Power electronics — элементы силовой электроники

Пиктограмма:

Назначение:

Моделирует полупроводниковый силовой диод.

Модель диода состоит из последовательно включенных резистора Ron, индуктивности Lon, источника постоянного напряжения Vf и ключа SW (рис. 1.46). Блок логики управляет работой ключа. При положительном напряжении на диоде (Vak — Vf) происходит замыкание ключа и через прибор начинает протекать ток. Размыкание ключа (выключение диода) выполняется при снижении тока Iak, протекающего через диод, до нуля.

Рис. 1.46

Статическая вольт-амперная характеристика модели диода показана на рис. 1.47.

Рис. 1.47

В модели параллельно самому диоду включена последовательная RC-цепь, выполняющая демпфирующие функции.

Окно задания параметров:

Параметры блока:

Resistance Ron (Ohm):

[Cопротивление во включенном состоянии (Ом)],

Inductance Lon (H):

[Индуктивность во включенном состоянии (Гн)].

Forward voltage Uf (V):

[Падение напряжения в прямом направлении (В)].

Initial current Ic (A):

[Начальное значение тока (А)]. При значении параметра равном нулю моделирование начинается при закрытом состоянии диода. Если параметр задан положительным значением, то моделирование будет начато при открытом состоянии диода.

Snubber resistance Rs (Ohm):

[Cопротивление демпфирующей цепи (Ом)].

Snubber capacitance Cs (F):

[Емкость демпфирующей цепи (Ф)].

На выходном порту блока, обозначенном m, формируется векторный Simulink-сигнал из двух элементов. Первый элемент — анодный ток тиристора, второй — напряжение анод-катод тиристора.

Пример:

На рис. 1.48 показана схема модели, однополупериодного выпрямителя, работающего на активно-индуктивную нагрузку.

Рис. 1.48

Скачать пример (Diode_1.zip)

Пиктограмма:

Назначение:

Моделирует тиристор. В библиотеке SimPowerSystem имеется две модели тиристора: Thyristor (упрощенная модель) и Detailed Thyristor (уточненная модель).

Упрощенная модель тиристора состоит из последовательно включенных резистора Ron, индуктивности Lon, источника постоянного напряжения Vf и ключа SW (рис. 1.49). Блок логики управляет работой ключа. При положительном напряжении на тиристоре (Vak — Vf) и наличии положительного сигнала на управляющем электроде (g) происходит замыкание ключа и через прибор начинает протекать ток. Размыкание ключа (выключение тиристора ) выполняется при снижении тока Iak, протекающего через тиристор, до нуля.

В уточненной модели тиристора длительность управляющего импульса должна быть такой, чтобы, при включении, анодный ток тиристора превысил ток удержания (Il). В противном случае включение не произойдет. При выключении тиристора длительность приложения отрицательного напряжения анод-катод должна превышать время выключения титистора (Tq). В противном случае произойдет автоматическое включение тиристора даже, если управляющий сигнал равен нулю.

Рис. 1.49

Статические вольт-амперные характеристики модели тиристора для включенного и выключенного состояний показаны на рис. 1.50.

Рис. 1.50

В модели параллельно самому тиристору включена последовательная RC-цепь, выполняющая демпфирующие функции.

Окно задания параметров:

Параметры блока:

Resistance Ron (Ohm):

[Cопротивление во включенном состоянии (Ом)],

Inductance Lon (H):

[Индуктивность во включенном состоянии (Гн)].

Forward voltage Uf (V):

[Падение напряжения в прямом направлении (В)].

Initial current Ic (A):

[Начальное значение тока (А)]. При значении параметра равном нулю моделирование начинается при закрытом состоянии тиристора. Если параметр задан положительным значением, то моделирование будет начато при открытом состоянии тиристора.

Snubber resistance Rs (Ohm):

[Cопротивление демпфирующей цепи (Ом)].

Snubber capacitance Cs (F):

[Емкость демпфирующей цепи (Ф)].

Latching current Ii (A):

[Величина тока удержания (А)]. Параметр задается в уточненной модели тиристора.

Turn of time Tq (s):

[Время выключения (с)]. Параметр задается в уточненной модели тиристора.

На выходном порту блока, обозначенном m, формируется векторный Simulink-сигнал из двух элементов. Первый элемент — анодный ток тиристора, второй — напряжение анод-катод тиристора.

