Matlab電力電子技術(shù)應(yīng)用

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【文章摘要】信息技術(shù)的快速發(fā)展推動(dòng)許多學(xué)科進(jìn)一步完善，以電力電子技術(shù)為例，其本身具有較強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性等特征，涉及的波形圖、電路圖也較多，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需掌握較多相關(guān)理論，且在設(shè)計(jì)分析中面臨較多的難題。在此背景下便提出仿真技術(shù)，即matlab，其可通過相應(yīng)模型的構(gòu)建使所有波形結(jié)果具有可視化特征。對(duì)此，本文將對(duì)電力電子設(shè)計(jì)中Matlab應(yīng)用的必要性、基于Matlab的系統(tǒng)模塊構(gòu)建以及系統(tǒng)仿真思路進(jìn)行探析。

【關(guān)鍵詞】Matlab；電力電子技術(shù)；應(yīng)用

0前言

作為近年來能夠合理控制電能形態(tài)的技術(shù)，電力電子技術(shù)在信息技術(shù)推動(dòng)下得到快速發(fā)展，其以自身相關(guān)器件轉(zhuǎn)換與控制電能，無論數(shù)瓦電器或數(shù)千瓦輸電系統(tǒng)，都可通過電力電子裝置進(jìn)行控制。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，國外許多發(fā)達(dá)國家依托于電力電子技術(shù)所轉(zhuǎn)換的電能達(dá)到90%，而這一轉(zhuǎn)換過程的實(shí)現(xiàn)主要得益于其在仿真過程中能夠取得精確的結(jié)果。因此，本文對(duì)電力電子技術(shù)中Matlab的應(yīng)用研究，對(duì)促進(jìn)電力電子技術(shù)發(fā)展具有十分重要的意義。

1電子電路設(shè)計(jì)中Matlab應(yīng)用的必要性

目前，電子電路設(shè)計(jì)中逐漸強(qiáng)調(diào)以自動(dòng)化為主，通過原理圖設(shè)計(jì)與仿真相應(yīng)的電路，使電子電路的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)，并分析電路中的最壞條件等。然而這些設(shè)計(jì)自動(dòng)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，要求將控制領(lǐng)域中的典型代表Matlab引入其中，其具備基本交互式編程能力，且較多圖像或數(shù)據(jù)處理以及原理圖設(shè)計(jì)等都可利用其完成。特別Matlab近年來發(fā)展中，版本處于不斷更新態(tài)勢(shì)，且有較多系統(tǒng)模塊與模型如電力電子器件、電路以及電機(jī)等都被囊括其中。加上完善中將Sinulink環(huán)境引入其中，更能容納較多關(guān)于電力電子的相關(guān)模塊，為電路電子設(shè)計(jì)提供具體的指導(dǎo)。同時(shí)，電力電子系統(tǒng)在構(gòu)造中，將Matlab引入其中，也可直接通過仿真計(jì)算以測(cè)出相關(guān)電路結(jié)果，無需考慮以往因硬件試驗(yàn)條件缺失而難以仿真的難題，保證設(shè)計(jì)精準(zhǔn)性的同時(shí)減輕設(shè)計(jì)人員的負(fù)擔(dān)。因此，將Matlab引入電子電路設(shè)計(jì)中極為必要。

2基于Matlab的模型構(gòu)建

模型構(gòu)建中主要需考慮到Simulink環(huán)境，根據(jù)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，將其融入SinPowerSystems中，該仿真系統(tǒng)對(duì)電力電子系統(tǒng)以及電路都較為適用，而且能夠仿真電路傳輸過程以及電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)等。其中，SinPowerSystems模塊在內(nèi)容上應(yīng)以晶閘管、整流二極管、Mosfet模塊、Diode模塊等為主，同時(shí)的也容納較多集成度較高的模塊與底層模塊等，如Universalbridge、Thyristor模塊。實(shí)際建模過程中由于需考慮整流系統(tǒng)，所以對(duì)各模塊要求合理建模。具體建模過程中，主要需考慮Sinulink系統(tǒng)構(gòu)建、仿真等問題，實(shí)現(xiàn)的步驟體現(xiàn)在：①將Sinulink進(jìn)行打開，可從Matlab中尋找具體內(nèi)容；②完成Sinulink構(gòu)建后，對(duì)其進(jìn)行命名，可使模型后綴名界定在mdl上；③根據(jù)電子電路設(shè)計(jì)需要，在模塊集中進(jìn)行相應(yīng)模塊的尋找，將其向所構(gòu)建的模型放置；④進(jìn)行電力電子系統(tǒng)的構(gòu)造，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真；⑤綜合分析仿真結(jié)果，得出最終結(jié)論。

