是二极管和晶闸管时，该值是通过的正向电压。8)测量项，可以用多路测量仪multimeter观测开关器件的电压和
105、电流波形。(3)通用桥式电路的输入7. 2. 3交流一直流变换器7. 2. 3. 1单相半波可控整流电路建模与仿真1.建立仿真模型上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究1)打开SIMULINK仿真平台，在MATLAB的菜单上点击“File，选择“New“,在拉出的菜单中选择“Model，建立一个新的仿真模型窗口，命名为dxbbkk.2)提取电路元件模块，在仿真窗口的菜单栏上点击图标，调出模型库浏览器Simulink Lihrarv Browser，在模型库中逐级打开子模型库，根据电路结构图选取适合的模块，将其拖拉(复制)到仿真平台。组成单相半波可控整流电路的主要元器
106、件有交流电源、晶闸管、RLC负载等，提取元器件模块的路径如表7一1所示。在MATLAB命令窗口中键入“powerlih”命令，则将得到如图7 - 23所示工具箱。上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究3)将电路元器件模块按单相半波可控整流电路原理结构图连接起来组成仿真电路，具体做法是将元器件移动到合适位置，可以对模块的名称进行修改，也可以隐藏模块名称。连接模块时只需要将光标移向模块的输出端，连接到另一元件的输入端，松开鼠标即可完成。连接后的单相半波可控整流电路如图7一24所示。2.设置模块参数设置模块参数是保证仿真准确和顺利的重要一步，有些参数是由仿真任务决定的，如
107、电源电压、电阻值等，有些参数是需要通过仿真来确定的。设置参数时，双击模块图标，弹出参数设置对话框，按提示输入，如需要帮助，请按“Help键。上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究本例中仿真参数设置如下:1)交流电压源AC，参数设置:幅值50 V，初相位0，频率50 Hz02)晶闸管，参数设置:Ron = 0. 001 ; Lon = 0 H ; Vf = 0. 8 V ; Ic = 0 A ;Rs=10; Cs=4.7e一6F ( RC缓冲电路是晶闸管模块的组成部分)。晶闸管有一个输出端口以字母“m”命名。3 ) RLC串联电路，通过对话框来改变电阻、电感和电容的组
108、合。4)同步脉冲发生器为晶闸管提供触发脉冲，参数设置如图7一25，脉冲幅值10 V，周期0. 0 2 s，脉宽占整个周期的30 %，相位延迟(1/50 ) x ( 60/360 ) s =1/300 s(即=60 0)。5)在示波器特性基础对话框中将轴数设置为3，可得到3通道示波器。上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究3.设置仿真参数在菜单中选择“Simulation ”，在下拉菜单中选择“Simulation parameters”在弹出的对话框中，选择odel5s算法，将相对误差设置为1e -3，仿真开始时间设置为0，仿真停止时间设置为0.08.4.启动仿真参
109、数设置完毕后即可开始仿真。在菜单“Simulation”栏下选择“Start”，或直接点击工具栏上的 按键，仿真立即开始，在屏幕下方的状态栏上可以看到仿真的进程。若要途中停止仿真，可以选择“Stop”或点击工具栏上的按钮。上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究仿真结束后，可通过示波器来观察仿真结果，在示波器弹出的显示窗口中，可用放大镜做仔细观察。图中纵坐标为Ud为负载电压(V ) , Iak和Uak分别为流过晶闸管的电流(A)和晶闸管两端承受的电压(V)，横坐标的单位为s。具体的仿真参数设置如图7一26。1)电阻性负载时的仿真结果负载参数:R=1 ；L=0 H; C