Пример:

На рис. 1.50 показана схема модели, управляемого однополупериодного выпрямителя, работающего на активно-индуктивную нагрузку. Импульсы управления тиристором формируются блоком Pulse Generator, при этом величина угла управления тиристором определяется длительностью фазовой задержки (Phase Delay) генератора.

Рис. 1.50

Скачать пример (Thyristor_1.zip)

Пиктограмма:

Назначение:

Моделирует полностью управляемый тиристор.

Модель полностью управляемого тиристора состоит из последовательно включенных резистора Ron, индуктивности Lon, источника постоянного напряжения Vf и ключа SW (рис. 1.51). Блок логики управляет работой ключа. При положительном напряжении на тиристоре (Vak — Vf) и наличии положительного сигнала на управляющем электроде (g) происходит замыкание ключа и через прибор начинает протекать ток. Для выключения прибора достаточно управляющий сигнал снизить до величины равной нулю. Выключение GTO- тиристора произойдет также при спадании анодного тока до нуля не смотря на наличие управляющего сигнала.

Рис. 1.51

Статические вольт-амперные характеристики модели полностью управляемого тиристора для включенного и выключенного состояний показаны на рис. 1.52.

Рис. 1.52

В модели параллельно самому тиристору включена последовательная RC-цепь, выполняющая демпфирующие функции.

В модели учитывается также конечное время выключения тиристора. Процесс выключения разбит на два участка (рис. 1.53) и характеризуется, соответственно, временем спада (Tf), при котором анодный ток уменьшается до 0.1 от тока в момент выключения (Imax) и временем затягивания (Tt), при котором анодный ток уменьшается до нуля.

Рис. 1.53

Окно задания параметров:

Параметры блока:

Resistance Ron (Ohm):

[Cопротивление во включенном состоянии (Ом)],

Inductance Lon (H):

[Индуктивность во включенном состоянии (Гн)].

Forward voltage Uf (V):

[Падение напряжения в прямом направлении (В)].

Current 10% fall time Tf (s):

[Время спада тока до уровня 0.1 от тока в момент выключения (с)].

Current tail time Tt (s):

[Время затягивания (с)]. Время, за которое ток уменьшится до нуля от уровня 0.1 тока в момент выключения.

Initial current Ic (A):

[Начальное значение тока (А)]. При значении параметра равном нулю моделирование начинается при закрытом состоянии прибора. Если параметр задан положительным значением, то моделирование будет начато при открытом состоянии прибора.

Snubber resistance Rs (Ohm):

[Cопротивление демпфирующей цепи (Ом)].

Snubber capacitance Cs (F):

[Емкость демпфирующей цепи (Ф)].

На выходном порту блока обозначенном m, формируется векторный Simulink-сигнал из двух элементов. Первый элемент — анодный ток тиристора, второй — напряжение анод-катод тиристора.

Пример:

На рис. 1.54 показана схема модели, импульсного регулятора напряжения. Величина среднего значения напряжения на нагрузке такого регулятора зависит от скважности управляющих импульсов. На рисунке представлены также графики напряжения и тока в нагрузке.

Рис. 1.54

Скачать пример (GTO_1.zip)

Пиктограмма:

Назначение:

Моделирует биполярный транзистор с изолированным затвором.

Модель IGBT транзистора состоит из последовательно включенных резистора Ron, индуктивности Lon, источника постоянного напряжения Vf и ключа SW (рис. 1.55). Блок логики управляет работой ключа. Включение прибора происходит в случае, если напряжение коллектор-эмиттер положительно и больше, чем Vf и на затвор транзистора подан положительный сигнал (g 0). Выключение прибора происходит при уменьшении сигнала на затворе до нуля (g = 0). При отрицательном напряжении коллектор-эмиттер транзистор находится в выключенном состоянии.

Рис. 1.55

Статические вольт-амперные характеристики модели IGBT транзистора для включенного и выключенного состояний показаны на рис. 1.56.

Рис. 1.56

В модели параллельно самому прибору включена последовательная RC-цепь, выполняющая демпфирующие функции.

В модели учитывается также конечное время выключения транзистора. Процесс выключения разбит на два участка (рис. 1.57) и характеризуется, соответственно, временем спада (Tf), при котором ток коллектор-эмиттер уменьшается до 0.1 от тока в момент выключения (Imax) и временем затягивания (Tt), при котором ток уменьшается до нуля.

