MATLAB在电力电子技术中的应用

MATLAB在电力电子技术中的应用

摘 要

20世纪60年代发展起来的电力电子技术，使电能可以交换和控制，产生了现代各种高效节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产，交通运输，楼宇办公家庭自动化提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量，使人类社会生产生活发生了巨大变化。

电力电子技术和电力拖动控制系统组合了电子电路电机拖动自动控制理论微机原理和应用等多学科知识，由于电力电子器件自身的非关联性，给电力电子电路和系统的分析了一定的复杂性和困难，一般常用波形分析和分段线性化处理的方法来研究电力电子电路。现代计算机仿真技术为电力电子电路和系统的分析提供了崭新的方法，可以使复杂的电力电子电路系统的分析和设计变得更加容易和有效。

MATLAB软件是由美国Math Works公司推出的用于数值计算和图形处理的科学计算软件系统被誉为“巨人肩上的工具”MATLAB早期主要用于控制系统的仿真，经过不断扩展已经成为包含通信电气工程优化控制等诸多领域的科学计算软件，可以用于电力电子电路和电力拖动控制系统的仿真。

因此本课题在MATLAB的基础上进行电力电子变流电路的仿真，运用现代

仿真技术研究和比较各种电力电子变流电路。

关键词：MATLAB,电力电子技术,仿真

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MATLAB in power electronics

application

Abstract

In the 1960s developed the power electronics. enabled the electrical energy to be possible to exchange and to control, has produced the modern each kind of highly effective energy conservation new power source and the alternating and direct speeder, was the industrial production, the transportation, the building work household automation has provided the modernized high technology and new technology, raised the production efficiency and people's quality of life, caused the human society to produce the life to have the immense changes.

The power electronics and the electric drive control system combined the electronic circuit electrical machinery dragging automatic control theory microcomputer principle and the application and so on multi-disciplinary knowledge, as a result of power electronics device own non-relatedness, for the power electronics circuit and system's analysis certain complexity and the difficulty, generally the commonly used waveform analysis and the partition linearization processing method studied the power electronics circuit. The modern computer simulation technology has provided the brand-new method for the power electronics circuit and system's analysis, may cause the complex power electronics circuit system's analysis and the design becomes is easier and is

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effective.

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The MATLAB is Corporation promotes by American Math Works uses in the numerical calculus and the graphic processing science computation software system is honored as “on the giant shoulder's tool” the MATLAB early time mainly to use in control system's simulation, passed through expands unceasingly already became contains the correspondence electrical engineering optimization control and so on many domains the science computation software, might use in the power electronics circuit and the electric drive control system's simulation.

This topic carries on the power electronics electron variable current electric circuit's simulation in the MATLAB foundation, studies and compares each kind of power electronics electron variable current electric circuit using the modern emulation technique.

Key words: matlab,

power electronics, simulation

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目录

MATLAB在电力电子技术中的应用 ........................................................................................... 1 MATLAB in power electronics application ................................................................................... 2 目录 ................................................................................................................................................ 4 1绪论 ............................................................................................................................................. 6

1.1关于MATLAB软件 ....................................................................................................... 6

1.1.1 MATLAB软件是什么 .......................................................................................... 6 1.1.2 MATLAB软件的特点和基本操作窗口 .............................................................. 7 1.1.3 MATLAB软件的基本操作方法 ........................................................................ 10 1.2电力电子技术 ................................................................................................................ 12 1.3 MATLAB和电力电子技术 ........................................................................................... 13 1.4本文完成的主要内容 .................................................................................................... 14 2 MATLAB软件在电路中的应用.............................................................................................. 15

2.1基本电气元件 ................................................................................................................ 15

2.1.1基本电气元件简介 ............................................................................................. 15 2.1.2如何调用基本电器元件功能模块 ..................................................................... 17 2.2如何简化电路的仿真模型 ............................................................................................ 19 2.3基本电路设计方法 ........................................................................................................ 19

2.3.1电源功能模块 ..................................................................................................... 19 2.3.2典型电路设计方法 ............................................................................................. 20 2.4常用电路设计法 ............................................................................................................ 21

2.4.1ELEMENTS模块库 ............................................................................................ 21 2.4.2POWER ELECTRONICS模块库 ....................................................................... 22 2.5 MATLAB中电路的数学描述法 ................................................................................... 22 3电力电子变流的仿真 ............................................................................................................... 25

3.1实验的意义 .................................................................................................................... 25 3.2 交流-直流变流器 .......................................................................................................... 25

3.2.1 单相桥式全控整流电路仿真 ............................................................................ 26 3.2.2 三相桥式全控整流电路仿真 ............................................................................ 38 3.3 三相交流调压器 ........................................................................................................... 53

3.3.1 无中线星形联结三相交流调压器 .................................................................... 53

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3.3.2 支路控制三角形联结三相交流调压器 ............................................................ 59 3.4交流-交流变频电路仿真 ............................................................................................... 3.5矩阵式整流器的仿真 .................................................................................................... 67 结论 .............................................................................................................................................. 72 致谢 .............................................................................................................................................. 73 参考文献 ...................................................................................................................................... 74 附录 外文文献翻译 .................................................................................................................... 75

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1绪论

1.1关于MATLAB软件

作为当今世界最流行的计算机语言，MATLAB软件语言系统，由于它在科学计算，网络控制，系统建模与仿真，数据分析，自动控制，图形图像处理航天航空，生物医学，物理学，通信系统，DSP处理系统，财务，电子商务，等不同领域的广泛应用以及它自身所具备的独特优势，目前MATLAB已备受许多科研领域的青睐与关注。 1.1.1 MATLAB软件是什么

MATLAB软件是由美国公司MATH WORKS公司推出的用于数值计算和图形处理的科学计算系统。MATLAB的英文是MATRIX LABORATORY(矩阵实验室)的缩写，被誉为“巨人肩膀上的工具”。由于使用MATLAB编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式一直，所以不像学习其他高级语言那样难于掌握，用MATLAB编写程序有如在演算纸上排列出公式与求解问题。在这个环境下对所要求解的问题，用户只需要简单的列出数学表达式，其结果便以数值或者图形方式显示出来。

最早开发MATLAB软件的目的就是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习。从MATLAB诞生开始，由于其高度的继承性和应用的方便性，在高校中得到了广泛的应用与推广。由于它能非常快的实现科研人员的设想，极大的节约了科研人员的时间，受到了大多科研人员的重视与青睐。它可以很方便地设计出漂亮的界面，例如它像VB一样可以设计出漂亮的用户接口，同时因为它还具有最丰富的函数库，极易实现计算功能。另外MATLAB和其他高级语言也具有良好

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的接口，可以很方便地与其他语言实现混合编程，这都进一步拓宽了它的应用范围和使用领域。

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在美国的一些大学里，MATLAB软件正成为对数值，线性代数以及其他一些高等应用数学课程的辅助教学的有力工具；在工程技术界，MATLAB也被用来构建与分析一些实际课程的数学模型，其典型的应用包括数值计算，算法预测与验证，以及一些特殊矩阵的计算应用，如自动控制理论，统计，数字信号处理，图像处理，系统辨识和神经网络等。它包括了被称为工具箱的各类应用问题的解求工具。工具箱实际上是对MATLAB软件进行扩展应用的一系列MATLAB函数，它可以用来求解许多科学门类数据处理与分析问题 1.1.2 MATLAB软件的特点和基本操作窗口

在MATLAB环境下用户可以方便的进行程序设计，数值计算。图形绘制，输入输出，文件管理等各项操作。MATLAB提供了一个人机交互的数学系统环境，该系统的基本数据是矩阵，在生成矩阵对象时不要求做明确的维数说明。与利用C语言和FORTRAN语言作数值计算的程序设计相比利用MATLAB软件可以大量节省编程时间。它具有以下特色：

强大的数值和符号计算功能，计算功能强大，符号数值的各种形式和规模的计算都能完成，强大的矩阵运算能力以及稀疏矩阵的处理能力可以解决大型文体。MATLAB的数值计算功能包括矩阵运算，多项式和有理分式计算，数据系统分析，数值积分，优化处理等。

简单易学的语言。MATLAB除了命令行的交互式操作以外，还可以程序方式工作，使用MATLAB可以很容易的实现C或FORTRAN语言的全部功能，包括WINDOWS图形用户界面的设计，并且编程语言简单易学。MATLAB程序可扩展性强，用户可编辑自己的工具箱。

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强大的图形功能。MATLAB提供了两个层次的图形命令语句：一种是对图形进行低级通行出的命令语句；另一种是建立在低级图形命令之上的高级图形命令。利用MATLAB的高级图形命令可以轻易地绘制二维，三维乃至四维图形，可以进行图形和坐标的表示，视角和光照设计，色彩精细控制等等。

独具特色的应用工具箱。MATLAB应用工具箱分为基本工具箱，通用工具箱，专业工具箱。基本工具箱中有数百个内部函数，是其最核心的部分。通用工具箱主要用来扩充其符号计算功能，可视建模仿真功能及文字处理功能等。专业工具箱的专业性比较强，如控制系统电力系统，信号处理，神经网络，最优化，金融等工具箱，用户可以直接利用这些工具箱进行相关领域的科学研究。

MATLAB软件的常用窗口简介。

命令窗口（COMMAND WINDOWS）命令窗口是MATLAB软件最基本的窗口。缺省情况下位于MATLAB桌面的右侧。该窗口时运行各种MATLAB命令的最主要窗口。在该窗口内，可以以键入各种MATLAB命令，函数，表达式，并显示除图形形式外的运算结果。

历史命令窗口（COMMAND HISTORY）。历史命令窗口位于MATLAB操作桌面的左下侧。历史命令窗口记录用户在MATLAB命令窗口输入过的所有命令行。历史命令窗口可以用于单行或者多行命令的复制和运行，生成M文件等。使用方法如下。

