電力電子電路的計算機仿真

第1章緒論1

電力有源濾波器

傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂"電力公害",例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;

(2)電流環(huán)基準信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

分布式開關電源供電系統

分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規(guī)?？刂萍呻娐纷骰静考?利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。

八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發(fā)展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經濟和維護方便等優(yōu)點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業(yè)控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。

1.1系統、模型和仿真1

1.1.1基本概念1

1.1.2仿真的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢3

1.2電力電子電路的建模與仿真5

1.2.1數學建模6

1.2.2數學仿真7

1.3OrCAD/PSpice13

1.3.1仿真工具概述13

1.3.2OrCAD/PSpice的發(fā)展歷史及特點15

1.3.3OrCAD仿真軟件主要模塊18

1.3.4OrCAD/PSpice在電力電子電路仿真中的局限26

1.3.5OrCAD在仿真中的收斂性28

1.4EMTP/EMTDC/PSCAD33

1.4.1EMTP/EMTDC的發(fā)展歷史及特點33

1.4.2EMTDC/PSCAD的典型應用36

1.5基于MATLAB的電力電子系統仿真39

1.5.1MATLAB的發(fā)展歷史及特點39

1.5.2SimPowerSystems中典型電力電子器件的模型42

1.5.3SimPowerSystems的典型應用48

1.5.4MATLAB與OrCAD的接口50

1.5.5MATLAB與PSCAD的接口55

1.6電力電子電路的計算機輔助設計58

參考文獻59

第2章電力電子器件的仿真61

2.1引言61

2.2基本模型65

2.2.1雙極型器件65

2.2.2單極型器件71

2.3子電路模型72

2.3.1原理性模型72

2.3.2功能(行為)性模型84

2.4數學模型94

參考文獻96

第3章電力電子裝置的仿真97

3.1建模100

3.1.1精確的器件級模型104

3.1.2理想開關模型108

3.1.3平均模型112

3.1.4開關周期平均模型--TS模型114

3.1.5電源周期平均模型--TL模型117

3.2矩陣型變流器的建模與仿真118

3.2.1開關函數與變換模式121

3.2.2二電平開關121

3.2.3三電平開關130

3.2.4基頻開關函數135

3.2.5開關時間控制140

3.3非矩陣型變流器的建模與仿真146

3.3.1分段線性化狀態(tài)方程146

3.3.2符號法148

3.3.3狀態(tài)平均法154

3.3.4PWM開關模型162

3.3.5離散時域法和采樣數據法167

3.4電流不連續(xù)條件下的仿真171

3.4.1狀態(tài)方程的遞推解法172

3.4.2節(jié)點電壓的遞推分析174

參考文獻175

第4章電力電子系統的仿真176

4.1電氣元件的建模176

4.1.1變壓器的建模177

4.1.2電機模型181

4.2變流器簡化模型186

4.2.1時延模型187

4.2.2傳遞函數法193

4.2.3電納模型193

4.2.4等效受控電源模型195

4.2.5開關電源的建模與設計199

4.3穩(wěn)定性分析209

4.3.1狀態(tài)平面法210

4.3.2數字仿真法215

4.3.3簡化模型的穩(wěn)定性分析247

4.3.4數字控制器設計252

4.4專用仿真軟件258

4.4.1溫度分析軟件258

4.4.2電磁兼容261

4.4.3數?；旌戏抡?62

4.4.4實時仿真器268

參考文獻274

……

《電力電子電路的計算機仿真》針對電力電子電路的特點，對器件、裝置和系統3個層次闡述了電力電子電路計算機輔助設計中各種數學模型的基本原理、分析方法和應用實例?！峨娏﹄娮与娐返挠嬎銠C仿真》注重將理論分析和實際應用相結合，通過大量的應用實例，對不同類型仿真軟件在電力電子技術仿真計算中的適用性進行了詳細的討論，以期對進行電力電子電路分析設計的讀者起到幫助和指導作用。本書可以作為高等學校應用電子技術和相關專業(yè)高年級學生和研究生的教材，也可供從事電力電子電路和系統分析與設計的科技工作者參考。

在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。