Рис. 1.57

Окно задания параметров:

Параметры блока:

Resistance Ron (Ohm):

[Cопротивление во включенном состоянии (Ом)],

Inductance Lon (H):

[Индуктивность во включенном состоянии (Гн)].

Forward voltage Vf (V):

[Падение напряжения в прямом направлени (В)].

Current 10% fall time Tf (s):

[Время спада тока до уровня 0.1 от тока в момент выключения (с)].

Current tail time Tt (s):

[Время затягивания (с)]. Время, за которое ток уменьшится до нуля от уровня 0.1 тока в момент выключения.

Initial current Ic (A):

[Начальное значение тока (А)]. При значении параметра равном нулю моделирование начинается при закрытом состоянии прибора. Если параметр задан положительным значением, то моделирование будет начато при открытом состоянии прибора.

Snubber resistance Rs (Ohm):

[Cопротивление демпфирующей цепи (Ом)].

Snubber capacitance Cs (F):

[Емкость демпфирующей цепи (Ф)].

На выходном порту блока обозначенном m, формируется векторный Simulink-сигнал из двух элементов. Первый элемент -ток коллектор-эмиттер транзистора, второй — напряжение коллектор-эмиттер транзистора.

Пример:

На рис. 1.58 показана схема модели нереверсивного широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения с параллельным включением транзистора по отношению к нагрузке. На рисунке представлены также графики напряжения и тока в активно-емкостной нагрузке.

Рис. 1.58

Скачать пример (IGBT_1.zip)

Пиктограмма:

Назначение:

Моделирует силовой полевой транзистор с параллельно включенным обратным диодом.

Модель Mosfet транзистора состоит из последовательно включенных резистора Ron, индуктивности Lon и ключа SW (рис. 1.59). Блок логики управляет работой ключа. Включение прибора происходит в случае, если напряжение сток-исток положительно и на затвор транзистора подан положительный сигнал (g 0). Выключение прибора происходит при уменьшении сигнала на затворе до нуля (g = 0). При отрицательном напряжении коллектор-эмиттер транзистор находится в выключенном состоянии и ток проводит обратный диод.

Рис. 1.59

Статические вольт-амперные характеристики модели Mosfet транзистора для включенного и выключенного состояний показаны на рис. 1.60.

Рис. 1.60

В модели параллельно самому прибору включена последовательная RC-цепь, выполняющая демпфирующие функции.

Окно задания параметров:

Параметры блока:

MOSFET on-state resistance Ron (Ohm):

[Сопротивление во включенном состоянии (Ом)].

MOSFET on-state inductance Lon (H):

[Индуктивность во включенном состоянии (Гн)].

Initial current Ic (A):

[Начальное значение тока (А)]. При значении параметра равном нулю моделирование начинается при закрытом состоянии прибора. Если параметр задан положительным значением, то моделирование будет начато при открытом состоянии прибора.

Snubber resistance Rs (Ohm):

[Cопротивление демпфирующей цепи (Ом)].

Snubber capacitance Cs (F):

[Емкость демпфирующей цепи (Ф)].

На выходном порту блока обозначенном m, формируется векторный Simulink-сигнал из двух элементов. Первый элемент — ток сток-исток транзистора, второй — напряжение сток-исток транзистора.

Пример:

На рис. 1.61 показана схема модели полумостового однофазного инвертора, работающего на резонансную нагрузку. На рисунке представлены также графики напряжения и тока в нагрузке.

Рис. 1.61

Скачать пример(Mosfet_1.zip)

Пиктограмма:

Назначение:

Моделирует идеальный ключ.

Модель ключа состоит из последовательно соединенных резистора Ron и ключа SW (рис. 1.62). Блок логики управляет работой ключа. Включение прибора происходит в случае, если на управляющий вход подан единичный положительный сигнал (g

1). Выключение прибора происходит при уменьшении сигнала на затворе до нуля (g = 0).

Рис. 1.62

Статические вольт-амперные характеристики модели ключа для включенного и выключенного состояний показаны на рис. 1.63.

Рис. 1.63

В модели параллельно контактам ключа подсоединена последовательная RC-цепь, выполняющая демпфирующие функции.