110、=inf(此时为电阻性负载)。图7一27是a=300, a=600, a=900和a=1200时的仿真波形，我们可以在()。一180。之间改变a的值，观察不同a角时的仿真波形，以供研究。2)电感性负载时的仿真结果负载参数:R=0 ; L=0.001 H; C =inf(此时为电感性负载)。图7 - 28是a = 60。时的仿真模型。此时观察到的波形分别是Ud , Iak , Uak。上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究3)阻一感性负载(带续流二极管)时的仿真结果在图7 -25的基础上再加一个续流二极管Diode，一个电流测量装置Current Measuremen
111、t以测量负载电流，一个选择开关模块Selector，提取元器件模块的路径如表7一2所示。其中，二极管的参数设置同晶闸管一样，选择开关的参数设置为:elements参数为2,(即选择第二路开关，这里的第二路信号为晶闸管的Uak) , Input port width输入信号总数为2，其他为默认值。搭建的仿真模型如图7一29所示。负载参数:R=10 ; L=0. 1 H; C=inf (此时为阻一感性负载)。图7 - 30是a = 600和a = 900时的仿真结果。上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究7. 2. 3. 2单相桥式全控整流电路建模与仿真1.建立仿真模型
112、1)单相桥式全控整流器子系统的建模。单相桥式全控整流电路是经常使用的电路，为在其他系统仿真中使用此电路，我们可以将其做成一个单独的新模块保存起来，在需要时即可调用。这里要用到两个新的模块:输入Inl模块和输出()utl模块，提取元器件的路径如表7一3所示。最终得到的单相桥式全控整流器子系统仿真模型如图7一31所示，封 (a装后的符号如图7一31 ( b)所示。上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究2)提取电路元件模块，调出模型库浏览器，提取元器件模块的路径如表7一1所示。3)将电路元器件模块按单相桥式全控整流电路原理结构图连接起来组成仿真电路。连接后的单相桥式全控整
113、流电路如图7一32所示。2.设置模块参数设置参数时双击模块图标，弹出参数设置对话框，按提示输入。本例中仿真参数设置如下:1)交流电压源AC1，参数设置:幅值50 V，初相位。，频率50 Hz。交流电压源AC2，参数设置:幅值50 V，初相位1800，频率50 Hz 。2)晶闸管，参数设置:Ron = 0. 001 ; Lon = 0 H ; Vf = 0. 8 V ; Ic = 0 A；Rs=10 ; Cs=4.7e-6F (RC缓冲电路是晶闸管模块的组成部分)。晶闸管有一个输出端口以字母“m”命名。上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究 3 ) RLC串联电路通过
114、对话框来改变电阻、电感和电容的组合，可组成负载不同的电路。4)同步脉冲发生器，为晶闸管提供触发脉冲，参数设置如图7 - 25所示。3.设置仿真参数在菜单中选择“Simulation ”，在下拉菜单中选择“Simulation parameters”在弹出的对话框中，选择odel5s算法，将相对误差设置为1e -3，仿真开始时间设置为0，仿真停止时间设置为0.08s.4.启动仿真1)电阻性负载时的仿真结果负载参数:R=1 ; L=0 H; C=inf(此时为电阻性负载)。图7一33是a=300, a=600, a=900, a=120。时的仿真模型，我们可以在00一1800之间改变a的值，观察不
115、同a角时的仿真模型，以供研究。上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究2)阻一感性负载时的仿真结果负载参数:R = 1 ; L = 0. 001 H ; C = inf(此时为阻一感性负载)。图7 - 34是a=300, a=600, a=900和a=120时的仿真模型，分析时可以与理论分析波形进行对比。7. 2. 3. 3三相半波可控整流电路建模与仿真1.建立仿真模型1)三相半波可控整流器子系统的建模。 具体做法是:将三个晶闸管连接成三相半波可控整流电路，将三个晶闸管模块按共阴极连接起来，用out将信号引出，分别用UA , UB和UC将输入电压引入电路中，通过信号分
