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電力電子晶閘管參數(shù)的選擇
電力電子晶閘管參數(shù)的選擇【1】
摘 要：就可控硅勵(lì)磁設(shè)備和電機(jī)車上可控硅應(yīng)用情況，在不同的場合、線路和負(fù)載的狀態(tài)下，對可控硅的重要參數(shù)的選擇進(jìn)行了論證，以使設(shè)備運(yùn)行更良好，使用壽命更長。
關(guān)鍵詞：可控硅;參數(shù);選擇
電力電子晶閘管亦即過去國內(nèi)稱為可控硅，國外簡稱為SCR元件，是硅整流裝置中最主要的器件，它的參數(shù)選擇是否合理直接影響著設(shè)備運(yùn)動(dòng)性能。
合理地選用可控硅可提高運(yùn)行的可靠性和使用壽命，保證生產(chǎn)和降低設(shè)備檢修成本費(fèi)用。
本文就樂山冶金機(jī)械軋輥廠使用較多的磁選和電機(jī)車設(shè)備選用晶閘管有關(guān)電參數(shù)作出論述。
在一般情況下，裝置生產(chǎn)廠圖紙?zhí)峁┑目煽毓璧膮?shù)最主要兩項(xiàng)：即額定電流(A)和額定電壓(V)，使用部門提出的器件參數(shù)要求也只是這兩項(xiàng)，在變頻裝置上的快速或中頻可控硅多一個(gè)換向關(guān)斷時(shí)間(tg)參數(shù)，在一般情況下也是可以的。
但是從提高設(shè)備運(yùn)行性能和使用壽命的角度出發(fā)，我們在選用可控硅器件時(shí)可根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)對可控硅的某一些參數(shù)也作一些挑選。
根據(jù)可控硅的靜態(tài)特性，對可控硅器件參數(shù)的選擇提出如下幾點(diǎn)討論。
1 選擇正反向電壓
可控硅在門極無信號，控制電流Ig為0時(shí)，在陽(A)一一陰(K)極之間加(J2)處于反向偏置，所以，器件呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，稱為正向阻斷狀態(tài)，若增大UAK而達(dá)到一定值VBO，可控硅由阻斷突然轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，這個(gè)VBO值稱為正向轉(zhuǎn)折電壓，這種導(dǎo)通是非正常導(dǎo)通，會(huì)減短器件的壽命。
所以必須選擇足夠正向重復(fù)阻斷峰值電壓(VDRM)。
在陽一一陰極之間加上反向電壓時(shí)，器件的第一和第三PN結(jié)(J1和J3)處于反向偏置，呈阻斷狀態(tài)。
當(dāng)加大反向電壓達(dá)到一定值VRB時(shí)可控硅的反向從阻斷突然轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)是反向擊穿，器件會(huì)被損壞。
而且VBO和VRB值隨電壓的重復(fù)施加而變小。
在感性負(fù)載的情況下，如磁選設(shè)備的整流裝置。
在關(guān)斷的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生很高的電壓( ∈=-Ldi/dt)，如果電路上未有良好的吸收回路，此電壓將會(huì)損壞可控硅器件。
因此，器件也必須有足夠的反向耐壓VRRM。
可控硅在變流器(如電機(jī)車)中工作時(shí)，必須能夠以電源頻率重復(fù)地經(jīng)受一定的過電壓而不影響其工作，所以正反向峰值電壓參數(shù)VDRM、VRRM應(yīng)保證在正常使用電壓峰值的2-3倍以上，考慮到一些可能會(huì)出現(xiàn)的浪涌電壓因素，在選擇代用參數(shù)的時(shí)候,只能向高一檔的參數(shù)選取。
2 選擇額定工作電流參數(shù)
可控硅的額定電流是在一定條件的最大通態(tài)平均電流IT，即在環(huán)境溫度為+40℃和規(guī)定冷卻條件，器件在阻性負(fù)載的單相工頻正弦半波，導(dǎo)通角不少于l70℃的電路中，當(dāng)穩(wěn)定的額定結(jié)溫時(shí)所允許的最大通態(tài)平均電流。
而一般變流器工作時(shí)，各臂的可控硅有不均流因素。
可控硅在多數(shù)的情況也不可能在170℃導(dǎo)通角上工作，通常是少于這一角度。
這樣就必須選用可控硅的額定電流稍大一些，一般應(yīng)為其正常電流平均值的1.5-2.0倍。
3 選擇門極(控制級)參數(shù)