Окно задания параметров:

Параметры блока:

Resistance Ron (Ohm):

[Сопротивление во включенном состоянии (Ом)],

Initial state:

[Начальное состояние]. Параметр задается равным 0 для открытого состояния ключа и 1 для закрытого состояния.

Snubber resistance Rs (Ohm):

[Сопротивление демпфирующей цепи (Ом)].

Snubber capacitance Cs (F):

[Емкость демпфирующей цепи (Ф)].

На выходном порту блока обозначенном m, формируется векторный Simulink-сигнал из двух элементов. Первый элемент -ток ключа, второй — напряжение ключа.

Пример:

На рис. 1.64 показана схема модели в которой подключение питания асинхронного электродвигателя производится при замыкании трех ключей Ideal Switch. Управляющий сигнал для каждого ключа формируется блоком Step.

Рис. 1.64

Скачать пример (Ideal_Switch_1.zip)

Пиктограмма:

Назначение:

Моделирует универсальный мост.

Модель позволяет выбирать количество плеч моста (от 1 до 3), вид полупроводниковых приборов (диоды, тиристоры, идеальные ключи, а также полностью управляемые тиристоры, IGBT и MOSFET транзисторы, шунтированные обратными диодами). В модели можно также выбрать вид зажимов A, B и C (входные или выходные). На рис. 165, в качестве примера, представлены схемы тиристорного трехфазного моста для обоих вариантов вида входных зажимов.

Рис. 165

Окно задания параметров:

Параметры блока:

Number of bridge arms:

[Число плеч моста]. Выбирается из списка: 1, 2 или 3.

Port configuration:

[Конфигурация портов]. Параметр определяет какие зажимы порта будут входными, а какие — выходными.

Значение параметра выбирается из списка:

• ABC as input terminals — зажимы A, B и C являются входными,
• ABC as output terminals — зажимы A, B и C являются выходными.

Snubber resistance Rs (Ohm):

[Cопротивление демпфирующей цепи (Ом)].

Snubber capacitance Cs (F):

[Емкость демпфирующей цепи (Ф)].

Power Electronic device:

[Вид полупроводниковых устройств моста]. Значение параметра выбирается из списка:

• Diodes — диоды,
• Thyristors — тиристоры,
• GTO / Diodes — полностью управляемые тиристоры, шунтированные обратными диодами,
• MOSFET / Diodes — MOSFET- транзисторы, шунтированные обратными диодами,
• IGBT / Diodes — IGBT-транзисторы, шунтированные обратными диодами,
• Ideal Switches — идеальные ключи.

Measurements:

[Измеряемые переменные]. Параметр позволяет выбрать, передаваемые в блок Multimeter, переменные, которые затем можно увидеть с помощью блока Scope. Значения параметра выбираются из списка:

• None — нет переменных для отображения,
• Device voltages — напряжения на полупроводниковых устройствах,
• Device currents — токи полупроводниковых устройств,
• UAB UBC UCA UDC voltages — напряжения на зажимах моста.
• All voltages and currents — все напряжения и токи моста.

Отображаемым сигналам в блоке Multimeter присваиваются метки:

• Usw1, Usw2, Usw3, Usw4, Usw5, Usw6 — напряжения ключей,
• Isw1, Isw2, Isw3, Isw4, Isw5, Isw6 — токи ключей,
• Uab, Ubc, Uca, Udc — напряжения на зажимах моста.

Кроме приведенных выше параметров, в окне диалога задаются параметры и для выбранных полупроводниковых приборов.

Пример 1:

На рис. 1.66 показана схема трехфазного тиристорного выпрямителя, работающего на активно-индуктивную нагрузку. В момент времени равный 0,06 с выполняется перевод выпрямителя в инверторный режим. На графиках хорошо видно, что выходное напряжение выпрямителя при этом меняет знак.

Рис. 1.66

Скачать пример (Universal_Brige_1.zip)

Пример 2:

На рис. 1.67 показана схема однофазного инвертора на IGBT-транзисторах, шунтированных обратными диодами. Нагрузка инвертора носит резонансный характер, что объясняет синусоидальный характер тока в ней.

Рис. 1.67

Скачать пример (Universal_Brige_2.zip)

Уровни абстракции при моделировании силовой электроники

Похожие статьи:

• Элементы сар температуры теплоносителя, поступающего в зерносушилку
• Отработка элементов управления с неработающим двигателем
• Конструктивные элементы земляных сооружений. основной параметр земляных сооружений.