左键选中单行或者多行命令，鼠标右键激活菜单单项，菜单单项中包括COPY,EVALUATE SELECTION和CREATE M FILE命令语句，以及删除等命令。历史命令窗口也可以切换成窗口和嵌入窗口。

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工作空间浏览器（WORKSPACE BROWSER）在缺省的情况下，当前目录浏览器位于MATLAB桌面的左上方前台，工作空间浏览器中可以查阅保存编辑内存或删除内存变量。选中变量，单击右键打开菜单项。菜单中OPEN命令可以在ARRAY EDITOR中打开变量。GRAPH命令可以选择适当的图形命令使变量可视化。

当前目录浏览器（CURRENT DIRECTORY BROWSER）缺省情况下，位于MATALB这么多左上方前台。点击CURRENT DIRECTORY即可在前台看到。选中文件可以完成打开或者运行M文件，装载数据文件等操作。

内存组数据编辑器（ARRAY EDTIOR）利用内存组数据编辑器，可以输入大数组。首先在命令窗口创建新变量。然后在工作空间浏览器中双击该变量，在数据组编辑器中打开变量。在NUMERIC FORMAT中选择适当的数据类型，在SIZE中输入行数，即可得到一个大规模数据组。修改数组元素之，可以得到所需数组。这对于要将变量数据调出来，用其他软件绘制图形时特别有用。

M文件编辑器/调试器（EDITOR/DEBUGGER）对于简单的或一次性的问题，可以通过在命令窗口直接输入一组命令行去求解。当所需命令行较多或者需要重复使用一段命令时，就要用到M脚本编程。点击MATALB的下拉菜单项file→点击NEW→点击M-FILE,可以创建一个M文件；点击MATALB的下拉菜单项FILE,→点击OPEN，则可以打开一个M文件。

交互界面分类目录窗口（LAUNCH PAD）可以通过点击MATALB中菜单项VIEW，→点击LAUNCH PAD,打开交互界面分类目录窗口。该窗口可以展开的树状结构显示MATALB提供的所有交互界面，包括帮助界面，演示界面和各种应用交互界面。通过双击树结构上的分类图标，即可得到相应的交互界面。

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帮助导航/浏览器（HELP NAVIGATOR/BROWSER）详尽展示又超文本写成的有关MATALB的在线帮助。

1.1.3 MATLAB软件的基本操作方法

(1).文件管理方法

例如MATLAB软件安装在X:\\ MATLAB下，每次启动MATLAB时该目录始终有效，因此要打开某个MATLAB文件，计算机都会从该默认的路径去查找文件，当然这个默认的路径可以不是当前操作的路径，为了方便最好把默认路径重新设置到需要的路径上去。

(2).灵活使用帮助系统

MATLAB的所有执行命令，函数的M文件都有一个注释区。该区域中纯文本形式简要的叙述该函数的调用格式和输入输入量含义。在命令窗口中运行help命令可以获得不同范围的帮助。

(3).基本绘图方法介绍

MATLAB提供了丰富的绘图功能。在命令窗口中键入help graph2d,便可以得到所有绘制二维图形的命令语句；在命令窗口输入 help graph3d便可以得到所有绘制三维图形的命令。

(4).资料的储存与载入方法

MATLAB储存变量的基本命令时SAVE，如果不加任何选项时，SAVE会将变量与二进制的方式储存至后缀名为MAT的档案，（如*.MAT）：

SAVE：该命令将当前工作空间中所有变量储存到名为MATLAB.MAT的二进制档案。

SAVE D:\\FLIENAME： 该命令将当前空间所有变量储存到d盘名为

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FILENAME.MAT的二进制档案。

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SAVE D:\\FILENAME X Y Z：该命令将当前工作空间中的X,Y,Z储存到D盘名为FILENAME.MAT的二进制档案。

(6).一些注意事项：

MATLAB可同时执行数个命令语句，只需要以逗号或者分号将各个命令隔开。若要输入矩阵，必须在同一行结尾加上分毫“；”。若要检查当前工作共建的变量个数，可以键入WHO。若要知道变量的详细资料可以键入“WHOS”。使用CLEAR可以删除工作空间的所用变量。使用CLC可以删除命令窗口中所有变量。使用CLF可以清除图形窗口中的图形。在英文输入状态下输入这些命令以免出错。

另外，MATLAB有些永久常数，虽然在工作空间中看不到，但使用者可以直接取用，例如pi=3.1416；I或者j为基本虚数单位，eps为系统浮点计算相对精度；inf为无限大，如1/0；nan为非数值，如0/0。

(7).一些重要的系统命令如下表： 命令 Help Helpwin 含义 在线帮助 在线帮助窗口 命令 ceho Cd Pwd Dir Unix Dos ! 含义 命令回显 改变当前的工作目录 显示当前工作目录 指定目录的文件清单 执行unix命令 执行dos命令 执行操作系统命令 Helpdesk 在线帮助工作台 Demo Ver readme Who 运行演示程序 版本信息 显示readme文件 显示当前变量 h

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Whos Clear Pack Load Save 显示当前变量详细信息 清除内存变量 整理工作间的内存 把文件变量调入工作空间 把变量存入文件中 computer 显示计算机类型 What Lookfor Which Pach Clc Open More Type 显示指定MATLAB文件 在HELP里搜索关键字 定位函数文件 获取或设置所搜目录 清空命令窗口中的内容 打开文件 使显示内容分页显示 显示M文件的内容 Quit/exit 退出MATLAB Clf Md Edit whick 清理图形窗口 创建目录 打开M文件编辑器 指出文件坐在目录 表1-1 重要的MATLAB的系统命令

1.2电力电子技术

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。

电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。

现已成为现代电气 工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养该专业人才中占有重要地位。

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电力电子技术的重要作用

(1) 优化电能使用。通过电力电子技术对电能的处理，使电能的使用达到合理、高效和节约，实现了电能使用最佳化。例如，在节电方面，针对风机水泵、电力牵引、轧机冶炼、轻工造纸、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解等14个方面的调查，潜在节电总量相当于1990年全国发电量的16%，所以推广应用电力电子技术是节能的一项战略措施，一般节能效果可达10%-40%，我国已将许多装置列入节能的推广应用项目。

(2) 改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。据发达国家预测，今后将有95%的电能要经电力电子技术处理后再使用，即工业和民用的各种机电设备中，有95%与电力电子产业有关，特别是，电力电子技术是弱电控制强电的媒体，是机电设备与计算机之间的重要接口，它为传统产业和新兴产业采用微电子技术创造了条件，成为发挥计算机作用的保证和基础。

(3) 电力电子技术高频化和变频技术的发展，将使机电设备突破工频传统，向高频化方向发展。实现最佳工作效率，将使机电设备的体积减小几倍、几十倍，响应速度达到高速化，并能适应任何基准信号，实现无噪音且具有全新的功能和用途。

(4) 电力电子智能化的进展，在一定程度上将信息处理与功率处理合一，使微电子技术与电力电子技术一体化，其发展有可能引起电子技术的重大改革。有人甚至提出，电子学的下一项将发生在以工业设备和电网为对象的电子技术应用领域，电力电子技术将把人们带到第二次电子的边缘。 1.3 MATLAB和电力电子技术

电力电子技术是一门实践性较强的专业科学知识，基于MATLAB的虚拟实

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验的设计思想,开发出相应的仿真平台，既可用于模拟实验改善实验条件，又可以成为自学的辅助工具。基于silmulink模块库，可以对电力系统的发电输电和用电三个方面进行建模与仿真，可以研究电力系统的安全和稳定运行，可以研究电动机的变频调速系统。1.4 本文完成的主要内容

本文阐述了MATLAB在电力电子技术上的应用，给出了矢量控制的基本方程。介绍了MATLAB软件的基本用法，以及MATLAB软件在电力电子技术上的应用上的方法。

最后，在MATLAB的基础上进行电力电子变流电路的仿真，运用现代仿真技术研究和比较各种电力电子变流电路。采用MATLAB对电力电子变流电路进行仿真研究，建立仿真模型提取电路元器件模块，将电路元器件按原理图连接起来组成仿真电路，设置模型参数，模型进行仿真。对各种电力电子变流电路进行研究比较。

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2 MATLAB软件在电路中的应用

2.1基本电气元件

介绍MATLAB软件中SIMPOWERSYSTEMS里的典型元件库，如电阻，电容，电感，变压器，开关器件等基本器件的调用方法；重要电路的建模方法，分析技巧与设计技术。 2.1.1基本电气元件简介

对于一个简单电路而言，要确保它正常工作，需要包括以下集中或者全部元器件，如电源，电阻器，电容器，电感器，晶体二极管，晶体三极管等基本器件。

（1） 电阻器简介

电阻器在电路中用R表示，如R7表示编号为7的电阻器。电阻在电气 中的主要作用为分流，限流，分压，偏置等。衡量电阻器的两个基本参数是阻值和功率。阻值用来表示电阻器对电流阻碍作用的大小，用Ω表示。除了基本单位外，还有KΩ（千欧），MΩ（兆欧）。功率用来表示电阻所能承受的最大电流，用W表示。

（2） 电容器简介

电容器在电路中一般用“C”加数字表示（如C18表示编号18的电容器）。电容器是有两片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开而组成的元件。电容器的特性主要是隔直流通交流。电容器的大小就是表示它能贮存电能的大小，电

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容器对交流信号的阻碍作用称为容抗；它与交流信号的频率和电容量有关。容抗X=1/(2

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πfC)，f表示交流信号的频率，C表示电容容量。电容的基本单位用F表示，其他单位还有mF（毫法），μF（微法），nF（纳法），pF（皮法）。

（3）晶体二极管简介

晶体二极管在电路中常用“VD”加数字表示，如VD3表示编号为3的二极管。二极管的主要特性就是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或者无穷大。正因为二极管具有上述特性，常把它作用在整流，开关，隔离，稳压，极性保护。编码控制，调频调制，静噪等功能电路中。因此二极管按作用可以分为整流二极管，续流二极管，开关二极管，稳压二极管和限幅二极管等。

