電力電子電路的計(jì)算機(jī)仿真目錄

第1章緒論1

電力有源濾波器

傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運(yùn)時(shí),將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時(shí)還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即所謂"電力公害",例如,不可控整流加電容濾波時(shí),網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(dá)(70~80)%,網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。

電力有源濾波器是一種能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統(tǒng)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(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)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(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全波整流電壓取樣信號(hào)之乘積。

分布式開關(guān)電源供電系統(tǒng)

分布式電源供電系統(tǒng)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(shù)成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強(qiáng)電與弱電緊密結(jié)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(chǎn)效率。

八十年代初期,對(duì)分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn),結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù),使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動(dòng)了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國(guó)際電力電子學(xué)界的研究熱點(diǎn),論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。已被大型計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)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(chǎng)合,如電鍍、電解電源、電力機(jī)車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。

1.1系統(tǒng)、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(shì)3

1.2電力電子電路的建模與仿真5

1.2.1數(shù)學(xué)建模6

1.2.2數(shù)學(xué)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(diǎn)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(diǎn)33

1.4.2EMTDC/PSCAD的典型應(yīng)用36

1.5基于MATLAB的電力電子系統(tǒng)仿真39

1.5.1MATLAB的發(fā)展歷史及特點(diǎn)39

1.5.2SimPowerSystems中典型電力電子器件的模型42

1.5.3SimPowerSystems的典型應(yīng)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)58

參考文獻(xiàn)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(shù)學(xué)模型94

參考文獻(xiàn)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(jí)模型104

3.1.2理想開關(guān)模型108

3.1.3平均模型112

3.1.4開關(guān)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(guān)函數(shù)與變換模式121

3.2.2二電平開關(guān)121

3.2.3三電平開關(guān)130

3.2.4基頻開關(guān)函數(shù)135

3.2.5開關(guān)時(shí)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(hào)法148

3.3.3狀態(tài)平均法154

3.3.4PWM開關(guān)模型162

3.3.5離散時(shí)域法和采樣數(shù)據(jù)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(diǎn)電壓的遞推分析174

參考文獻(xiàn)175

第4章電力電子系統(tǒng)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(jī)模型181

4.2變流器簡(jiǎn)化模型186

4.2.1時(shí)延模型187

4.2.2傳遞函數(shù)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(guān)電源的建模與設(shè)計(jì)199

4.3穩(wěn)定性分析209

4.3.1狀態(tài)平面法210

4.3.2數(shù)字仿真法215

4.3.3簡(jiǎn)化模型的穩(wěn)定性分析247

4.3.4數(shù)字控制器設(shè)計(jì)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(shù)?；旌戏抡?62

4.4.4實(shí)時(shí)仿真器268

參考文獻(xiàn)274

……

《電力電子電路的計(jì)算機(jī)仿真》針對(duì)電力電子電路的特點(diǎn)，對(duì)器件、裝置和系統(tǒng)3個(gè)層次闡述了電力電子電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中各種數(shù)學(xué)模型的基本原理、分析方法和應(yīng)用實(shí)例?！峨娏﹄娮与娐返挠?jì)算機(jī)仿真》注重將理論分析和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，通過大量的應(yīng)用實(shí)例，對(duì)不同類型仿真軟件在電力電子技術(shù)仿真計(jì)算中的適用性進(jìn)行了詳細(xì)的討論，以期對(duì)進(jìn)行電力電子電路分析設(shè)計(jì)的讀者起到幫助和指導(dǎo)作用。本書可以作為高等學(xué)校應(yīng)用電子技術(shù)和相關(guān)專業(yè)高年級(jí)學(xué)生和研究生的教材，也可供從事電力電子電路和系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的科技工作者參考。

在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對(duì)于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會(huì)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(dòng)汽車和變頻傳動(dòng)中,更是離不開開關(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源改變用電頻率,從而達(dá)到近于理想的負(fù)載匹配和驅(qū)動(dòng)控制。高頻開關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開關(guān)電源(逆變焊機(jī)、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(shù)。