116、离器Demux将三路脉冲信号只加到对应晶闸管门极上，通过选择开关将晶闸管VTl的输出端口“m”的电压Uak作为信号输出。上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究最终得到的三相半波整流器子系统仿真模型如图7一35 ( a)所示，封装后的符号如图7一35 (b)所示。 2)提取电路元件模块，调出模型库浏览器，提取元器件模块的路径如表7 -4所示。3)将电路元器件模块按单相桥式半控整流电路原理结构图连接起来组成仿真电路。这里需要注意的是同步六脉冲触发器需要的是三相线电压，但SIMU-LINK中提供的是三相相电压，所以必须将三相交流电源的相电压转换成线电压。在这里，通过电压测
117、量器来取得相应的线电压。最终连接后的三相半波可控整流电路如图7一36所示。 2.设置模块参数设置参数时双击模块图标，弹出参数设置对话框，按提示输入。本例中仿真参数设置如下:上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究 1)交流电压源，三相电源为对称正弦交流电源，幅值为50 V，频率为50 Hz, UA , UB , UC初相位分别为00、一1200、一2400。2)为了将脉冲触发器产生的六路脉冲有选择的加到对应的晶闸管上，采用了信号分离器。Elements设置为1 3 5，即选择1, 3, 5路信号作为输出，In-put port width的参数设置为603)晶闸管参数
118、设置:Ron = 0. 001 ; Lon = 0 H ; Vf = 0. 8 V ; Ic = 0 A ; Rs =10 ; Cs =4. 7e -6F (RC缓冲电路是晶闸管模块的组成部分)。4) RLC串联电路，通过对话框来改变电阻、电感和电容，可组成负载不同的电路。5)同步六脉冲发生器，输入端Block设置为0，作为同步六脉冲触发器的开关使能信号。根据触发脉冲的要求，可将alpha一deg端设置不同的角度。如图7一36中为30，即触发脉冲a=300.上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究3.设置仿真参数在菜单中选择“Simulation ”，在下拉菜单中选择
119、“Simulation parameters”在弹出的对话框中，选择odel5s算法，将相对误差设置为1e -3，仿真开始时间设置为0，仿真停止时间设置为0. 08 s。具体的仿真参数设置如图7 - 26所示。4.启动仿真1)电阻性负载时的仿真结果负载参数:R=2 ; L=0 H; C =inf(此时为电阻性负载)。图7 - 37是a=00, a=300, a=60。和a = 90。电阻性负载时的仿真波形，我们可以在0。180。改变a的值，观察不同a角时的仿真波形，以便与理论进行比较。上一页 下一页返回7. 2交流一直流变换电路的MATLAB仿真研究2)阻一感性负载时的仿真结果负载参数:R =
120、2 ; L =0. 7 H; C = inf(此时为阻一感性负载)。图7 - 38是a=00, a=300, a=600和a = 900时的仿真模型，可以与理论分析波形进行对比。上一页返回7. 3直流一交流变换电路的仿真7. 3. 1单相双半波有源逆变电路的建模与仿真单相双半波可控整流电路，实际上是两个单相半波可控整流电路经过适当连接而成的。1.建立仿真模型1)打开SIMULINK仿真平台，在MATLAB的菜单上点击“File ”，选择“ New”，在拉出的菜单中选择“Model”，建立一个新的仿真模型窗口，命名为“dxbbnb”。2)参考单相双半波整流电路的建模及参数设置方法。在此基础上，在
121、负载端增加一个直流电源，适当连接后得到单相双半波有源逆变电路的仿真模型如图7一39所示。下一页返回7. 3直流一交流变换电路的仿真 2.设置模块参数设置参数时双击模块图标，弹出参数设置对话框，按提示输入。如需要帮助，请按“Help键。3.设置仿真参数打开仿真参数窗口，选择odel5s算法，将相对误差设置为1e -3，仿真开始时间设置为0，仿真停止时间设置为0.08s。4.启动仿真 负载参数:R = 2 SZ ; L = 0. 02 H ; C = inf(此时为阻一感性负载)。图7 - 40是a =120。和a=150。时阻一感加反电势的仿真波形，可以作为理论研究的参考。上一页 下一页返回7.