可控硅門極施加控制信號使它由阻斷變成導(dǎo)通需經(jīng)歷一段時(shí)間，這段時(shí)問稱開通時(shí)間tgt，它是由延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tx組成，tr是從門極電流脈沖前沿的某一規(guī)定起(比如門極電流上升到終值的90%時(shí)起)到通態(tài)陽極電流IA達(dá)到終值的10%那瞬為止的時(shí)間隔，tr是陽極電流從l0%上升到90%所經(jīng)歷的時(shí)間。
可見開通時(shí)間tgt與可控硅門極的可觸發(fā)電壓、電流有關(guān)，與可控硅結(jié)溫，開通前陽極電壓、開通后陽極電流有關(guān)，普通可控硅的tgt10μs以下。
在外電路回路電感較大時(shí)可達(dá)幾十甚至幾百μs以上(陽極電流的上升慢)。
在選用可控硅時(shí)，特別是在有串并聯(lián)使用時(shí)，應(yīng)盡量選擇門極觸發(fā)特征接近的可控硅用在同一設(shè)備上，特別是用在同一臂的串或并聯(lián)位置上。
這樣可以提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性和使用壽命。
如果觸發(fā)特性相差太大的可控硅在串聯(lián)運(yùn)行時(shí)將引起正向電壓無法平均分配，使tgt較長的可控硅管受損，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)tgt較短的可控硅管將分配更大的電流而受損，這對可控硅器件是不利的。
所以同一臂上串或并聯(lián)的可控硅觸發(fā)電壓、觸發(fā)電流要盡量一致，也就是配對使用。
在不允許可控硅有受干擾而誤導(dǎo)通的設(shè)備中，如電機(jī)調(diào)速等，可選擇門極觸發(fā)電壓、電流稍大一些的管子(如可觸發(fā)電壓VGT>2V,可觸發(fā)電流IGT：>150mA)以保證不出現(xiàn)誤導(dǎo)通，在觸發(fā)脈沖功率強(qiáng)的電路中也可選擇觸發(fā)電壓、電流稍大一點(diǎn)的管。
在磁選礦設(shè)備中，特別是舊的窄脈沖觸發(fā)電路中，可選擇一些VG、IG低一些的管子，如VGT<1.5V、IGT在≤100mA以下。
可減少觸發(fā)不通而出現(xiàn)缺相運(yùn)行。
以上所述說明在某些情況下應(yīng)對VGT和IGT參數(shù)進(jìn)行選擇。
(以上舉例對500A的可控硅參考參數(shù))
4 選擇關(guān)斷時(shí)間(tg)
可控硅在陽極電流減少為0以后，如果馬上就加上正向陽極電壓，即使無門極信號，它也會(huì)再次導(dǎo)通，假如在再次加上正向陽極電壓之前使器件承受一定時(shí)間的反向偏置電壓，也不會(huì)誤導(dǎo)通，這說明可控硅關(guān)斷后需要一定的時(shí)間恢復(fù)其阻斷能力。
從電流過O到器件能阻斷重加正向電壓的瞬間為止的最小時(shí)聞間隔是可控硅的關(guān)斷時(shí)間tg，由反向恢復(fù)時(shí)間t和門極恢復(fù)時(shí)間t構(gòu)成，普通可控硅的tg約150-200μs，通常能滿足一般工頻下變流器的使用，但在大感性負(fù)載的情況下可作一些選擇。
在中頻逆轉(zhuǎn)應(yīng)用，如中頻裝置、電機(jī)車斬波器，變頻調(diào)速等情況中使用，一定要對關(guān)斷時(shí)間參數(shù)作選擇，一般快速可控硅(即kk型晶閘管)的關(guān)斷時(shí)間在10-50μs，其工作頻率可達(dá)到1K-4KHZ;中速可控硅(即KPK型晶閘管)的關(guān)斷時(shí)間在60-100μs，其工作頻率可達(dá)幾百至lKHZ，即電機(jī)車的變頻頻率。
5 選擇電壓上升率(dμ/dt)和電流上升率(di/dt)
當(dāng)可控硅在阻斷狀態(tài)下，如在它的兩端加一正向電壓，即使所加電壓值未達(dá)到其正向最大值斷峰值電壓VDRM，但
只要所加的電壓的上升率超過一定值，器件就會(huì)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，這是PN結(jié)的電容引起充電，起到了觸發(fā)作用，式使可控硅誤導(dǎo)通。
不同規(guī)格的可控硅都規(guī)定了不同的dμ/dt值，選用時(shí)應(yīng)加以注意，選擇足夠的dμ/dt的可控硅管。
一般500A的可控硅dμ/dt在100-200V/μs。
電機(jī)車工作頻率在幾百HZ以內(nèi)選用KK或KPK晶閘管應(yīng)選用dμ/dt200-1000V/μs之間。
當(dāng)門極加入觸發(fā)脈沖后，可控硅首先在門極附近的小區(qū)域內(nèi)導(dǎo)通.再逐漸擴(kuò)大，直至全部結(jié)面導(dǎo)通，因此如在剛導(dǎo)通時(shí)陽極電流上升太快，即可能使PN結(jié)的局部燒壞。
