《电力电子电机控制系统仿真技术》洪乃刚第2章

课程设计任务书图1三相半波可控整流电路原理图对于VS1、VS2、VS3，只有在1、2、3点之后对应于该元件承受正向电压期间来触发脉冲，该晶闸管才能触发导通，1、2、3点是相邻相电压波形的交点，也是不可控整流的自然换相点。

对三相可控整流而言，控制角α就是从自然换相点算起的。

控制角0<α￡2π/3，导通角0<θ￡2π/3。

晶闸管承受的最大正向电压.承受的最大反向电压：2.1.2负载电压当0 ≤ α ≤ π/6时图2电路输出电压波形在一个周期内三相轮流导通，负载上得到脉动直流电压Ud，其波形是连续的。

电流波形与电压波形相似，这时，每只晶闸管导通角为120°，负载上电压平均值为：当π/6 < α ≤ 5π/6时图3电路输出电压波形2.2带阻感负载时的工作情况2.2.1原理说明电感性负载由于电感的存在使得电流始终保持连续，所以每只晶闸管导通角为2π/3，输出电压的平均值为：当α=π/2时，Ud =0，因此三相半波整流电感负载时的控制角为0~ π/2正向承受的最大电压为反向承受的最大电压为图4是电路接线图图4阻感负载接线图图5输出电压波形3.设计结果与分析3.1仿真模型根据原理图利用MATLAB/SIMULINK软件中，电力电子模块库建立相应的仿真模型如图5图6仿真模型图3.2 仿真参数设置晶闸管参数：I vt=I/√3=0.577I d=0.577×6.04=3.46AI fav=I VT/1.57=2.2A额定值一般取正向电流的1.5-2倍，所以取3.3-4.4A之间的数值。

UFM=URM=2.45U2=245V晶闸管额定电压选值一般为最大承受电压的2-3倍，所以额定电压取值为490-735V之间。

变压器参数计算Ud=100V变压器二次侧采用星形接法，所以变压器二次侧峰值为141.4V变压器一次侧采用三角形接法，因此每相接入电压峰值为380V一次侧电压接电网电压220V电压器变比则约为2.693.3仿真结果U2波形仿真图图7 U2波形仿真图U波形图vt1图8 U vt1波形图波形图Ivt1Ivt图9 I vt1波形图u波形图d图10 u d波形图i波形图d图11 i d波形图设置触发脉冲α分别为0°。

摘要脉冲宽度调制（PWM），其基本思想是：控制逆变器中电力电子器件的开通或关断，输出电压为幅值相等、宽度按一定规律变化的脉冲序列，用这样的高频脉冲序列代替期望的输出电压。

传统的PWM技术是用正弦波来调制等腰三角波，称为正脉冲宽度调制，随着控制技术的发展，产生了电流跟踪PWM（CHBPWM)控制技术。

CHBPWM的控制方法是：在原来主回路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值，在稳态时，尽可能使实际电流接近正弦波。

关键词：电流控制；脉宽调制； CHBPWM；1.前言SPWM控制技术以输入电压接近正弦波为目的，电流波形则因负载的性质及大小而异。

然而对于交流电机来说，应该保证为正弦波的是电流，稳态时在绕组中通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值，不产生脉动，因此以正弦波电流为控制目标更为合适。

电流跟踪PWM(Current Follow PWM, CHBPWM)的控制方法是：在原来主回路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值，在稳态时，尽可能使实际电流接近正弦波形，这就能比电压控制的SPWM获得更好的性能。

电流跟踪控制的精度与滞环的宽度有关，同时还受到功率开关器件允许开关频率的制约。

在实际使用中，应在器件开关频率允许的前提下，尽可能选择小的宽度。

电流滞环跟踪控制方法的精度高、响应快，且易于实现，但功率开关器件的开关频率不定。

为了克服这个缺点，可以采用具有恒定开关频率到的电流控制器，或者局部范围内限制开关频率，但这样对电流波形都会产生影响。

2.原理2.1.电流滞环跟踪控制原理现在以A相电流滞环跟踪控制为例，其控制结构图如下图 2-1 所示：图1-1 电流跟踪控制A相原理图其中电流控制器是带滞环的比较器，环宽为h，将给定电流ia与输出电流i*a进行比较，电流偏差△ia 超过±0.5h 时，经滞环控制器（HBC）控制逆变器 A 相上、下桥臂的功率开关器件动作。

.. 《电力电子技术实验》指导书合肥师范学院电子信息工程学院实验一电力电子器件仿真过程：进入MATLAB环境，点击工具栏中的Simulink选项。

进入所需的仿真环境，如图1.1所示。

点击File/New/Model新建一个仿真平台。

点击左边的器件分类，找到Simulink和SimPowerSystems，分别在他们的下拉选项中找到所需的器件，用鼠标左键点击所需的元件不放，然后直接拉到Model平台中。