122、 3直流一交流变换电路的仿真7. 3. 2单相桥式全控有源逆变电路的建模与仿真1.建立仿真模型1)打开SIMULINK仿真平台，在MATLAB的菜单上点击“File ”，选择“ New”，在拉出的菜单中选择“Model”，建立一个新的仿真模型窗口，命名为“dxqqknb”。2)参考单相桥式全控整流电路的建模及参数设置方法。在此基础上，在负载端增加一个直流电源，适当连接后得到单相桥式全控有源逆变电路的仿真模型如图7一41所示。2.设置模块参数设置参数时双击模块图标，弹出参数设置对话框，按提示输入。本例中模块仿真参数设置如下上一页 下一页返回7. 3直流一交流变换电路的仿真1)交流电压源UA ,
123、UB，参数设置:幅值均为50 V , UA初相位为0，UB为1800，频率均为50 Hz.2)晶体管，参数设置:Ron = 0. 001 SZ ; Lon=()H ; Vf = 0. 8 V ; Ic=0A;Rs = 10 SZ; Cs =4. 7e一6F ( RC缓冲电路是晶闸管模块的组成部分)。3)同步脉冲发生器，参数设置同单相双半波整流电路。4)直流电源，电压E = 50 V , C = inf5)在示波器特性基础对话框中将轴数设置为3，可得到3通道的示波器。3.设置仿真参数打开仿真参数窗口，选择odel5s算法，将相对误差设置为1e -3，仿真开始时间设置为0，仿真停止时间设置为0.0
124、8s。上一页 下一页返回7. 3直流一交流变换电路的仿真4.启动仿真1)电阻加反电势负载时的仿真结果负载参数:R=2 SZ; L=0 H; C =inf(此时为电阻加反电势负载)。图7 - 42是a =120。和a=150。时电阻加反电势负载时的仿真波形，可以作为理论研究的参考。2)阻一感加反电势负载时的仿真结果负载参数:R = 2 SZ ; L = 0. 01 H ; C = inf(此时为阻一感加反电势负载)。图7 - 43是a=120。和a=150。时阻一感加反电势负载时的仿真波形。上一页 下一页返回7. 3直流一交流变换电路的仿真7. 3. 3三相半波有源逆变电路的建模与仿真1.建立仿
125、真模型1)打开SIMULINK仿真平台，在MATLAB的菜单上点击“FiIe”，选择“ New”，在拉出的菜单中选择“Model”，建立一个新的仿真模型窗口，命名为“sxbbnb”。2)参考三相半波可控整流电路的建模及参数设置方法。在此基础上，在负载端增加一个直流电源，适当连接后得到三相半波可控有源逆变电路的仿真模型如图7一44所示。2.设置模块参数设置参数时，双击模块图标，弹出参数设置对话框，按提示输入。本例中模块仿真参数设置如下:上一页 下一页返回7. 3直流一交流变换电路的仿真1)三相交流电压源，参数设置:幅值均为50 V , UA , UB , UC初相位分别为0、一1200、-240
126、0，频率均为50 Hz 。2)同步脉冲发生器，参数设置同三相半波可控整流电路。3)直流电源，电压E = 50 V , C = inf4)在示波器特性基础对话框中将轴数设置为3，可得到3通道的示波器。 3.设置仿真参数打开仿真参数窗口，选择odel5s算法，将相对误差设置为1e -3，仿真开始时间设置为0，仿真停止时间设置为0.08s。4.启动仿真负载参数:R=1 SZ; L=0.01 H; C=inf(此时为阻一感加反电势负载)。图7 - 45是a=900, a=120。和a=150。时阻一感加反电势负载时的仿真波形。上一页返回7. 4交流一交流变换电路的MATLAB仿真7. 4. 1单相交流
127、调压电路的建模与仿真1.建立仿真模型1)打开SIMULINK仿真平台，在MATLAB的菜单上点击“File ”，选择“ New”，在拉出的菜单中选择“Model”，建立一个新的仿真模型窗口，命名为“dxjlty”。2)在仿真窗口的菜单栏上点击图标，调出模型库浏览器，在模型库中逐级打开子模型库，根据电路结构图选取适合的模块，将其复制到仿真平台。组成单相交流调压电路的主要元器件有交流电源、晶闸管、RLC负载等，提取元器件模块的路径如表7一5所示。适当连接后得到单相交流调压电路的仿真模型如图7一46所示。下一页返回7. 4交流一交流变换电路的MATLAB仿真2.设置模块参数设置参数时双击模块图标，弹
128、出参数设置对话框，按提示输入。如需要帮助，请按“Help键。本例中仿真参数设置如下:1)交流电压源UA，参数设置:幅值为s0 V，初相位为0，频率为s0 Hz02)晶闸管，参数设置:Ron = 0. 001 SZ ; Lon = 0 H ; Vf = 0. 8 V ; Ic = 0 A ;Rs = 10 SZ; Cs =4. 7e一6F ( RC缓冲电路是晶闸管模块的组成部分)。3)同步脉冲发生器，为晶闸管提供触发脉冲，pulse 1:脉冲幅值10 V，周期0. 02 s，脉宽占整个周期的300，相位延迟(1/50) X (60/360) s =1/300s(即a = 60 0 ) 。 pul