（4）晶体三极管简介

晶体三极管在电路中常用VT加数字表示，如VT3表示编号为3的三极管。三极管内部还有2个PN结，并且具有放大作用和开关作用。它有三个极，分别为b（基极）c（集电极）e（发射极）。它分为NPN和PNP两种类型。发射极上的箭头表示通过三极管的电流方向，两类三极管中的电流方向是相反的。这两种类型的三极管从工作特性上可以互相弥补，所谓OTL电路中的对管就是有PNP和NPN型配对而成。

（5）MOS场效应晶体管简介

MOS场效应晶体管即金属-氧化物-半导体型场效应管，属于绝缘栅型。其主要特点是金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很好的输入电阻。它分N沟道和P沟道，通常是将衬底与源极S接在一起。根据导电方式的不同MOS场效应晶体管又分为增强型和耗尽型。增强型是只电压等于0时管子呈截止状态，加上正确的电压后，多数载流子被吸引到栅极，从而增强了该区域的载流子形成导电沟道；所谓耗尽型是指，电压等于0时，形成沟

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道，加上正确电压后，能使多数载流子流出沟道，因而耗尽了载流子，使管子转向截留状态。

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（6）电感线圈，和电容器一样，也是一种储能元件。电感线圈能把电能转变为磁场能，并在磁场中储存能量。电抗器用符号L表示，其电极的基本单位是H（亨利），常用的有Mh和μH，它通常和电容器一起工作，构成LC滤波器，LC振荡器等。人们还利用电感的特性，制造了阻流圈，变压器，继电器等。

（7）变压器简介

变压器是变换交流电压，电流和阻抗的器件，当初级绕组中通有交流电时，铁心中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压。变压器由铁心和绕组组成，绕组有两个或以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级绕组，其余绕组叫次级绕组。按电源相数来分，变压器单相，三相和多相集中形式。 2.1.2如何调用基本电器元件功能模块

（1）如何放置并设置交流电源

打开SIMULINK LIBRARY BROWER窗口，点击SIMPOWERSYSTEMS模块库，点击ELECTRICAL SOURCSE模块库，用鼠标右键点击交流电源模块AC VOLTAGE SOURCE,点击ADD to文件名，便将交流电源模块发送到文件中去，点击交流电源模块AC VOLTAGE SOURCE ，可以设置电压和频率，然后双击该模块，便弹出它的属性对话框，模块中已经给了交流电模块美国电气参数的国际单位制，点击OK完成设置。

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（2）如何放置并设置整流二极管

打开SIMULINK LIBRARY BROWER窗口，→点击SIMPOWERSYSTEMS模块库，→点击ELECTRICAL SOURCSE模块库，→用鼠标右键点击整流二极管模块DIODE，点击ADD TO 文件名。点击整流二极管模块的名称框，可以更改名称，然后双击该模块边弹出它的属性对话框，进行参数设置然后点击OK完成属性参数的设置操作。

（3） 如何放置电阻器，电感器，电容器

打开SIMULINK LIBRARY BROWER窗口，→点击SIMPOWERSYSTEMS模块库，→点击ELECTRICAL SOURCSE模块库，→鼠标 点击串联性分支模块SERIES RLC BRANCH ，→点击ADD TO 文件名。点击串联性分支模块SERIES RLC BRANCH的名称框，由于它包含有电阻器，电感器，电容器，他们的默认单位均为国际单位制，分别为Ω，H ，F.进行参数设置然后点击OK便完成串联性分支模块的属性设置操作。

（4） 如何放置地线模块

在电路的方针模型中，没有地线，计算机在作仿真计算时，若没有零电位的参考点便无法发进行仿真，所以，必须防止地线。地线在SIMPOWERSYSTEMS模块库的CONNECTORS模块库。MATLAB中，有二种类型的地线，既INPUT GROUND和OUTPUT GROUND。它们的区别在于连接线的方向不一样。

（5） 如何设置仿真参数

点击文件窗口，点击SIMULATION按钮，→点击SIMULAITION PARAMETERS,弹出一个方阵参数对话框，点OK可以完成仿真参数的设置操作。便可获取仿真结果。

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2.2如何简化电路的仿真模型

在MATLAB中，已经设计了单相和三相整流桥模块，且在MATLAB中，它们有一个专门的名字叫通用桥（UNIVERSAL BRIDGE）.他们分为以下几种拓扑结构：

（1） 由二极管构成的不可控整流电路/逆变桥电路 （2） 可控硅整流桥（THYRISTOR）电路/逆变桥电路 （3） GTO-DIODE式可控整流电路/逆变桥电路 （4） MOSFET-DIODE式可控整流电路/逆变桥电路 （5） IGBT-DIODE式可控整流电路/逆变桥电路

（6） 理想开关器件（IDEAL SWITCH）式整流电路/逆变桥电路 所以，在用MATLAB软件构建仿真模型时可以直接调用UNIVERSAL BRIDGE模块，其调用和参数设置方法为：

打开SIMULINK LIBRARY BROWER窗口→点击SIMPOWERSYSTEMS模块库→点击POWER ELECTRONICS模块库，→鼠标右键点击UNIVERSAL BRIDGE模块→点击ADD TO 文件名，保存。然后双击该模块便弹出属性参数设置对话框，完成设置。

2.3基本电路设计方法 2.3.1电源功能模块

电源是电子电路和由电子电路构成的各种电子设备的动力或核心。，没有

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它提供能源，电子电路和电子设备就无法正常实现他们各自的功能。而电源的性能好坏与否，将直接影响整个设备的精度，稳定性和可靠性。为此在构建电路的仿真模型时，需要选择合适类型和性能优良的仿真电源，这已成为仿真过程中的一项重要任务和步骤。

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在SIMULINK中专门设置了一个名为SIMPOWERSYSTEMS的模块库，其中包括电源元件库（ELECTRICAL SOURCES）,它包含了产生电信号的各种元件，包括7种电源功能模块

（1） 直流电压源（DC VOLTAGE SOURCE） （2） 交流电压源（AC VOLTAGE SOURCE） （3） 交流电流源（AC CURRENT SOURCE） （4） 受控电压源（CONTROLLED VOLTAGE SOURCE） （5） 受控电流源（CONTROLLED CURRENT SOURCE） （6） 三相电源（3-PHASE SOURCE）

（7） 三相可编程电压源（3-PHASE PROGRAMMABLE VOLTAGE SOURCE） 2.3.2典型电路设计方法

（1） 直流电源电路仿真法

设置直流电压源（DC VOKTAGE SOURCE）的AMPLITUDE（幅值）； 开关BREAKER模块：最重要的参数就是SWITCHING TIME，其他参数可以直接利用它的默认参数；构建电阻R和电容C；设置TO WORKSPACE模块；设置仿真参数；启动仿真程序；分析电路的仿真结果。

（2） 交流电压源电路仿真法

设置交流电压源（AC VOLTAGE SOURCE）；设置TO WORKSPACE模块；设置仿真参数；启动仿真程序；分析电路的仿真结果。

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（3） 交流电流源仿真方法

设置AC CURRENT SOURCE模块；设置TO WORKSPACE模块；设置仿真参数；启动仿真程序；分析电路的仿真结果。

（4）可控交流电源电路仿真法

设置AC CURRENT SOURCE模块；设置TO WORKSPACE模块；设置CONTROLLED CURRENT SOURCE模块；设置仿真参数；启动仿真程序；分析电路的仿真结果。

（4） 可控交流电压源仿真法

设置AC VOLTAGE SOURCE模块；设置TO WORKSPACE模块；设置CONTROLLED VOLTAGE SOURCE模块；设置SCOPE模块；设置STEP模块；设置SWITCH模块；设置仿真参数；启动仿真程序；分析电路的仿真结果 2.4常用电路设计法 2.4.1ELEMENTS模块库

在SIMULINK里面的SIMPOWERSYSTEMS的模块库中，包含有线路元件库ELEMENTS。在ELEMENTS元件库中，基本涵盖了绝大多数电路所需元器件，如电阻器，电容器，，输电线，变压器，断路器等重要原件。主要包括BREAKER功能模块和LINEAR TRANSFORMER功能模块 2.4.2POWER ELECTRONICS模块库

SIMULINK里面的SIMPOWERSYSTEMS的模块库中，包含电力电子元件库

（POWER ELECTRONICS）。在POWER ELECTRONICS元件库中，基本上涵盖了绝大多数电路所需的开关元件，如晶体二极管，GTO，IGBT,MOSFET,THYRISTOR,

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理想开关，THREE-LEVEL BRIDGE和UNIVERSAL BRIDGE等重要器件。主要包括IDEAL SWITCH功能模块和IGBT功能模块。

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2.5 MATLAB中电路的数学描述法

电路的数学描述和建模，属于控制系统的一部分。测控系统和电力系统的

数学描述，建模与控制系统相类似，可以利用控制系统的数学描述和建模方法，对电路进行数学描述与建模分析。MATLAB提供了简洁的仿真和模块库工具箱，通过电路图的绘制，MATLAB自动生成数学模型。

（1） 命令函数Power2sys的使用方法

命令格式：SYS=Power2sys(‘SYS’，‘structure’)

说明：SYS表示在SIMPOWERSYSTEMS中建立的仿真模型的名称。该命令将用来对该电路模型的结构进行分析，并生成该电路模型的结构信息表。

命令格式：SYS=Power2sys(‘SYS’，‘sort’) 说明：该命令显示电路图中元件和支路的相关信息 命

令

格

式

：

[A,B,C,D,x0,states,inputs,outputs,uss,xss,yss,freqyss,hlin]= Power2sys(‘SYS’)