所以對可控硅的電流上升率應(yīng)作一定的選擇，器件通態(tài)電流上升率(di/dt)應(yīng)能滿足電路的要求。
普通的可控硅(500A)的di/dt在50一300A/μs，在工頻條件下，如磁選機(jī)di/dt在50A/μs以下就可以滿足使用;在變頻條件下.如電機(jī)車di/dt必須在100A/μs以上。
當(dāng)陽極電壓高而且在峰值時(shí)觸發(fā)的情況下對dμ/dt和di/dt的要求都比較高，除了應(yīng)使設(shè)備避免在這種狀態(tài)下運(yùn)行外，對可控硅的dμ/dt和di/dt同時(shí)也要選擇使用，選高一點(diǎn)參數(shù)的使用，另外開通時(shí)直接接有大電容容量回路時(shí),也必須選用較大di/dt的可控硅器件。
6 選擇掣住電流IL和維持電流IH
當(dāng)可控硅門極觸發(fā)而導(dǎo)通，若陽極電流IA尚未達(dá)到掣住電流IL值時(shí)，觸發(fā)脈沖一旦消失，可控硅便又恢復(fù)阻斷狀態(tài)，若IA>IL，雖去掉門極脈沖信號，仍維持可控硅導(dǎo)通。
對如磁選裝置等的電感性負(fù)載應(yīng)加以注意。
負(fù)載電流(亦即陽極電流)增長的快慢對于門極脈沖消失后可控硅是否能繼續(xù)導(dǎo)通很重要，如圖(1)所示：負(fù)載電流增長快時(shí)，在脈沖未消失前，IA>IL，脈沖消失后不影響IA的流通，若IA增長慢，脈沖消失時(shí)IA 在保證可控硅可靠觸發(fā)并維持導(dǎo)通方面，據(jù)了解，有些半導(dǎo)體材料生產(chǎn)廠引人了日本的線路技術(shù);“寬脈沖列觸發(fā)線路”，該脈沖列幅度前沿陡、寬度大(脈沖列寬l80°，一般窄脈沖只有30°一50°，強(qiáng)觸發(fā)脈沖也只有約90°)，所觸發(fā)快速、可靠，而且由于是脈沖列，所以功耗特別小(強(qiáng)觸發(fā)的寬脈沖功耗特別大是一個(gè)重要的缺點(diǎn))。
如圖(2)所示：
該電路的脈沖列寬有效地保證了可控硅的維持導(dǎo)通，對可控硅的維持電流參數(shù)可以不作要求。
據(jù)了解該電路還有穩(wěn)壓或穩(wěn)流或穩(wěn)電流密度運(yùn)行的選擇，有限定電流運(yùn)行性能及過流封鎖保護(hù)，有積分“柔軟啟動(dòng)”特性，減小對可控硅的沖擊電流，并保留過溫和失壓等開關(guān)信號的封鎖保護(hù)接口，大大提高了設(shè)備使用的可靠性使用壽命，廣東大寶山鐵礦等的磁選機(jī)用該電路后都取得了極好的效果。
綜上所述，在選擇可控硅器件參數(shù)的時(shí)候應(yīng)根據(jù)不同的場合，線路和負(fù)載的狀態(tài)而對一些特定的參數(shù)多給予選擇的考慮，方可使設(shè)備運(yùn)行更良好，更可靠和壽命更長。
參考文獻(xiàn)
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“電力電子技術(shù)”教學(xué)中電力仿真軟件的選擇與應(yīng)用【2】
摘要：“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)過程中，電力仿真軟件發(fā)揮著重要的作用。
仿真軟件的類型與特點(diǎn)直接決定著其適用場合、仿真速度、仿真精度以及逼近實(shí)際的程度等。
在不同場合下，合理選擇相應(yīng)的電力仿真軟件將可實(shí)現(xiàn)更好的仿真效果。
通過介紹“電力電子技術(shù)”教學(xué)中常用的幾種電力仿真軟件，比較它們的特點(diǎn)及適用性，分析了它們在“電力電子技術(shù)”教學(xué)仿真中的選擇依據(jù)及應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞：電力仿真軟件;電力電子技術(shù);仿真效果;軟件選擇
“電力電子技術(shù)”課程作為電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論的交叉學(xué)科，是電氣工程專業(yè)非常重要的必修課。
隨著電力電子器件的迅速發(fā)展，變流技術(shù)的發(fā)展也是日新月異，使得“電力電子技術(shù)”在電氣類本科教學(xué)中的地位和作用越來越突出。
然而，該課程涉及的內(nèi)容較多且復(fù)雜，并在不斷更新，如何能夠讓學(xué)生較快、較好地掌握所學(xué)內(nèi)容成為教師們面臨的一大難題。