129、se2，除相位延迟为(0.01 +1/300) s(即a=1800 +600)外，其他参数与pulsel参数设置相同，两脉冲信号相位相差1800，保证了脉冲与电源同步。上一页 下一页返回7. 4交流一交流变换电路的MATLAB仿真4)在示波器特性基础对话框中将轴数设置为2，可得到2通道的示波器。3.设置仿真参数打开仿真参数窗口，选择odel5s算法，将相对误差设置为1e-3，仿真开始时间设置为。，仿真停止时间设置为0.08s。4.启动仿真1)电阻性负载时的仿真结果负载参数:R=1 SZ; L=0 H; C=inf(此时为电阻性负载)。图7一47是a=300, a=600, a=90。和a=12
130、0。时电阻性负载的仿真波形，可以作为理论研究的参考。2)阻一感性负载时的仿真结果负载参数:R =22 SZ; L =0. 0l H; C = inf(此时为阻一感性负载)。图7 - 48是a=300, a=600, a=90。和a=120。时电阻性负载的仿真波形，可以作为理论研究的参考。上一页 下一页返回7. 4交流一交流变换电路的MATLAB仿真7. 4. 2三相交流调压电路1.建立仿真模型1)三相交流调压器子系统的建模。在MATLAB模型库中没有专门的三相交流调压器，需要我们根据电路的需要做成一个子系统，在以后使用时直接调用。本书中只做星形带中性线的晶闸管三相交流调压电路。具体做法是:将6
131、个模块分成三组，每两个晶闸管的阴极和阳极相连接。分别用UA , UB , UC将相电压引入电路中，通过信号分离器Demux将6路脉冲信号加到对应晶闸管的门极只上，并用命名为a, h和c的out模块将调压器输出信号引出，最终得到的三相交流调压器子系统仿真模型如图7 - 49 ( a)所示，封装后的符号如图7 -49 ( b)所示。上一页 下一页返回7. 4交流一交流变换电路的MATLAB仿真2)打开SIMULINK仿真平台，建立一个新的仿真模型窗口，命名为dxqqk。在仿真窗口的菜单栏上点击图标，调出模型库浏览器，在模型库中逐级打开子模型库，根据电路结构图选取适合的模块，将其复制到仿真平台。组成
132、三相交流调压电路的主要元器件有交流电源、晶闸管、RLC负载等，提取元器件模块的路径如表7一6所示。3)将电路元器件模块按原理结构图连接起来组成仿真电路。连接后的三相交流调压电路如图7一50所示。2.设置模块参数设置参数时双击模块图标，弹出参数设置对话框，按提示输入。如需要帮助，请按“Help键。上一页 下一页返回7. 4交流一交流变换电路的MATLAB仿真3.设置仿真参数打开仿真参数窗口，选择odel5s算法，将相对误差设置为1e -3，仿真开始时间设置为。，仿真停止时间设置为0.08s。4.启动仿真负载参数:R=1 SZ; L=0 H; C=inf(此时为电阻性负载)。图7一51是a=300
133、, a=600, a=900, a=120。和a=150。时电阻性负载的仿真波形，可以作为理论研究的参考。上一页返回7. 5直流一直流变换电路的MATLAB仿真7. 5. 1降压式(Buck)变换器的建模与仿真1.建立仿真模型1)打开SIMULINK仿真平台，在MATLAB的菜单上点击“File ”，选择“ New”，在拉出的菜单中选择“Model”，建立一个新的仿真模型窗口，命名为“IGBTBuck”。2)提取电路元件模块，在仿真窗口的菜单栏上点击图标，调出模型库浏览器Simulink Lihrarv Brower，在模型库中逐级打开子模型库，对于电力电子专用模块，也可以在MATLAB命令窗
134、口中键入“powerlih”命令，得到powerlih工具箱。根据电路结构图选取适合的模块，将其拖拉(复制)到仿真平台。根据电路结构图的要求，组成直流降压变换电路。提取元器件模块的路径如表7一7所示。下一页返回7. 5直流一直流变换电路的MATLAB仿真选取元器件之后，经过适当连接，得到直流降压变换器(Buck DC一DC)仿真电路如图7一52所示。2.设置模块参数设置参数时双击模块图标，弹出参数设置对话框，按提示输入。如需要帮助，请按“Help键。3.设置仿真参数打开仿真参数窗口，选择odel5s算法，将相对误差设置为1e-3，仿真开始时间设置为0. 019 4 s，仿真停止时间设置为20.