说明：该命令将用来显示电力系统模型sys的中的结果信息，输出量由该函数控制。A,B,C,D分别表示电力系统的状态方程模型中的矩阵，x0表示电路和电力系统初始值向量。States表示电力系统的状态变量，inputs表示电力系统的输入量；outputs表示电力系统输出量，uss表示电力系统稳态时的输入向量，xss表示电力系统稳态时的状态矩阵变量，yss表示电力系统稳态时的输出向量，freqyss表示电源频率向量，hlin表示不同频率下电阻的传递函数矩阵。

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命令格式：SYS=Power2sys(‘SYS’，‘net’)

说明：该命令函数用来显示电力系统的网络结构，通过调用该函数显示电路图模型的拓扑结构。执行该命令后，将输出一个名为sys.net的文件到当前搜索路径中。

命令格式：SYS=Power2sys(‘SYS’，‘ss’)

说明：该命令函数用来输出该电路模型向状态方程模型转换。 （2）命令函数powerinit的使用方法

在MATLAB中利用命令函数powerinit对电路模型的初始值进行设定，它的命令格式如下：

格式：powerinit（’SYS’,’look’）；% 说明：显示该电路模型的当前初始状态的数值。 格式：powerinit（’SYS’,’reset’）；%

说明：将电路模型的当前初始装填的数值重新设定为零 格式：powerinit（’SYS’,’set’,P）；%

说明：将电路模型的当前初始状态的数值重新设置为P（矢量） 格式：powerinit（’SYS’,’steady’）；%

说明：重新该电路模型的当前初始状态，使得该系统从稳态时启动仿真。 格式：powerinit（’SYS’,’setb’,STATE,VALUE）；%

说明：重新给设定该电路模型的初始状态变量STATE设定新的初始值VALUE。

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3电力电子电路的仿真

3.1实验的意义

电力电子技术和电力拖动控制系统组合了电子电路电机拖动自动控制理论微机原理和应用等多学科知识，由于电力电子器件自身的非关联性，给电力电子电路和系统的分析了一定的复杂性和困难，一般常用波形分析和分段线性化处理的方法来研究电力电子电路。现代计算机仿真技术为电力电子电路和系统的分析提供了崭新的方法，可以使复杂的电力电子电路系统的分析和设计变得更加容易和有效。 3.2 交流-直流变流器

所谓变流就是指交流电和直流电之间的转换，对交直流电压，电流的调节，和对交流电频率，相数，相位的变换和控制。而电力电子变流电路就是应用电力电子器件实现这些转换的线路，一般这些电路可以分为四大类。

（1）交流-直流变流器。 （2）直流-直流斩波调压器。 （3）直流-交流变流器。

（4）交流-交流变流器，其中又分交流变压器和交-交变频器。 这里将要运用现代仿真技术学习研究和设计交流-直流变流器。

交流-直流变流器又称整流器，AC-DC变流器，其作用是将交流电转变为直流电，一般称为整流，并且在整流的同时还对直流电压电流进行调节，以符合用电设备的要求。常用的整流器用单相和三相整流器，从控制角度区分，

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有不可控，半控，和全控整流电路之分，从输出直流的波形来区分，又分半波和全波整流器之分。二极管，晶闸管是常用的整流器件，现在采用全控型器件的PWM方式整流器也越来越多。整流电路的仿真可以用powersys模型库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

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有6-PULSE DIODE BRIDGE, 6-PULSE THYRISTOR BRIDGE, UNIVERSAL BRIDGE等模块可以调用，使用这些模块可以使仿真更方便。复杂的大功率多相整流器可以在三相桥的基础上构建。 3.2.1 单相桥式全控整流电路仿真

单相桥式全控整流电路如图3-1所示：

图3-1单相桥式全控整流电路原理图

电流由交流电源u1,整流变压器T，晶闸管VT1~VT4，负载电阻R以及触发电路组成。在变压器二次电压u2的正半周触发晶闸管VT1和VT4，在u2的负半周触发晶闸管VT2和VT3，在负载电阻上可以得到方向不变的直流电，改编晶闸管的控制角可以调节输出直流电压和电流的大小。

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该电路的仿真过程可以分为建立仿真模型，设置模型参数和观测仿真结果等几个主要阶段。

1.建立仿真模型

（1）首先建立一个仿真模型文件。在MATLAB的彩电上点击FILE，选择再在弹出菜单中选择MODEL，这时出现一个空白的仿真平台，在这平台上可以绘制电路的仿真模型。同时也可以在FILE菜单下给文件命名。

（2）提取电路元器件模块。在仿真模型串口的菜单上调出模型库浏览器，在模型库中提取适合的模块放到仿真平台上。组成单相桥式整流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见表3-1 元器件名称 交流电源u2 提取元器件路径 Power system blockset\\electrical sources\\AC voltage source 晶闸管VT1~VT4 RLC串联电路 脉冲发生发生器 T形节点 中性节点 Power system blockset\\power electronics\hyristor Power system blockset\\elements\\seriesRLC branch Simulink\\sources\\pulse generator Power system blockset\\connectors\\T connector Power system blockset\\connectors\\neutral(output) 表3-1 元器件名称及路径

（3）将电路元器件模块按单相整流的原理图连接起来组成仿真电路。将元器件连接组成仿真模型如图3-2

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图3-2 单相桥式整流电路模型

在SIMULINK模型库中没有专门的单相桥式整流触发器模型，这里使用了2个脉冲发生器来分别VT1和VT3，VT2和VT4的触发脉冲。整流器的负载选用了RLC串联电路，可以通过参数设置来改变电阻，电感，和电容的组合。

模型中使用了两种测量仪器，示波器（SCOPE）和多路测量器（MULTIMETER）。示波器可以观测它连接点上的波形，多路测量器可以接受一些模块发出来的参数型号并通过示波器观测。

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2.设置模型参数。设置模型参数是保证仿真准确和顺利的重要一步，有些参数由任务来规定，比如此次仿真中的电源电压，电阻值等，有些参数是需要仿真来确定的。

（1）交流电压源u2，电压为220V，频率为50Hz，初始相位为0°。在电压设置中要输入的是电压峰值，输入“220×sprt(2)”。测量选择选中电压“voltage，”u2的数据可以送入多路测量器。如图3-3

图3-3 交流电源参数设置

（2）晶闸管VT1~VT4直接使用了模型的默认参数。

（3）负载RLC，R的值2Ω，L的值0，C的值为inf，并在参数页最后的测量选择中选择“voltage and current”,这样负载R的电压和电流可以通过多路测量器观测。如图3-4。

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图3-4 RLC参数设置

（4）晶闸管触发采用简单的脉冲发生器来产生，脉冲发生器周期T必须和交流电源u2同步。晶闸管的控制角α以脉冲的延迟时间t来表示t=αT/360°，其中α为控制角，T=1/f,f为交流电源频率。α=30°时的脉冲发生器参数设置如下表3-2。 项目 Pulse type Amplitude Period Pulse width Phase delay 脉冲发生器1 Time-based 1 0.02s 0.0005s 0.00167s 表3-2脉冲发生器参数设置

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脉冲发生器2 Time-based 1 0.02s 0.0005s 0.01167s h

3.模型仿真

模型仿真前设置仿真参数主要包括：开始时间，终止时间，仿真类型，以及相对误差，绝对误差。步长大小要适中一般选可变步长（variable-step），仿真数值计算方法可选ode15，ode23，ode45等，这里仿真数值计算方法选择了ode45，仿真时间为0.06s。如图 3-5

图3-5 模型仿真参数设置

开始仿真，在仿真计算完成后即可通过示波器来观察仿真结果： （1）电阻负载时的仿真波形。 如图3-6为仿真时间中电源u2的波形

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图3-6 电源电压u2波形

如图3-7上部分和下部分分别为α=30°，R的值为2Ω时负载二点电压和通过负载的电流波形。

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图3-7 α=30°时负载电阻两端电压和电流波形

该电压和电流都是脉动的直流，反应了电源的交流电经过整流后形成为了直流电，实现了整流。因为是电阻负载，整流后的电压和电流波形相同，但是纵坐标的标尺不同，电压的幅值Um=311V,电流的幅值I=155A，与计算结果Im=Um/R相同。

如图3-8下部分和上部分分别为晶闸管VT1两端的电压和通过晶闸管VT1的电流波形。

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图3-8 α=30°时VT1两端的电压和电流波形

通过晶闸管的电流仅是负载的一半，只有半个周期内有电流通过晶闸管VT1。并且通过比较可以看到晶闸管导通时晶闸管两段电压为零，在4个晶闸管都不导通时（0.01s~0.012s,0.02s~0.022s区间），每个晶闸管承受u2/2电压，且晶闸管承受的最好反向电压为电源电压的峰值311V，根据该电压和电流可以选择晶闸管的额定参数。

如果要观察在其他控制角下，整流器的工作情况，只需修改脉冲触发器的延迟时间，重新启动仿真即可，在α=60°如图3-9 图3-10。

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图3-9α=60°负载电阻两端的电压波形和电流波形

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图3-10 α=60°晶闸管的电压波形和电流波形

（2）电阻电感负载时的仿真。如果要研究电感性负载时整流器的工作状况，只需要重新设置负载参数，设RL负载，R的值为2Ω，L的值为0.01H，再次启动仿真。如图3-11图3-12电感中电流在启动时有一上升过程（图3-11下部分），一个周期后进入稳态，电流是连续的，对应的电压波形出现负半周（图3-11上部分），使整流平均电压较纯电阻负载时减小。

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图3-11 α=60°负载电感两端的电压波形和电流波形

图3-12 α=60°电感负载整流器晶闸管的电压波形和电流波形

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3.2.2 三相桥式全控整流电路仿真

三相桥式全控整流电路是应用最广泛的整流电路。完整的三项式全控整流电路由整流变压器，6个桥式连接的晶闸管，负载，触发器，和同步环节组成，三相桥式全控整流原理电路如图3-13。