電力仿真軟件走進(jìn)“電力電子技術(shù)”的教學(xué)課堂在很大程度上有效地解決了這一難題。
電力仿真軟件通過數(shù)字仿真實(shí)現(xiàn)電力電子電路的分析、設(shè)計(jì)、調(diào)試等，直觀的仿真結(jié)果給學(xué)生帶來了濃厚的學(xué)習(xí)興趣，并為將來的電路設(shè)計(jì)、科學(xué)研究打下一定的基礎(chǔ)，因?yàn)樾〉奖究茖W(xué)習(xí)中的基本實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)，大到科研中的課題研究、設(shè)備裝置的開發(fā)，通常都要通過仿真結(jié)果提供實(shí)驗(yàn)參數(shù)的參考依據(jù)。
然而，面臨眾多電力仿真軟件，如何根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理的選擇成為另一難題。
本文將通過分析“電力電子技術(shù)”教學(xué)中常用的幾種電力仿真軟件提供合理選擇的依據(jù)。
一、常用電力仿真軟件
“電力電子技術(shù)”教學(xué)中常用的電力仿真軟件主要有以下幾種：MATLAB、PSIM、PSpice、PSCAD。
MATLAB是主要面對科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境，功能全面，能夠用于各個(gè)行業(yè)的建模仿真分析。
MATLAB最重要的組件之一Simulink提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。
其中，電力系統(tǒng)Power System工具箱包含的模組側(cè)重電力系統(tǒng)方面的建模仿真，而電力電子元件模組則是專門針對電力電子電路的仿真設(shè)計(jì)的。
PSIM是針對電力電子領(lǐng)域以及電機(jī)控制領(lǐng)域的仿真應(yīng)用包軟件。
它具有仿真高速、用戶界面友好、波形解析等功能，為電力電子電路的解析、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)研究等有效提供強(qiáng)有力的仿真環(huán)境。
PSpice軟件具有強(qiáng)大的電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能和圖形后處理功能等，以圖形方式輸入，自動(dòng)進(jìn)行電路檢查，生成圖表，模擬計(jì)算電路。
它不僅可以用于電路分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，還可與印制版設(shè)計(jì)軟件配合使用，實(shí)現(xiàn)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，并且適用于“電力電子技術(shù)”課程的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。
PSCAD可以較為簡單地模擬復(fù)雜電力系統(tǒng)，包括直流輸電系統(tǒng)和其相關(guān)的控制系統(tǒng)，并能夠顯著地提高電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)模擬研究的效率。
它還可通過聯(lián)合使用實(shí)時(shí)數(shù)字模擬器RTDS硬件來開發(fā)模擬器，用以模擬包含高壓直流輸電系統(tǒng)的大型互聯(lián)電力系統(tǒng)。
二、常用電力仿真軟件的特點(diǎn)
比較分析上述幾種電力仿真軟件的性能及其在“電力電子技術(shù)”教學(xué)中的實(shí)際仿真應(yīng)用情況，其特點(diǎn)如下：
1.圖形界面友好，操作簡單易用
通過拖曳相應(yīng)的功能模塊，按照電氣聯(lián)結(jié)關(guān)系進(jìn)行連接，操作過程非常簡單，而且緊密結(jié)合“電力電子技術(shù)”的內(nèi)容，只要具備基本的計(jì)算機(jī)軟件操作水平和電力電子技術(shù)知識就很容易上手。
2.建立仿真工程的步驟類似
采用這些軟件進(jìn)行仿真工作，其基本步驟主要包括：建立仿真工程文件、放置電路元件、設(shè)置元件參數(shù)、電氣連接元件、設(shè)定仿真步長和仿真時(shí)間等參數(shù)、運(yùn)行仿真操作、觀察各點(diǎn)波形結(jié)果、分析仿真數(shù)據(jù)等，使用過程大致相同。
3.節(jié)省時(shí)間和儀器設(shè)備