135、 8e一3 s。4.启动仿真仿真结束后，可通过示波器来观察仿真结果，在示波器弹出的显示窗口中，可以分别观察Ic (IGBT电流)( A), IL(电感电流)(A)、uo(输出负载电压)(V)。仿真波形如图7一53所示。上一页 下一页返回7. 5直流一直流变换电路的MATLAB仿真7.5.2升压式(Boost)变换器的建模与仿真1.建立仿真模型1)打开SIMULINK仿真平台，在MATLAB的菜单上点击“File ”，选择“ New”，在拉出的菜单中选择“Model”，建立一个新的仿真模型窗口，命名为“IGBTBoost”。2)提取电路元件模块，在仿真窗口的菜单栏上点击图标，调出模型库浏览器Si
136、mulink Lihrarv Browser，在模型库中逐级打开子模型库，对于电力电子专用模块，也可以在MATLAB命令窗口中键入“pow erlih”命令，得到pow erlih工具箱。根据电路结构图选取适合的模块，将其拖拉(复制)到仿真平台。根据电路结构图的要求，组成直流升压变换电路。提取元器件模块的路径如表7一8所示。上一页 下一页返回7. 5直流一直流变换电路的MATLAB仿真选取元器件之后，经过适当连接，得到直流升压变换器(Boost DC一DC)仿真电路如图7一54所示。2.设置模块参数设置参数时双击模块图标，弹出参数设置对话框，按提示输入。如需要帮助，请按“Help键。5)在示波
137、器特性基础对话框中将轴数设置为3，可得到3通道的示波器。3.设置仿真参数打开仿真参数窗口，选择odel5s算法，将相对误差设置为1P一3，仿真开始时间设置为0，仿真停止时间设置为0. 001 5s。上一页 下一页返回7. 5直流一直流变换电路的MATLAB仿真4.启动仿真 仿真结束后，可通过示波器来观察仿真结果，在示波器弹出的显示窗口中，可以分别观察IL(电感电流)( A), uo(输出负载电压)( V) , Ic ( IGBT电流)(A)。仿真波形如图7一55所示。7.5.3降一升压式(Buc k一Boost)变换器的建模与仿真1.建立仿真模型打开SIMULINK仿真平台，在MATLAB的菜
138、单上点击“File ，选择“ New”，在拉出的菜单中选择“Model”，建立一个新的仿真模型窗口，命名为“ Buck - Boost”。根据降一升压式(Buck一Boost)电路结构图建立仿真模型，如图7一56所示。上一页 下一页返回7. 5直流一直流变换电路的MATLAB仿真2.设置仿真参数打开仿真参数窗口，选择odel5s算法，将相对误差设置为1e-3，仿真开始时间设置为。，仿真停止时间设置为0. 001 5 s。3.启动仿真在参数设置完毕后即可开始仿真。仿真结束后，可通过示波器来观察仿真结果，在示波器弹出的显示窗口中，可以分别观察Ic ( IGBT电流)( A) , IL(电感电流)(
139、A)、uo(输出负载电压)(V)。仿真波形如图7 - 57所示。图7 - 57的电压波形是升压工作状态的波形。波形为有少许波纹的直流电压。可通过调节占空比，获得降压工作状态。图7 - 58是脉冲宽度为30%的仿真波形，此时工作在降压的状态。可以取不同的脉冲宽度值观察波形的变化。上一页返回图7一1二极管元件的图标和仿真模型返回图7一2二极管的伏安特性返回图7一3二极管元件的参数设置对话框返回图7 -4晶闸管元件图标返回图7-5晶闸管元件符号和仿真模型图返回图7一6晶闸管的伏安特性返回图7一7晶闸管元件的参数设置对话框返回图7一8 GTO图标返回图7一9 GTO模型返回图7一10 GTO开关特性返