图3-13 三相桥式全控整流原理电路

6个晶闸管以次相隔60°触发，将电源交流电整流为直流电。三相桥式整流电路必须采用双脉冲触发或者宽脉冲触发方式，以保证在每一个瞬间都有两个晶闸管同时导通（上桥臂和下桥臂各一个）。整流变压器采用三角形/星形连结是为减少3的整流倍数次谐波电流对电源的影响。

三相桥式整流电路的仿真使用MATLAB模型库中的三相桥和触发器集成模块是很方便的。用模型库中的元器件组成的三相桥式整流电路的仿真模型如图3-14所示。

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图3-14 三相桥式整流电路的仿真模型

仿真模型中主要使用的元器件模块和提取路径如表3-3。 交流电源 整流变压器 （Transformer） 同步变压器 （T-Transformer） 三相电压-电流 测量单元（V-I） 三相晶闸管整流器 Extra library\\ three-phase library\\6-pulse h

Electrical sources\\AC voltage source Element\hree-phase windings） transformer（two Element\hree-phase transformer Measurements\\ three-phase V-I h

thyristor h

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（6-pulse thyristor Bridge bridge） RLC负载 6脉冲发生器 （6-pulse） 触发角设定 （alph） 方均根值计算（RMS） 表3-3三相整流电路主要元器件

在模型的整流变压器和整流桥之间介入了一个三相电压-电流测试单元V-I是为了观测方便。整流器的输出电压和电流时通过多路测量负载的电压和电流来实现的，当然也可以用电压和电流测量单元直接检测整流器输出单元和电流。在整流器工作中保证触发脉冲与主电路同步很重要，仿真使用的6脉冲发生器是在同步电压锅零时作为控制角α=0°的位置，因此在整流变压器采用△\\Y-11联结时，同步变压器也可以采用△\\Y-11联结，同步信号的连接如图3-14所示。

同步信号关系难以确定时，可以发挥仿真的特点，将三相同步电压信号以不同的顺序连接到6脉冲发生器的AB，BC，CA三个同步输入端，然后运行该模型，观察整流器输出电压波形，如果电压波形在一周期中6个波头连续规则，则该整流电路同步时正确的。负载和控制角可以按需要设定。

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Elements\\series RLC branch Extra library\\control blocks\\synchronized 6-pulse generator Simulink\\sources\\constant Extra library\\ Measurements\\RMS h

在三相桥式全控整流电路中，设电压电源为220V，整流变压器输出电压为100V（相电压），进行仿真，观察整流器在不同负载，不同触发时整流器输出电压电流波形，测量其平均值，并观察整流器交流侧电流波形和分析其主要次谐波。

1.电阻负载的三相桥式整流电路（R的值为5Ω，α=30°） （1） 设置模型参数如下

电源参数设置：三相电源的电压峰值为220V×2，可以表示为“220*sprt(2)”,频率为50Hz，相位分别为0°，-120°，-240°。如图3-16为电源UA参数设置

图3-16 电源UA参数设置

整流变压器参数设置：一次绕组联结winding 1 connection选择delta（D11），线电压为=220V×3=380V；二次绕组联结winding 2connection选

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择Y，线电压为100V

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×3=173V，在要求不高时变压器容量，互感等参数可以保持默认不变。如图3-17

图3-17 整流变压器参数设置

同步变压器参数设置：一次绕组联结winding 1 connection选择delta（D11），线电压为380V；二次绕组联结winding 2connection选择Y，线电压为15V，其他参数保持默认不变。如图 3- 18

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图3-18 同步变压器参数设置

三相晶闸管整流器参数设置：使用默认值。

RLC负载参数设置：R为5Ω，L的值为0,C的值为inf。如图3 -19

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图3-19 RLC参数设置

6脉冲发生器设置：频率为50Hz脉冲宽度取1°，选择双脉冲触发方式。 触发角设置：给定alph设置为30°。 （2） 仿真并观察结果。

设置仿真参数如下：仿真时间为0.06s数值算法采用ode15。如图3-20。

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图3-20 模型仿真参数设置

仿真参数设置完成后启动仿真，得到仿真结果如图3-21图3-22图3-23图3-24图3-25图3-26 图3-27。

将图3-21所示的三相电压波形与图3-23所示的整流电压波形和图3-24所示电流波形相比较，整流后的电压是直流，切波形与三相输入电压波形相对应。

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图3-21整流器输入的三相电压波形

图3-22 整流器输出的电压波形

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图3-23整流器输出的电流波形

整流电压平均值如图3-24与计算值Ud=2.34×100cos30°V=202.6V相符因为是电阻负载，整流后的电压和电流波形相同，但Y轴左边不同。

图3-24整流输出电压平均值

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图 3-25 图3-26 图3-27分别为整流器交流侧的电流波形。改变控制角可以观察不同控制角下整流器的工作情况。

图3-25整流变压器二次侧a相电流波形

图3-26 整流变压器二次侧b相电流波形

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图3-27 整流变压器二次侧c相电流波形

其他参数不变，修改控制角α=60°，再次进行仿真，观察在不同控制角下整流器的工作情况。如图3-28，图3-29，图3-30，分别为α=60°时整流变压器二次侧a相，b相，c相电流波形。

图3-28 α=60°整流变压器二次侧a相电流波形

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图3-29 α=60°整流变压器二次侧b相电流波形

图3-30 α=60°整流变压器二次侧c相电流波形

2.电阻电感负载的三相桥式整流电路（R为5Ω，L的值为0.01h,α=60°）

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修改负载RLC的参数，R为5Ω，L的值为0.01H,C的值为inf,同时将触发角设置为60°。为了观察整流器输入电流和输出电压的谐波，在仿真模型中增加了傅里叶（fourier）分析模块，修改后的仿真模型如图3-31。

图3-31三相桥式整流电路电阻电感负载

在仿真参数中设置仿真时间，重新启动仿真，即可得到阻感负载时的整流器输出电压和电流图，图3-32，图3-33 图3-34。如图3-31 所示由于电感是储能元件，电感中电流经过一上升过程后电流进入稳定状态，电流脉冲很小。

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图3-32 三相桥式整流电路电阻电感负载α=60°整流器输出电压

图3-33整流器输出电压平均值

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图3-34 整流器输出电流

通过傅里叶分析模块可以观察输出波形的各次谐波。双击傅里叶分析模块对话框，这里要设置的参数由基波频率需要分析的谐波次数。傅里叶分析模块每次分析一种次数的谐波，如果需要分析多次谐波，则需要对模型进行多次仿真。

3.3三相交流调压器仿真

三相交流调压器有星形联结和三角形联结的多种方案，其中星形联结又有无中线和有中线两种电路，三角形联结有有线路控制和，支路控制和中点控制不同电路，这里对无中线星形联结和支路控制三角形联结线路进行仿真。 3.3.1无中线星形联结三相交流调压器

无中线星形联结三相交流调压器仿真图如图3-35。该模型由三个单相交

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流调压电路组成，图中VT1,2 、VT3,4、 VT5,6分别为双向晶闸管开关模块开关，pulse1,2 、pulse3,4、pulse5,6是相应晶闸管的触发模块，双向晶闸管开关模块和触发模块结构图见图3-36 图3-37。

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图3-35无中线星形联结三相交流调压器仿真模型

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图-3-36双向晶闸管开关模块开关VT1,2 、VT3,4、 VT5,6

子系统图

图3-37晶闸管的触发模块pulse1,2 、pulse3,4、pulse5,6

子系统图

为了观察方便在处罚模块的移相控制输入端接入了一个控制角与移相控

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制电压Uct,Uct=

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(10*u1/180),式中u1为控制角。

分别设置控制角α=30°和α=60°进行仿真，仿真结果如图3-38，图3-39，图3-40，图3-41，图3-42，图3-43。

图3-38 α=30°三相交流调压器输出电压ua波形

图3-39 α=30°三相交流调压器输出电压ub波形

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图3-40 α=30°三相交流调压器输出电压uc波形

图3-41 α=60°三相交流调压器输出电压ua波形

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图3-42 α=60°三相交流调压器输出电压ub波形

图3-43 α=60°三相交流调压器输出电压uc波形

从α=30°的三相波形中可以看到，在调压器三相的各相都有一个晶闸管道通区间，输出电压与电源电压相同；在三相中只有两相有晶闸管道通的区

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间，输出电压应为道通两相线电压的1/2。随着控制角增加，同时又三个晶闸管道通的区间逐步减小，到

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α≥60°时，任何时间都只有两相晶闸管道通，到同时输出相电压等于道通两相电压的1/2。

3.3.2支路控制三角形联结三相交流调压器

支路控制三角形联结三相交流调压器常用于动态无功补偿器中。动态无功补偿器由固定电容器和晶闸管控制的电抗器并联支路组成，通过晶闸管控制电感支路电流，从而调节无功补偿装置的补偿电流大小。

建立支路控制三角形联结晶闸管控制电抗器仿真模型，如图3-44，设交流电源相电压为220V，电感量为2mH。图中VT1,2 、VT3,4、 VT5,6，pulse1,2 、pulse3,4、pulse5,6同无中线星形联结三相交流调压器。（图3-36 图3-37）

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图3-44 支路控制三角形联结晶闸管控制电抗器仿真模型 分别设置控制角α=120°和α=150°进行仿真，仿真结果如图3-45， 图3-46， 图3-47， 图3-48， 图3-49， 图3-50。

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图3-45 α=120°时支路控制三角形联结晶闸管控制电抗器

a相电流电源波形

图3-46 α=120°时支路控制三角形联结晶闸管控制电抗器

b相电流电源波形

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图3-47 α=120°时支路控制三角形联结晶闸管控制电抗器

c相电流电源波形

图3-48 α=150°时支路控制三角形联结晶闸管控制电抗器

a相电流电源波形

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图3-49 α=150°时支路控制三角形联结晶闸管控制电抗器

b相电流电源波形

图3-50 α=150°时支路控制三角形联结晶闸管控制电抗器

c相电流电源波形

从图中可以看出，电流滞后于电压90°，随控制角增加，电流减小，电

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抗器提供的感性无功减小，而无功补偿装置向电网提供的容性无功量增加