图1.1实验一的具体过程：第一步：打开仿真环境新建一个仿真平台，根据表中的路径找到我们所需的器件跟连接器。

元件名称提取路径触发脉冲Simulink/Sources/Pulse Generator电源Sim Power Systems/Electrical Sources/ DC Voltage Source接地端子Simulink/Sinks/Scope示波器Sim Power Systems/Elements/Ground信号分解器Simulink/Signal Routing/Demux电压表Sim Power Systems/Measurements/ Voltage Measurement电流表Sim Power Systems/Measurements/Current Measurement负载RLC Sim Power Systems/Elements/ Series RLC BranchGTO器件Sim Power Systems/Power Electronics/Gto 提取出来的器件模型如图1.2所示：图1.2第二步，元件的复制跟粘贴。

有时候相同的模块在仿真中需要多次用到，这时按照常规的方法可以进行复制跟粘贴，可以用一个虚线框复制整个仿真模型。

还有一个常用方便的方法是在选中模块的同时按下Ctrl键拖拉鼠标，选中的模块上会出现一个小“+”好，继续按住鼠标和Ctrl键不动，移动鼠标就可以将模块拖拉到模型的其他地方复制出一个相同的模块，同时该模块名后会自动加“1”，因为在同一仿真模型中，不允许出现两个名字相同的模块。

三相绕线式异步电动机转子串电阻起动的MATLAB仿真一、实验目的：设计三相绕线式异步电动机转子串电阻起动的MATLAB仿真模型，通过仿真观察三相绕线式异步电动机转子串电阻起动时电机有关参数的变化情况，进一步理解三相绕线式异步电动机转子起动过程。

二、仿真模型：创建三相绕线式异步电动机转子串电阻起动的仿真模型如图所示。

仿真模型中主要使用的模块（MATLAB7.10版本）：AC Voltage Source：理想交流电压源模块；Breaker：断路器模块；Asynchronous Machine:异步电机模块；Machine Measurement Demux:电机测量信号分解模块；Selector：选路器模块；Gain：增益模块；Constant：负载常数模块；Series RLC Branch：单相串联RLC支路元件Scope：示波器模块Powergui:电力系统分析工具箱三、模型描述：电路连线结构如图L1、L2、L3接三相交流电源；QF为断路器；M为三相绕线式异步电动机；R为电机起动时串联的电阻。

四、模块参数计算及设置：Ua、Ub、Uc交流电压源参数：“Peak amplitude”置为380，“Phase”初相角分别置为0、-120、120，“Frequency”频率置为60Hz。

断路器Breaker A、B、C参数设置断路器Breaker a、b、c参数设置异步电动机测试信号分配器参数设置选路器参数设置单相串联RLC支路元件参数设置增益模块参数设置鼠笼式异步电动机参数设置其余参数均采用默认值。

五、仿真参数选择及设置：对于所建模型，首先在主菜单【Simulation】下【Configuration Parameters】设置模型参数里，选择算法Oder45,设置仿真开始时间为0，停止时间为0.5s其他设置取默认值。

程序调试过程中遇到的问题和解决办法：（1）仿真模型不能正确运行，解决办法：添加powergui模块使仿真能够运行；（2）仿真时间太长，仿真不能完全运行；解决办法：修改仿真时间使仿真能够合理运行；（3）仿真波形不正确解决办法：修改仿真参数，得到正确的仿真波形。

1 引言本次课程设计的题目是IGBT单相电压型全桥无源逆变电路设计（阻感负载），根据电力电子技术的相关知识，单相桥式逆变电路是一种常见的逆变电路，与整流电路相比较，把直流电变成交流电的电路成为逆变电路。

当交流侧接在电网上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变，逆变电路在现实生活中有很广泛的应用。

2 工作原理概论2. 1 IGBT的简述绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor）,英文简写为IGBT。

它是一种典型的全控器件。

它综合了GTR和MOSFET的优点，因而具有良好的特性。

现已成为中、大功率电力电子设备的主导器件。

IGBT是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。

它可以看成是一个晶体管的基极通过电阻与MOSFET相连接所构成的一种器件。

其等效电路和电气符号如下：图2-1 IGBT等效电路和电气图形符号它的开通和关断是由栅极和发射极间的电压所决定的。

当UGE为正且大于开启电压UGE时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而是IGBT导通。

由于前面提到的电导调制效应，使得电阻减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。

当山脊与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的积极电流被切断，使得IGBT关断。

2.2电压型逆变电路的特点及主要类型根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的则称为电流型逆变电路。

电压型逆变电路有以下特点：直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。

直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。

由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。

而交流侧输出电流波形和相位因为负载阻抗的情况不同而不同。

当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。