進(jìn)行實(shí)際電路設(shè)計(jì)之前，先采用這些軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，可以隨意設(shè)置電路參數(shù)、更換電路元件，并在軟件中反復(fù)調(diào)試、“實(shí)驗(yàn)”，簡化實(shí)際電路操作中的一些步驟，大大縮減電路設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)周期;通過采用軟件中的功能元件還可省去一些測量儀器的使用，并能夠避免實(shí)際電路實(shí)驗(yàn)中的元器件消耗，能夠盡可能接近實(shí)際電路的雛形。
4.軟件升級迅速及時(shí)
仿真軟件的產(chǎn)品升級緊跟科技的發(fā)展。
諸如，隨著新能源的快速發(fā)展，這些仿真軟件中也及時(shí)增加了風(fēng)機(jī)、光伏發(fā)電等模型，滿足廣大科技工作者的使用。
而且，軟件版本也在不斷升級換代，各個(gè)方面針對用戶在不斷完善。
三、常用電力仿真軟件選擇與應(yīng)用
綜合分析上述幾種電力仿真軟件的特點(diǎn)，結(jié)合多年來在“電力電子技術(shù)”教學(xué)中的仿真應(yīng)用實(shí)踐，總結(jié)了幾點(diǎn)區(qū)別，以期提供選擇和應(yīng)用合適軟件的依據(jù)。
1.元件模型及參數(shù)設(shè)置
這四種軟件的元件模型不盡相同，特別是對于一些較為復(fù)雜的元件，諸如變壓器、晶閘管等，其仿真過程中的暫態(tài)變化曲線并不一致。
而且，其參數(shù)設(shè)置也不盡相同，MATLAB/Simulink里的元件參數(shù)設(shè)置較為細(xì)致全面，尤其是對于“電力電子技術(shù)”中涉及的晶閘管、IGBT等大功率器件，對它們本身的性能參數(shù)有詳細(xì)的設(shè)置，比如器件的上升時(shí)間、下降時(shí)間等，因而MATLAB/Simulink常用于仿真一些暫態(tài)響應(yīng)過程，比如變壓器的磁飽和特性、晶閘管的強(qiáng)制關(guān)斷過程、狀態(tài)切換的暫態(tài)響應(yīng)等。
其余幾種軟件主要適用于仿真一些常用的電力電子電路，諸如整流電路、逆變電路、DC/DC變換電路等，對于元件本身性能參數(shù)沒有嚴(yán)格的要求，或者說主要用于仿真電力電子電路的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)過程。
2.具體仿真操作
在實(shí)際的仿真操作中，幾種軟件也略有差異。
像連接元器件的方式上，MATLAB/Simulink的元件大多具有輸入輸出順序，要根據(jù)元件在電路中的位置選擇合適的元件。
如果選擇不正確，元件之間不會(huì)實(shí)現(xiàn)電氣連接，搭建電路的過程相對復(fù)雜。
而其他幾種軟件的連接方式較為簡單，通常元件都可實(shí)現(xiàn)電氣連接，當(dāng)然，這就需要用戶自己判斷元件之間的電路連接關(guān)系了。
另外，各種軟件的波形顯示窗口、數(shù)據(jù)文件處理、波形拷貝使用、波形暫態(tài)特性、特殊功能部件、THD及損耗測量等只是細(xì)節(jié)的操作不同。
特別指出的是，鑒于MATLAB在數(shù)據(jù)處理方面的強(qiáng)大功能，而有些軟件的仿真波形不適合在文章中使用(比如清晰度不夠、橫縱坐標(biāo)難設(shè)置等)，用戶可采用其他軟件進(jìn)行仿真工作，最后生成數(shù)據(jù)文件之后再將該數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以得到較好波形效果和處理操作，也不失為一種方法。
3.仿真精度、速度和準(zhǔn)確度
仿真精度與仿真步長有直接的關(guān)系，各軟件的步長設(shè)置定義不盡相同，因而仿真精度難以直接比較。
然而，MATLAB/Simulink里可以選擇不同的數(shù)學(xué)算法，從某種程度上講，其仿真精度較高;而且，MATLAB也是各行業(yè)較為認(rèn)可的仿真軟件之一。
從仿真速度來講，針對“電力電子技術(shù)”中的電路，通常情況下PSIM和PSCAD的仿真速度相對較快一些，其次是PSpice，當(dāng)然，這也跟用戶搭建電路的風(fēng)格特點(diǎn)以及實(shí)際情況有關(guān)。
而MATLAB/Simulink如果采用圖庫的電路元件按照實(shí)際電力電子電路搭建電路仿真，速度會(huì)很慢。
如果自己建立數(shù)學(xué)模型仿真，速度會(huì)很快。