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Q=Qc-Ql

式中Q为无功补偿装置向电网提供的容性无功量，Qc为固定电容的无功，Ql为晶闸管控制电抗器提供的感性无功。

通过晶闸管调节电抗器电流，可以实现无功补偿装置补偿量的连续调节。其中α=120°时的电流和电源波形反映了装置在零状态启动时的电流冲击情况，α=150°时的电流和电源波形只显示了稳态的电流波形。通过仿真，可以直观地研究线路无功补偿量与LC参数的关系和控制相关的问题。 3.4交流-交流变流器

交-交变流包括交流调压和交-交变频。交流调压是指不改变交流电压的频率而只调节电压大小的方法。交-交变频是通过电力电子电路的开关控制将工频三项交流电改变为其他频率的单相或三相交流电。

这里对交-交变频电路进行仿真研究。交-交变频的基本原理是通过电力电子器件的开关控制，截取三相工频电源电压的各个片段，重新拼装组合成一个新的交流电压。交-交变频的主电路一般由两组反并联的晶闸管整流电路组成，整流电路常采用三相桥式，当正组整流器工作时负载上得到正向电流，返祖整流器工作室，在负载上得到反向电流，改变正反两组桥的切换频率，在负载上就可以得到不同频率的交流电，实现变频。如果改变晶闸管控制角，则输出电压随之改变即实现了调压的控制。如果在负载电压的一周期中控制角保持不变，怎输出电压是带锯齿的方波，为了使输出电压接近正弦波，则要求在一周期中晶闸管控制角按一定的规律变化，常用的控制方法有余弦交点法和叠加三次谐波的交流偏置法等。下面通过仿真来研究余弦交点法，并观察采用余弦交点法调制的交-交变频效果。

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余弦交点法的基本原理是，当交-交变频器输出电压波形的相邻两段与调制的目标正弦波差值相等时，则是缴交变频器晶闸管的切换时刻，如图3-51.

图3-51 余弦交点法的基本原理

根据以上原理，交-交变频器的主电路可以用两组反并联的晶闸管整流器组成，与直流电机可逆调速系统的主电路类似。设计的单相交-交变频器仿真模型如图3-52 。

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图3-52 单相交-交变频器仿真模型

模型中两组三相桥VF，VR作反并联连接，两个触发电路pulse1和6-pulse2的同步信号来自同步变压器T，同步变压器采用Y-Y0联结，触发器的AB,BC,CA输入端分别连接变压器T的二次侧的ua,ub,uc三相，模型中用

多路测量仪检测变压器T二次侧电压ua,ub,uc。模型中 两组三相桥采用逻辑无环流控制方式，逻辑控制器DLC的输出信号Ublf，Ublr分别联结触发器的block端，一般交-交变频器要求逻辑切换的死区小于1ms，因此逻辑控制器DLC（图3-53）取消了开放延时。逻辑控制的输入分别是交流调制信号Ur和RL负载的电流，并根据Ur信号的机型和电流有无，确定两

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组整流器的工作状态。交流调制信号Ur经绝对值和移相控制孔联结触发器的alpha_deg端。改变正弦交流电源Ur的频率和幅值，交-交变频器的输出电压的频率和幅值作相应的变化。本模型中Ur的幅值最大值取1，对晶闸管交-交变频器，其输出频率一般在0~1/2工频之间。

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图 3-53 DLC子系统结构图

进行仿真，无法得到理想的仿真结果，检查过多次模型设计，参数设定，都无法找到问题的原因，也许是自身知识的不足，也是软件自身的问题，MATLAB还需要继续学习熟悉。 3.5矩阵式整流器的仿真

三相-三相矩阵变换器去掉任意一相输出部分的三个双向可控开关后，可以演化为三相-两相矩阵变流器，当期望输出频率为零时三相两相矩阵变换器就演化成一种三相AC-DC MC，即一种三相可控整流器，又称直流矩阵变换器，简称MR。这是一种通用的降压型三相AC-DC变流器，能够实现四象限运行。类似传统矩阵变换器和电压源可控整流器，MR也有其特殊的开关函数算法和输入电流空间矢量算法。矩阵变换器可以用于提高电力系统的功率因数，这里对基于输入电流空间矢量算法的矩阵式整流器进行仿真。

以三相输入电压正相序和对称平衡时供电为例，在满足输出线路不开路和出入相间不短路的换流条件下，矩阵式整流器共计有9种可用开关组合，其中6种为有效矢量，另外3种为零矢量。有效矢量作用期间，有直流电压输出，即输入线电压传递到输出侧。零矢量的作用是一个开关周期内其他时间没有电压输出，但是将输出的线间短路，实现负载续流。

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基于输入电流空间矢量算法的矩阵式整流器的仿真电路图如图3-54

图3-54基于输入电流空间矢量算法的矩阵式整流器的仿真电路图 其中子系统subsystem1~6的功能配置如图3-55

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图3-55子系统subsystem1~6的功能配置

设置参数如下：电感RLC1,RLC2,RLC3取值2mH，电容RLC4,RLC5, RLC6取值15μF。电感RLC7取值5mH，RLC8取值10Mh/25Ω。设置开关频率为8kHz，开环控制。改变三相输入电压的初相，进行仿真比较。三相输入电压初相分别为0°，60°，-60°，进行仿真，结果如图3-56，图3-57，图3-58。

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图3-56输入电压初相0°时输入相电压与输入相电流波形

图3-57输入电压初相60°时输入相电压与输入相电流波形

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图3-58输入电压初相-60°时输入相电压与输入相电流波形

通过调节三相输入电压的初相，实现了输入电流位移的调节，比较了各种情况下消除谐波的效果。

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结论

通过这个课题学习MATLAB软件的基本知识和使用技巧，熟练应用在电力系统中的建模与仿真。运用MATLAB对电力电子变流电路进行仿真，研究和设计电力电子变流电路，对电力电子变流电路进行仿真研究，对各种电力电子变流电路进行研究比较，加深了对电力电子知识的认识。

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致谢

本论文是在周京华老师的悉心指导下完成的。整个过程中的每个阶段都得到了老师细心的指导。在建模仿真程序调试过程中，给与了我巨大的帮助，每当我面对问题不知所措的时候，都会给与我适时的点拨，令我受益匪浅，在这一过程中教会了我许多解决问题的方法，也让我学到了严谨的治学作风和锲而不舍的学习精神。我衷心感谢周京华老师对我的帮助。

通过毕业设计的学习可以综合理解大学期间所学的各种专业课程，对不同范围的知识有了更加融会贯通的认识,提升了专业素养，同时也学会了应当如何面对，真正做到了在实践中学习和总结。

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参考文献

[1] 洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社，2006.

[2] 李维波.MATLAB在电器工程中的应用.中国电力出版社，2007. [3] 王正林.MATLAB/Simulink与控制系统仿真.电子工业出版社 2005. [4] 陈桂明.应用MATLAB建模与仿真.机械工业出版社.2001. [5] 张葛祥，李娜.MATLAB仿真技术与应用.清华大学出版社.2003.

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附录 外文文献翻译

Interactive Simulation of Power Electronics Circuits

– a SIMPLORERApproach

Abstract – Basic benefits of simulation and requirements for appropriate power electronic system modeling and simulation tools are reported. As a candidate for optimal power electronic system simulator, SIMPLORER software package is suggested. It is mixed-mode mixed-language circuit oriented simulator. Together with its add-ons, SIMPLORERcan solve the most complicated problems from the field of power electronics systems. Two simple educational projects are described, clearly showing good properties of described software for modeling and simulation of power electronics systems. As a very special property, possibility of interactive simulation using keyboard intervention during simulation is emphasized.

I. INTRODUCTION

Today there is an evident need for modeling and simulation of power electronics circuits in the field of design, research and development as well as in the education area. Power electronics circuits, with their application objects (motor drives, actuators, etc.), are very complex objects, requiring multidisciplinary approach in their analysis. Systems to be analyzed are electrical circuits with switching elements, control system blocks, control algorithms and logical expressions. Modeling and simulation of such a complex system is not a simple task. Choosing the right modeling and simulation tool is crucial for efficiency of design process.

What are basic benefits of simulation in the design process of power electronics systems? Simulation is surely an efficient way of learning how power electronics circuit and its control works. It is therefore well suited for research and development as well as education field. With the help of simulation, possible problems can be discovered in early phase of design process, resulting with adequate financial benefits. It is easy to provide an optimization procedure for optimal circuit and control parameters, by means of appropriate modeling and simulation.

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Simulation is ideal for nondestructive testing of circuits and control algorithms. Responses to system faults and abnormal working conditions can be thoroughly analyzed with practically no material cost and with great safety. As opposed to real power electronic systems, it is possible to simplify certain parts of circuit in order to focus on specific part of the circuit. Simulation is possible on several complexity levels depending on what answers on circuit behavior are expected.

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II. REQUIREMENTS ON MODELING AND SIMULATION TOOLS

As mentioned in introduction, it is not easy to choose the right modeling and simulation tool for power electronics systems. Basic requirements on power electronics modeling and simulation tools are following.

User-friendly interface enables fast and accurate input and output of data, as well as processing and display of results.

Multilevel modeling capability is required from a good simulation program, to allow various approaches to system modeling, e.g. differential equations, state variables, transfer functions, logical expressions etc.

Accurate switch models and robust switching operations are necessary for efficient simulation of power electronics systems, consisting primary of switching elements (diodes, transistors…). Numerical integration algorithm, as a basis of each simulator, has to take care of fast switching times, what can lead to numerical instability problems.

Execution time of simulation should be in acceptable limits. Power electronic systems have a huge span between the time constants of its parts. Numerical integration algorithm of the simulator should take care of the proper integration step to reach good accuracy and acceptable execution time.

Initial conditions in power electronics systems are important for faster reaching the steady state of operation. Good simulation program should enable the user to set, save and load initial and final conditions of power electronics system.

