Matlab应用于电力电子技术模拟-嵌入式基础教程
(2017-06-07 11:51:26)
1. 引言
20世纪60年代发展起来的电力电子技术可以转换和控制电能，生产出各种高效节能的新型电源和交流直流调速装置，为工业生产、交通、建筑、办公、家庭自动化提供了现代化的高科技技术。为了更高效的利用电能，不断的有新控制技术和算法出现。那么如何验证这些算法的质量呢？建立模型仿真是最有效、最经济的形式。
在实际工程应用中，往往需要提高系统的运行性能和效率。而且系统通常是复杂的非线性，在模拟的基础上更容易实现。所有模拟电力电子技术的元件模型都包含在内MATLAB在电力系统模块环境中。在MATLAB键入提示符powerlib命令。这个命令将被打开simulink窗口。电力系统模块工具箱中的不同子模块工具箱同时显示。在psb几乎所有构成电力系统的元件都有丰富的元件模型，包括：同步机、异步机、变压器、直流机、线性和非线性、著名的和标准值系统、不同模拟精度的设备模型库、单相、三相分布和集中参数传输线、单相、三相断路器和各种电力系统负载模型、电力半导体设备库和控制测量环节，
信号显示和模块连接通常可以simulink在工具箱箱。
2. 电力电子变流技术-三相全桥整流模拟
2.1整流器件
晶闸管和电力晶体管是主要的电力电子设备，也就是说，没有这些设备，就没有电力电子技术。电力电子技术的核心是电力变流技术。通过控制晶闸管等设备，实现电力转换。
晶闸管整流是电力电子技术中最基本的变流技术，可以实现电流从交流到直流的转换。MATLAB模拟中可以由SimPowersystem模块中提供的电力电子模块PowerElectronic中的Thyristor提供模拟模块实现。
2.2 模型建立
三相桥式整流电路是电力电子变流技术中非常重要的功能。它不仅可以将交流电压转换为直流电压作为直流电机的直流电源，还可以调节电机的电枢电压，调节电机的速度。三相桥式整流电路广泛应用于电力电子变流电路中。鉴于其在工业应用中的广泛性，以一个三相桥式整流电路为例，具有感应负荷，介绍如何应用Matlab／Simulink模拟它。如图1所示：
图1：三相桥式整流电路原理图
可根据原理使用Simulink建立图2所示的模拟模型。设置三个交流电压源Va、Vb、Vc相角依次相差120，获得整流桥的三相电源。使用6个Thyristor构成整流桥，实现交流电压到直流电压的转换。6
pulse convertor产生整流桥的触发脉冲。PULSE
convertor1-6晶闸管从上到下触发脉冲。
2．2 参数设置
2．2．1 设置触发脉冲
给图2中的每个脉冲发生器(pulse
generator)设置合理的参数，以获得三相整流桥所需的触发脉冲。使触发角为30。例如，参数设置如下：
A、周期(s)0．02
B、脉冲占空比 25%
C、幅值 0．1
每个脉冲发生器的参数设置相同，不同之处在于开始时间start
time该参数用于设置触发角。为了获得30。脉冲发生器1可以设置触发角start time
为0．02／12 0.02/12
脉冲发生器(i=2...6)0.02/12 0．02／12 0．02(i-1)/6。使每个触发脉冲相差60度，实现整流触发。
图二 仿真模型
2．2．2 晶闸管参数设置
当电路正常工作时，设置6个晶闸管的参数：
电阻 0.1
电感 10e-6
直流电压源电压： 0
初始电流 0
缓冲电阻 103
缓冲电容 0.1e-6
2.2.三三相交流电源及负载设置
三相交流电源参数及负载参数设置如下：
负载参数设置如下:(阻感负载)
电阻 0.2
电感 20e-3
电容 inf(使电源感性)
3 模拟结果分析
3.一般情况下模拟
模拟参数设置为：
开始时间： 0.04s(晶闸管首次触发时间)；
停止时间： 0.2s；
仿真算法： 可变步长的数值微分公式算法。
正常的模拟波形如图3所示：
图三 正常电压模拟波形
3.2故障波形仿真
晶闸管故障概率大，有四种故障：
3.3 模拟结果分析：
观察上述波形，对应图(a)正常工作时，每个周期(T=O．02s)连续输出6个波头，每个波头60度。图(a)每个周期连续少两个波头，120度。由于每个桥臂在正常工作时导通120度，可以判断图纸(a)对应的是桥臂不导通，即晶闸管出现故障。图(b)每个半周期有一个波头，连续少了两个，一个周期少了四个波头。三相桥式电路应输出6个波头。不难看出，此时只有两相导电，另一相的两个桥臂断开，即连接到同一相的两个晶闸管故障。图(c)每个周期有两个连续波头，然后少了四个连续波头。由于输出电压波形6个波头的顺序可以确定连接到同一半桥的两个桥臂不导致。图(d)每个周期连续输出3个波头，然后连续输出3个波头，很容易得出两个晶闸管故障对应不同相的交叉。由此可见，由波形得到的故障形式与设定的故障形式得到的模拟波形的结果是一致的。
同时，我们也可以利用触发脉冲参数的变化来模拟不同负载和触发角下的波形。通过对电压波形的分析，可以了解三相全控桥的故障状态，及时发现和解决故障。
4 总结
通过模拟电力电子技术中最具代表性的三相全控桥，可以看出利用matlab中的powerlib工具箱对电力电子技术仿真具有很大的现实价值，为电力电子设备的开发提供了有力的帮助。
硬之城网址：http://www.allchips.com/
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