比如，在一個(gè)具有光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、傳統(tǒng)同步機(jī)發(fā)電源的電網(wǎng)系統(tǒng)中，包含了“電力電子技術(shù)”中的整流器、逆變器、DC/DC變換器等典型電力電子電路。
如果采用圖庫中的大功率器件晶閘管、IGBT等搭建電路實(shí)現(xiàn)整流器、逆變器、DC/DC變換器時(shí)，仿真速度會(huì)大大降低;若自己建立整流器、逆變器、DC/DC變換器的數(shù)學(xué)模型或者采用向量模型進(jìn)行仿真時(shí)，速度會(huì)大幅提高。
當(dāng)然，這就增加了建立數(shù)學(xué)模型的過程，讀者可根據(jù)實(shí)際情況選擇。
另外，對于仿真確定的參數(shù)雖然可以提供實(shí)際電路參數(shù)的依據(jù)，但與實(shí)際電路參數(shù)之間還是有一定的差距，還需要綜合分析比較計(jì)算數(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實(shí)際情況來定，當(dāng)然最終還需要實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，但這畢竟大大減小了實(shí)驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。
4.復(fù)合功能和應(yīng)用領(lǐng)域
Simulink 依托于MATLAB，能夠利用MATLAB強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能并結(jié)合其他的功能函數(shù)等進(jìn)行電力電子電路的仿真，復(fù)合功能相對豐富，應(yīng)用領(lǐng)域也更寬廣，而且易于實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備、軟件的銜接。
比如RTLAB仿真系統(tǒng)就將實(shí)際功率設(shè)備通過MATLAB進(jìn)行銜接控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真。
PSIM仿真系統(tǒng)不只是回路仿真單體，還可以和其他公司的仿真器連接，為用戶提供高開發(fā)效率的仿真環(huán)境。
例如，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)開發(fā)領(lǐng)域，控制部分用MATLAB/Simulink實(shí)現(xiàn)，主回路部分以及其周邊回路用PSIM實(shí)現(xiàn)，電機(jī)部分用電磁界解析軟件JMAG實(shí)現(xiàn)，由此進(jìn)行連成解析，實(shí)現(xiàn)更高精度的全面仿真系統(tǒng)。
PSpice集成度高，集成了許多仿真功能，如直流分析、交流分析、噪聲分析、溫度分析等;而且，PSpice程序采用改進(jìn)節(jié)點(diǎn)法列電路方程，用牛頓-萊普生方法的改進(jìn)算法進(jìn)行非線性分析，用變節(jié)步長的隱式積分法進(jìn)行瞬態(tài)分析，在求解線性代數(shù)方程組時(shí)采用了稀疏矩陣技術(shù)，大大提高了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。
PSCAD則適用于富含電力電子電路的復(fù)雜電力系統(tǒng)，包括現(xiàn)今發(fā)展迅速的高壓直流輸電系統(tǒng)及其相關(guān)控制系統(tǒng)、含有各種分布式能源的大型互聯(lián)電力系統(tǒng)等等。
5.故障模擬與功率器件性能
對于初學(xué)“電力電子技術(shù)”的同學(xué)來說，搭建實(shí)際電力電子電路實(shí)驗(yàn)容易帶來一些問題，如觸發(fā)脈沖不合適帶來的功率器件上下直通現(xiàn)象、功率器件耐壓耐流參數(shù)選擇不合適等都會(huì)帶來器件的損壞、系統(tǒng)的崩潰。
通過采用仿真軟件仿真可以事先發(fā)現(xiàn)這些問題，及時(shí)解決。
從另一方面說，學(xué)生亦可借助電力仿真軟件進(jìn)行故障模擬，直觀地觀察波形變化情況，注意出現(xiàn)的問題，強(qiáng)化認(rèn)識，比如可以人為設(shè)置IGBT等功率器件的直通現(xiàn)象、耐壓參數(shù)、擊穿電流等，通過觀察各點(diǎn)波形變化情況，達(dá)到教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合的效果。