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Basically there are 2 broad categories of simulation programs appropriate for power electronics systems. First are Equation solvers (MATRIXx, MATLAB/ SIMULINK…) and second are Circuit simulators (SPICE, EMTP, SIMPLORER…). Equation solvers are more universal, but not so appropriate for detailed analysis of electrical circuits. Circuit simulators are better suited for electrical circuit analysis, with lower capabilities in description of control systems and algorithms. Modern circuit simulators are approaching in their capabilities to Equation solvers. There are many circuit simulators on the market today, differing in some fundamental respects as used numerical integration method for solving differential equations, treatment of non-linearities, integration time step control, search of break points, treatment of switch models and possible incorporation of controllers and external models for multilevel simulation. After more years of experience in R&D and educational field, the SIMPLORER simulation package is found tofulfill in the great extent all the requirements for power electronics system simulator.

III.SIMPLORER- POWER ELECTRONICS SYSTEM SIMULATOR

A. Basic features

SIMPLORER is mixed-mode mixed-language circuit oriented simulator. It consists of 3 different simulators, ideally coupled and synchronized. Network simulator is circuit simulator dedicated for modeling and simulation of electrical circuits, with libraries specially prepared and optimized for power electronics systems. Block-diagram simulator is similar to standard equation simulators (e.g. SIMULINK) and is dedicated for description and simulation of control laws and hybrid systems, which could be described by means of transfer functions or differential equations. Block-diagram simulator works in continuous and discrete domain. Third part of SIMPLORER is state-graph simulator for description of event-driven systems and control laws. State-graph simulator is efficient tool for modeling even very complex control laws.

Formulae/Functions/Characteristics Module of SIMPLORER additionally enhances the functionality of SIMPLORER. It provides the possibility for specification of time-dependent functions or non-linear elements and for generating signals from and for different system parameters of the components. The definition of user-defined modules is also possible in the form of macro-modules or C-code.

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Definition of model to be simulated can be provided in textual, or more convenient graphical form. SIMPLORER has its own graphical input tool. This graphical input schematic tool is very convenient way of defining the problem to be solved. Many different libraries are on the disposition to the user. Electrical circuit library contains all kinds of linear and non-linear, independent or dependent, passive elements (resistors, capacitors and inductors) and voltage and current sources. There are also basic models of semiconductor switches and electrical machines. Function module library contains basic time functions (sine, square wave, etc.), characteristic functions (exp, poly, etc.), machine characteristics for machine models and SPICE characteristics for semiconductor switch models. Block diagram module library contains necessary basic blocks for description of dynamic systems, such as discrete or continuous transfer functions, PID blocks, limiters etc. State graph module library contains basic elements of state-graph theory, net elements and states. There are more basic libraries on disposal (magnetic circuits, digital elements etc.) as well as additional optional libraries for nonlinear and linear transmission elements and basic power electronics circuits with appropriate control laws.

Simulation parameters (integration method, time step, errors, limits of simulation, etc.) can be defined and changed before the simulation, enabling accurate control of simulation process. Two methods of numerical integration can be chosen, trapezoidal or Euler’s.

Display of results is on-line, during simulation, as opposed to PSPICE. Data analysis program DAY is integral part ofSIMPLORER simulator, serving for display and analysis of simulated data. B. Advanced features

Besides basic SIMPLORER simulators and DAY tool for display and analysis of data, there are many other useful tools enhancing the power of SIMPLORER. This tools are Model Agent, Experiment Tool, Analytical Frequency Response Tool, Mag Expert, C-Interface, Simulink-Interface, IEEE-Interface, Fuzzy-Interface.

Model Agent is tool for handling many available models and macros distributed in several standard and optional libraries. It can edit existing models and save new developed models.

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Experiment Tool with optimization serves for finding the optimum set of parameters in certain system with the help of several task types, as trend analysis, Monte Carlo analysis, worst case analysis, successive approximation, genetic algorithm, frequency analysis and multisimulation.

Mag Expert is preprocessor for determination of model parameters of nonlinear magnetic models.

C-Interface enables the user to design and implement own (nonlinear) functions or algorithms programmed using C/C++.

Simulink-Interface makes a connection to well-known simulator of Equation solver type, MATLAB/SIMULINK. Now it is possible to provide parallel simulation on both simulators, SIMPLORER and SIMULINK. Power electronics system with its control can be separated in two parts and then simulated with optimal simulator.

IV. INTERACTIVE SIMULATION

On-line display of results during the simulation enables the user to see immediately the flow of simulation. If something is wrong with model, simulation can be stopped and model can be corrected. But SIMPLORER offers even more. It is interactive simulator, enabling the user to intervene into the model or simulation parameters during the simulation. Each system variable can be reached easily during the simulation by proper textual addressing.

Fig.1. An example of state graph modeling with

keyboard intervention

This interesting and useful feature is explained by following examples. Voltage on resistor R1 can be called with U”R1”. Value of resistor R1 can be read or changed with WERT”R1”. Also in the modules of Block simulator (e.g. continuous transfer function G(z)) each parameter of a module can be read or changed. P

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01”Bl_name” means first parameter of block named Bl_name. In this way an adaptation of controller parameters can be done during thesimulation. The parameters of time functions can be reached in the same way, enabling the change of amplitude, frequency or other characteristic value of time function.

The use of state-graph simulator is especially appropriate for intervention into simulation during the simulation. As really special feature of SIMPLORER, possibility of keyboard intervention can be emphasized. Fig.1 illustrates this feature.

Two states are defined, input and output, with transfer condition between them, called net element. For each state an action can be defined, which will be processed if the state is active. There are 12 possible actions, where following are the most interesting. Action SET: calculates the value of variable only once at the moment of activation of the according state. This is very important for changing the parameters by keyboard intervention. On example shown on Fig.1. pressing the key C changes the value of resistor R1 by 10%. Action DEL: sets a delay (a sort of monostable). The variable is set to false at the moment of activation and set to true after the delay time. Action KEY: sets a mark in the state by pressing a certain key.

There are really many possibilities for using state graph modeling. It can be used for on-line adaptation of system parameters during the simulation, for changing the structure of the system. Even simulation parameters can be changed during the simulation, as minimum and maximum integration steps (HMIN, HMAX), time of simulation, integration algorithm etc.

State graph modeling can be used also for creating the control laws for power switches. As shown in the example, current mode PWM for switches in H-bridge can be easily defined with only a few states and net elements.

V. CHARACTERISTIC EXAMPLES

Many examples of sophisticated use of SIMPLORER in different areas of power electronics can be found, but we have chosen 2 basic examples clearly showing SIMPLORER’s application in the education. First one is single-phase bridge line converter with different types of load, and second one is H-bridge inverter with transistor type switches and current mode PWM. In both examples intervention from computer keyboard changes the structure or parameters of simulated system during the simulation.

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Project with single-phase bridge line converter is first example dedicated for explaining the fundamentals of line converters theory, Fig.2. Keyboard is used for change between inductive load, pure resistive load, ideal current source load, free wheeling diode. Also firing angle α, counter EMF E, commutation inductances Lk can be changed via keyboard. Some results of such an interactive simulation can be seen also on Fig.3, where load voltageand current are influenced by changes from keyboard. The result of change, caused by key pressing, is immediately seen on display. Additional analysis of results, e.g. FFT of load voltage or line current, can be performed after simulation using the DAY tool.

Project with H-bridge inverter with inductive load and hysteresis control is second example, Fig.3. Different complexity levels of power switch models can be used. From ideal switch models to SPICE based models or special macros based on behavioral modeling. For educational purposes, if only voltage-current relations on the load are of interest, not the details of switching on power switches, it is advisable to use simple model of transistor with appropriate VI nonlinear characteristic. Width of hysteresis D, which can be changed by pressing the keys L or S, defines the switching frequency of inverter and harmonic spectra of load current. The influence of hysteresis width on load current waveform can be seen on upper right part of Fig.3. Interesting waveforms showing the behavior of control signals for switches, load voltage and load current are shown on lower right part of Fig.3.

Very interesting is the way of modulation realization. Initial value assignment (ICA) and Permanent assignment (VA) expressions are defining basic parameters of current reference signal. Power switches TR1-TR4 are switched on or off according to the law defined by state graph modeling. State graph modeling is also used for keyboard activated change of hysteresis width, Fig.3.

VI. CONCLUSION

SIMPLORER is powerful modeling and simulation tool dedicated for power electronics systems. It can solve the specific problems that appear in that field. Because of 3 different modeling languages incorporated in SIMPLORER, different types of systems can be easily described, electrical circuits, block diagrams and event driven discrete systems. From the described examples, the feature of interactive simulation through keyboard intervention into simulation can be seen. This is original feature of SIMPLORER, appropriate for educational purposes, as well as in

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field of research and development.