140、回图7一11可关断晶闸管元件的参数设置对话框返回图7一12 IGBT元件的图标、符号和仿真模型返回图7一13 IGBT的伏安特性返回图7一14 IGBT元件的参数设置对话框返回图7一15MOSFET元件图标返回图7-16 MOSFET元件的符号和仿真模型返回图7-17 MOSFET元件的参数设置对话框返回图7一18同步六脉冲触发器图标返回图7-19同步六脉冲触发器和晶闸管整流桥返回图7一20同步六脉冲触发器的参数设置对话框返回图7一21通用桥式电路图标返回图7-22通用桥式电路参数设置的对话框返回表7一1元器件模块的名称及路径返回图7一23 powerlib工具箱返回图7-24单相半波可控整流
141、电路的仿真模型返回图7-25同步脉冲发生器参数设置对话框返回图7一26仿真参数设置对话框返回图7-27不同控制角时单相半波整流电路电阻性负载的仿真波形返回图7-28 a = 600时单相半波可控整流电感性负载的仿真结果返回表7-2元器件模块的名称和路径返回图7-29单相半波可控整流接续流二极管时的电路仿真模型(阻一感性负载)返回图7 - 30不同控制角时单相半波整流电路阻一感性负载(加续流二极管)的仿真波形返回表7一3元器件的名称和路径返回图7一31单相桥式全控整流器子系统电路及子系统图标返回图7一32单相桥式全控整流电路的仿真模型返回图7 - 33不同控制角时单相桥式全控整流电路电阻性负载的
142、仿真波形返回图7 - 34不同控制角时单相桥式全控整流电路阻一感性负载的仿真模型返回图7一35三相半波可控整流器子系统电路及子系统图标返回表7一4同步六脉冲触发器提取路径返回图7一36三相半波可控整流电路的仿真模型返回图7一37不同控制角时三相半波可控整流电路电阻性负载的仿真波形返回图7-38不同控制角时三相半波可控整流电路阻一感性负载的仿真波形返回图7一39单相双半波有源逆变电路的仿真模型返回图7 - 40不同逆变角时单相双半波有源逆变电路阻一感加反电势负载的仿真波形返回图7 -41单相桥式全控有源逆变电路的仿真模型返回图7 - 42不同逆变角时单相桥式全控有源逆变电路电阻加反电势负载的仿真
143、波形返回图7 - 43不同逆变角时单相桥式全控有源逆变电路阻一感加反电势负载的仿真波形返回图7 - 44三相半波可控有源逆变电路的仿真模型返回图7 - 45不同逆变角时三相半波可控有源逆变电路阻一感加反电势负载的仿真波形返回表7 -5元器件名称及路径返回图7一46单相交流调压电路的仿真模型返回图7 - 47单相交流调压器带电阻性负载不同控制角时的仿真波形返回图7 - 48单相交流调压器带阻一感性负载不同控制角时的仿真波形返回图7一49三相交流调压器子系统电路及子系统图标返回表7-6元器件名称及路径返回图7一50三相交流调压电路的仿真模型返回图7一51单相交流调压器带电阻性负载不同控制角时的仿真波形返回表7一7元器件名称及路径返回图7-52 Buck DC一DC变换器仿真电路返回图7一53 BuckDC一DC变换器的仿真波形返回表7-8元器件名称及路径返回图7-54 Boost DC一DC变换器仿真电路返回图7-55 Boost DC一DC变换器的仿真波形返回图7 -56降一升压式(Buck - Boost)变换器的仿真模型返回图7 -57降一升压式(Buck - Boos)变换器升压工作状态的仿真模型返回图7 -58降一升压式(Buck - Boos)变换器降压工作状态的仿真模型返回