這種故障模擬和器件性能測試方面的仿真通常通過MATLAB/Simulink實(shí)現(xiàn)，能夠達(dá)到較好的仿真觀察效果。
“電力電子技術(shù)”教學(xué)中可參考上文對學(xué)生給予指導(dǎo)，可以先介紹簡單易操作的軟件，如PSIM、PSCAD等，結(jié)合各種軟件的特點(diǎn)與適用范圍，針對不同的仿真對象和問題進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，也可以多種軟件結(jié)合使用，效果更佳。
四、結(jié)語
電力仿真軟件在“電力電子技術(shù)”教學(xué)中發(fā)揮重要的作用，有針對性地選擇電力仿真軟件可以提高仿真速度、精度及準(zhǔn)確度。
本文通過詳細(xì)分析比較常用的四種電力仿真軟件的特點(diǎn)和適用領(lǐng)域，結(jié)合教學(xué)仿真中的一些實(shí)際問題與使用操作，給出了它們具體應(yīng)用的選擇依據(jù)。
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電力諧波晶閘管控制電抗器【3】
摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，隨著工業(yè)生產(chǎn)水平和人民生活水平的提高，非線性用電設(shè)備在電網(wǎng)中大量投運(yùn)，造成了電網(wǎng)的諧波分量占的比重越來越大。
它不僅增加了電網(wǎng)的供電損耗，而且干擾電網(wǎng)的保護(hù)裝置與自動(dòng)化裝置的正常運(yùn)行，造成了這些裝置的誤動(dòng)與拒動(dòng)，直接威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
舉個(gè)常見的例子來說，電子節(jié)能燈在使用量所占比重較小的電網(wǎng)中運(yùn)行，的確比常用的白熾燈好，不僅亮度高又省電，而且使用壽命也長。
關(guān)鍵詞：電力 諧波 晶閘
一、逆變器交流驅(qū)動(dòng)器
逆變器已廣泛用于交流電氣傳動(dòng)、UPS等許多技術(shù)領(lǐng)域中，其主電路開關(guān)器件常采用IGBT或MOSF、ET等全控型器件，該類器件的開關(guān)動(dòng)作需要靠獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)，并要求驅(qū)動(dòng)電路的供電電源彼此隔離(如單相橋式逆變主電路需3組獨(dú)立電源，三相橋式逆變主電路需4組獨(dú)立電源)，這無疑增加輔助電源的設(shè)計(jì)困難和成本，同時(shí)也使驅(qū)動(dòng)電路變得復(fù)雜，降低了逆變器的可靠性。
采用如EXB840等專用厚膜集成驅(qū)動(dòng)電路芯片雖然可以簡化驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，但每個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片仍需要一個(gè)隔離的供電電源，且每個(gè)芯片僅可驅(qū)動(dòng)一個(gè)功率開關(guān)器件，應(yīng)用仍有不便。
而美國國際整流器公司生產(chǎn)的專用驅(qū)動(dòng)芯片IR2132只需1個(gè)供電電源即可驅(qū)動(dòng)三相橋式逆變電路的6個(gè)功率開關(guān)器件，可以使整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路變得簡單可靠。
雖然晶閘管控制直流驅(qū)動(dòng)器仍然占據(jù)了很大的市場份額，大額定功率組的重點(diǎn)已轉(zhuǎn)向使用逆變器和感應(yīng)電機(jī)。
這種趨勢已經(jīng)幫助了可控晶閘管開關(guān)器件的大幅增加。
基本三相逆變橋通常用于交流電機(jī)控制的半導(dǎo)體，與每一個(gè)逆反饋二極管平行裝置連接。
該逆變器可以是任何電壓源或電流源類型。
需要一個(gè)恒定的直流電壓輸入，由串聯(lián)電感器的方法實(shí)現(xiàn)直流鏈接。
多級解決方案實(shí)現(xiàn)了降低諧波含量，從而進(jìn)一步說明，5級逆變器的三相輸出電壓的頻譜是與標(biāo)準(zhǔn)的兩電平的情況不同的。
電平輸出波形就不一樣。
下面所述的多級結(jié)構(gòu)已被確定：多橋配置中，使用變壓器或電感器連接。
在此該配置能夠消除諧波是通過移相變壓器的電壓波形的相位移次級繞組實(shí)現(xiàn)的。