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电力电子电路的交互式仿真 一种SIMPLORER软件的用法

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摘要

SIMPLORER拥有强大的多领域复杂系统仿真软件包，包含机电元件、电子线路、控制算法在内的系统仿真和多种仿真算法，对机电驱动系统和电力电子系统仿真分析。它的混合模式混合语言电路面向模拟器。连同其插件， SIMPLORER 可以解决最复杂的问题，从外地的电力电子系统。举两个简单的例子说明，清楚显示良好的性能描述软件的建模与仿真的电力电子系统；作为一个非常有特色的软件，可以使用人机交互仿真模拟过程中的干预的重要性。

I .简介

今天，电力电子电路建模与仿真领域的设计，研究和开发以及在教育领域。

电力电子电路，其应用对象（电机驱动器，驱动器等） ，是非常复杂的对象，需要多学科方法的分析。系统的分析是电路与开关元件，控制系统模块，控制算法和逻辑表达式。建模与仿真这样一个复杂的系统不是一项简单的任务。选择正确的建模与仿真工具是至关重要的效率的设计过程。

什么是最好的仿真在设计过程中的电力电子系统？仿真肯定是一个有效率的方式来学习如何电力电子电路与控制工程。因此，非常适合用于研究和开发以及教育领域。的帮助下，模拟可能出现的问题可以发现，在早期阶段设计过程，从而提供足够的财政利益。人们很容易提供的优化程序的优化电路和控制参数，通过适当的建模与仿真。仿真是理想的无损检测电路和控制算法。反应系统故障和异常的工作条件可以深入分析，几乎没有物质的成本和巨大的安全。而不是真正的电力电子系统，可以简化电路的某些部分，以便把重点放在具体的部分电路。仿真有可能在一些复杂程度取决于答案电路行为预期。

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II .仿真建模工具的需求

如上介绍，这是不容易的选择合适的建模与仿真工具，电力电子系统。基本要求的电力电子建模与仿真工具以下。

用户友好的界面实现了快速，准确的输入和输出的数据，以及处理和显示的结果。

多层次的建模能力，需要一个良好的模拟程序，使各种办法系统建模，例如微分方程，状态变量，传递函数，逻辑运算等。

准确的开关模式和强大的交换业务所必需的高效率仿真电力电子系统，包括主要的开关元件（二极管，晶体管... ） 。数值积分算法，并在此基础上每个模拟器，已照顾快速开关时间，什么可以导致数值不稳定的问题。

执行时间的仿真应在可接受的限度。电力电子系统产生巨大的间隔时间常数其组成部分。数值积分算法模拟器应注意适当一体化步骤达成良好的准确性和可接受的执行时间。

初始条件的电力电子系统是非常重要的速度达到稳态运行。良好的仿真程序应当使用户能够设置，保存和加载初始和最终条件的电力电子系统。

基本上有2大类的模拟程序适当的电力电子系统。首先是方程求解（ MATRIXx ，基于MATLAB / SIMULINK ... ）和第二次是电路模拟器（香料，相配合， SIMPLORER ... ） 。方程的解更具有普遍性，但不那么适当的详细分析了电路。电路模拟器更适合电路分析，低能力的描述控制系统和算法。现代电路模拟器正在接近其能力的方程求解。有许多电路模拟器当今市场上，不同的在一些基本方面所用的数值积分法求解微分方程，处理非线性，积分时间步控制，寻找破发点，治疗和可能的开关模式纳入控制器和外部多层次仿真模型。

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经过多年的经验，在研发和教育领域， SIMPLORER仿真软件包被发现 实现在很大程度上所有要求电力电子系统仿真器。

III SIMPLORER对电力电子系统的仿真

A.基本特色

SIMPLORER是混合模式混合语言电路面向模拟器。它由3个不同的模拟器，最好加上同步。网络仿真器是专门为电路模拟器建模与仿真电路，图书馆，专门编写和优化电力电子系统。块图模拟器类似标准方程模拟器（如仿真） ，是专门用于描述和模拟控制的法律和混合动力系统，这可能是所描述的手段传递函数或微分方程。块图模拟器工程在连续和离散的网域。第三部分是国家SIMPLORER图模拟器说明事件驱动系统和控制的法律。国图模拟器是有效的工具，甚至是非常复杂的模拟控制法。

公式/功能/特性模块SIMPLORER此外增强功能。它提供的可能性的具体时间而定的职能或非线性因素和产生的信号和不同的系统参数的组成部分。的定义，用户定义的模块也有可能的形式，宏观模块或C代码。

定义模型可以模拟可提供文字，或更方便的图形化的形式。 SIMPLORER有其自己的图形输入工具。这个图形输入示意图工具是非常便捷的方式界定问题有待解决。许多不同的图书馆有关于处置给用户。电路库包含各种线性和非线性，或依赖，被动元件（电阻器，电容器和电感器）和电压和电流源。也有基本模式的半导体开关和电机。功能模块库包含基本的时间函数（正弦波，方波等） ，特征函数（预期，聚等） ，机械特性的机器模型与SPICE特色的半导体开关模式。方框图模块库包含必要的基本组成部分描述的动态系统，如离散或连续传递函数， PID控制模块，器等国图模块库包

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含的基本要素状态图论，净要素和国家。有更多的基本图书馆处置（磁电路，数字内容等）以及其他可选图书馆的非线性和线性传输内容和基本电力电子电路与适当管制法律。

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模拟参数（积分法，时间步长，错误，仿真等） ，可以定义和改变前的模拟，使精确控制仿真进程。两种方法的数值积分可以选择，梯形或欧拉。

显示的结果是在网上，在模拟，而不是仿真。数据分析程序一天是不可分割的组成部分SIMPLORER模拟器，服务的显示和分析的模拟数据。 B．高级特征

除了基本的SIMPLORER模拟器及日间工具，显示和分析数据，还有许多其他有用的工具，加强力量SIMPLORER 。这种工具是代理模型，实验工具，分析工具的频率响应，磁专家和C -接口，仿真接口， IEEE标准接口，模糊接口。

模型代理的工具，以处理许多现有模式和宏分布在几个标准和可选的图书馆。它可以修改现有的模式，并保存新的发展模式。

实验工具优化服务为寻找最佳参数设置在某些系统的帮助下，几个任务类型，趋势分析，蒙特卡罗分析，最坏的情况分析，逐次逼近，遗传算法，频率分析和multisimulation 。

美专家预测定模型参数的非线性磁场模型。

架C -接口使用户能够在设计和实施自己的（非线性）的职能或算法程序使用的C / C + + 。

仿真接口使连接到著名的模拟器方程求解类型，基于MATLAB / SIMULINK 。现在可以提供两个并行仿真模拟器， SIMPLORER和SIMULINK 。电力电子系统的控制可分为两部分分开，然后模拟仿真与优化。

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IV 交互式仿真

网上显示的结果在模拟使用户能够立即看到流动的模拟。如果某样东西是错误的模型，仿真可以停止和模型可以得到纠正。但是SIMPLORER提供更。这是互动模拟器，使用户能够介入的模式或模拟参数在模拟。每个系统变量可以很容易地达成了在模拟适当文字处理。

这个有趣的和有用的功能是由下面的例子。电压的电阻可称为受体1与U “型受体1 ” 。受体1电阻值可以读取或更改与价值“受体1 ” 。另外，在单元块模拟器（如连续转移函数G （ z ）的）每个参数的一个模块可以读取或更改。 P01 “ Bl_name ”是指第一个参数块命名Bl_name 。以这种方式进行调整控制器参数可以做到在thesimulation 。参数的时间函数可以达到同样的方式，使变化的振幅，频率或其他特征值的时间函数。

使用国家图模拟器尤其适合干预期间仿真模拟。作为真正的特色SIMPLORER ，可能键盘干预可以得到强调。图1说明了这一功能。 两个国家的定义，输入和输出，与它们之间的转让条件，所谓的净要素。每个国家的行动可以被定义，这将被处理，如果该国正在积极。有12个可能的行动，在下面是最有趣的。行动集：计算变量的值只有一次的时候，激活按照国家。这是非常重要的改变参数的键盘干预。例如上图所示。键里的值电阻受体1 10 ％ 。行动删除：设置一个延迟（一种单稳态） 。变量设置为false的时候，启动和设置为true后的延迟时间。行动关键词：树立了一个标志在该国按一定的关键。

有许多可能性真的使用状态图建模。它可用于在线调整系统参数的模拟，对改变的结构体系。即使模拟参数可以改变的模拟，

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为最低和最高一体化步骤（ HMIN ， HMAX ） ，时间的仿真，一体化算法等，国图模型可以用来还建立了管制法律的电源开关。如范例中所示，电流模式PWM开关在H桥可以很容易地定义，只有少数几个国家和净要素。

V 有代表性的例子

例子很多复杂的使用SIMPLORER在不同领域的电力电子技术可以发现，但我们选择了2基本的例子清楚地显示SIMPLORER中的应用教育。第一个是单相桥线转换器与不同类型的负载，以及第二个是H桥逆变晶体管型开关和电流模式PWM 。在上述两个例子干预计算机键盘变化的结构或参数的模拟系统在模拟。

项目单相桥线转换器是专门为第一个例子，说明的基本路线转换理论， 。键盘是用于变化感性负载，纯阻性负载，理想电流源负载，免费转运二极管。还发射角α ，反电动势英，减刑电感路可以改变通过键盘。一些结果这种交互仿真可以看出还，在负载电流的影响voltageand的变化从键盘。变化的结果，造成关键紧迫，立即看到显示器。进一步分析结果，例如： FFT算法的负载电压或电流，完成后可日仿真使用的工具。

项目H桥逆变器与感性负载和滞后的控制是第二个例子。不同复杂程度的电源开关模式都可以使用。理想开关模型的SPICE模型或特别宏行为建模的基础上。为教育目的，只要电压电流关系的负荷感兴趣，而不是细节上的开关电源开关，最好是使用简单的模型，提供适当的六晶体管的非线性特性。宽度滞后开发，这可以改变按下键L或硫，界定了逆变器开关频率和谐波光谱的负载电流。滞后影响宽的负载电流波形可以看到右上角的一部分图。有趣的波形显示的行为，控制信号的开关，负载电压和负载电流会显示在右下

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角的一部分图。

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非常有趣的是调制方式的实现。初始值转让（ ICA ）和长期任务（弗吉尼亚州）的表达是确定基本参数的参考电流信号。电源开关TR1 - TR4是开启或关闭根据法律界定的状态图建模。国图模型也可用于键盘激活变化滞后宽度。

VI 结论

SIMPLORER是强大的建模与仿真工具，专门用于电力电子系统。它可以解决的具体问题出现在这一领域。由于3种不同的建模语言纳入SIMPLORER ，不同类型的系统可以很容易地描述，电路，框图和离散事件驱动系统。从描述的例子，该功能通过键盘交互仿真模拟干预可以看出。这是原始特征SIMPLORER ，适当的为教育目的，以及在该领域的研究和发展。 欢迎您的下载，资料仅供参考！

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