3基于Matlab系統(tǒng)仿真研究

電力電子技術(shù)實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，其目標(biāo)多集中在如何控制與變換電能方面，其中電力可細(xì)化為直流電力、交流電力為主，前者多表現(xiàn)在干電池、蓄電池方面，而后者集中在公用電網(wǎng)方面。但電力由電源獲取，應(yīng)在電力變換的基礎(chǔ)上才可滿足電力電子設(shè)計(jì)要求，所以應(yīng)做好電力變換工作。現(xiàn)行電力變換中，常用的方式主要以直流變與交流變直流、交流為主。一般被叫做整流的為交流變直流，而作為逆變的則為直流變交流；直流變直流主要指不同電壓下直流的轉(zhuǎn)變，交流變交流則叫做的交流電力控制，側(cè)重于變換電力或電壓。明確這些內(nèi)容的基礎(chǔ)上，便可引入Matlab完成仿真。具體仿真過程主要表現(xiàn)在以下幾方面。

3.1仿真過程在整流電路中的實(shí)現(xiàn)

近年來整流電路在應(yīng)用過程中，多以三相橋式類型為主，所以將Matlab引入后，主要對(duì)三相橋式類型電路進(jìn)行仿真。具體仿真中，首先需做好Sinulink環(huán)境的構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上完成三相橋式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建。實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中要求電橋模塊需保證具有較高的精度，且在觸發(fā)脈沖方面，也需引入具體的脈沖發(fā)生器，這樣可達(dá)到整流電路要求。完成仿真模型構(gòu)建后，便可得到仿真結(jié)果，若利用相應(yīng)的波形圖表示，整個(gè)三相橋式電路在整流結(jié)果上將更清晰的顯示出來，僅需對(duì)控制角進(jìn)行操作，便可得到整流波形變化結(jié)果，為電路設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的參考。

3.2仿真過程在逆變電路中的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于逆變電路，其主要指直流電轉(zhuǎn)換為交流電。目前，逆變電路的應(yīng)用也較為常見，如較多直流電源包括太陽能電池或蓄電池等，在對(duì)交流負(fù)載進(jìn)行供電時(shí)要求逆變電路作用充分發(fā)揮。同時(shí)，也有許多電力電子裝置，如感應(yīng)加熱或不間斷電源以及變頻器等，其在設(shè)計(jì)過程中都需將逆變電路作為核心內(nèi)容。所以電力電子技術(shù)中關(guān)鍵的內(nèi)容在于逆變電路方面。需注意的是，區(qū)別于直流側(cè)電源，逆變電路通常以電流型、電壓型兩種形式為主，在仿真過程中需通過Matlab做好全橋電路的構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上完成仿真過程。根據(jù)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，整個(gè)構(gòu)建的結(jié)構(gòu)中，全橋逆變?cè)跇?gòu)成上主要以四個(gè)橋臂為主，且各橋壁需依托于PWM發(fā)生器向其提供脈沖，這樣便可通過仿真結(jié)果判斷逆變后負(fù)載電流、電壓波形等。綜合來看，無論將Matlab用于整流電路或逆變電路中，僅需保證Sinulink環(huán)境合理構(gòu)造，將相關(guān)電路與具體設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行仿真，便可得到相關(guān)的波形與設(shè)計(jì)性能指標(biāo)，為電路電子設(shè)計(jì)提供合理指導(dǎo)。

4結(jié)論

電力電子技術(shù)中引入Matlab能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)提供更多的指標(biāo)數(shù)據(jù)。實(shí)際引入中應(yīng)正確認(rèn)識(shí)電力電子技術(shù)、Matlab的基本內(nèi)涵，以Matlab為依托進(jìn)行電路電子模型的具體構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上將整流電路與逆變電路引入具體仿真過程中，可結(jié)合仿真結(jié)果分析實(shí)際設(shè)計(jì)中需注意的問題，能夠保證電路電子的設(shè)計(jì)更為完善，推動(dòng)電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

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作者：肖淑琴 單位：福建省莆田市湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院