多橋采用直接串聯(lián)連接。
這是其中的一個(gè)變化，在前面的情況下，其主要區(qū)別在于消除了變壓器的相移，即它是直接連接到交流側(cè)。
每個(gè)階段包括串聯(lián)連接的單相全橋，每個(gè)橋需要一個(gè)隔離直流電總線。
逆變器供電交流傳動(dòng);所述的多級鉗位二極管轉(zhuǎn)換器。
這種替代實(shí)現(xiàn)了多級串聯(lián)或開關(guān)的并聯(lián)，;多層次飛跨電容變換器。
在以往的配置中，各相橋臂由一個(gè)開關(guān)與總線電容并聯(lián)，并且必須是始終連接到正或負(fù)的電容器的節(jié)點(diǎn)兩端。
在這種替代開關(guān)情況下，電容器單元是孤立的。
因此，這種內(nèi)在的開關(guān)或電容現(xiàn)在作為外雙設(shè)備切換;鏈條電路轉(zhuǎn)換器。
此配置包含獨(dú)立控制的單元，然后它可以被組裝形成三相轉(zhuǎn)換器。
它提供了模塊化和易于擴(kuò)展的特性;直流電壓回灌方案不同于以往的多級配置，其中所有的交換機(jī)構(gòu)成主轉(zhuǎn)換過程的一部分。
二、鋸齒波頻率
在我們?nèi)粘Ｉ钪�，以及一些科學(xué)研究中，鋸齒波是常用的基本測試信號。
在無線電通信，測量，自動(dòng)化控制等技術(shù)領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用著各種類型的信號發(fā)生器此外，如在示波器、電視機(jī)等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波產(chǎn)生器作為時(shí)基電路。
例如，要在示波器熒光屏上不失真地觀察到被測信號波形，要求在水平偏轉(zhuǎn)板加上隨時(shí)間作線性變化的電壓――鋸齒波電壓，使電子束沿水平方向勻速搜索熒光屏。
而電視機(jī)中顯像管熒光屏上的光點(diǎn)，是靠磁場變化進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的，所以需要要用鋸齒波電流來控制。
因此鋸齒波發(fā)生器是我們在學(xué)習(xí)，科學(xué)研究等方面不可缺少的工具。
維持恒定時(shí)，基波頻率按照線性函數(shù)變化，這是顯而易見。
常用電子儀器或設(shè)備(如示波器、電視機(jī)等)所需要的直流電源，均屬于單相小功率直流電源(功率在1000W以下)。
它的任務(wù)是將220V、50Hz的交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的直流電壓(例如幾伏或幾十伏)，同時(shí)能提供一定的直流電流(比如幾安甚至幾十安)。
單相小功率直流電源一般由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成。
在這種情況下，逆變器輸出電壓波形始終是方形波，工作原理是由切碎的基本逆變方波輸出，以便控制基頻電壓的電壓。
鋸齒的頻率是3倍的倍數(shù)正弦波的頻率，從而允許生成對稱三相電壓三相正弦波集和一個(gè)鋸齒波形。
這種方法控制通過提高鋸齒的幅度傳播電壓或正弦波信號，很少考慮到所產(chǎn)生的諧波。
電壓的頻譜，除了基本的最顯著領(lǐng)域發(fā)生在載波頻率(鋸齒頻率)和它的兩個(gè)邊界，然而，相位波形不具有半波對稱性，因此偶次諧波存在。
單相橋式逆變器可以使用雙極性或單極性開關(guān)。
諧波電壓按照載波頻率的倍數(shù)發(fā)生。
此外，相位的波形具有這樣的對稱性的是不存在諧波的。
三、晶閘管控制電抗器
對于一個(gè)給定的最大逆變器相位切換速度，它將實(shí)現(xiàn)基波電壓所需的線性變化振幅與頻率，能夠減少諧波轉(zhuǎn)矩的效果，或最小化電機(jī)內(nèi)諧波功率損耗。
一般來說，在任何基本開關(guān)頻率下，每半個(gè)周期逆變器的相電壓波形可以消除一個(gè)波形的諧波或減少一組諧波振幅。
因此，對于每半周期進(jìn)行一次逆變器的相電壓波形轉(zhuǎn)換必須將控制基波的振幅。
可以完全消除自由度，指定的低次諧波得到減少，所引起的電機(jī)功率損耗也在電動(dòng)機(jī)中的諧波指定范圍內(nèi)。
在任何基本頻率，出現(xiàn)這種情況是因?yàn)榭傊C波均方根電壓不能改變。
這個(gè)移動(dòng)的影響電機(jī)的性能需要來確定，但是在積分濾波器特性電機(jī)應(yīng)更有效地減少諧波電流。
多步轉(zhuǎn)換器，而不是增加模式的頻率以減小輸出電壓中的諧波含量，多橋配置與并聯(lián)連接的單元可以進(jìn)行相移載波。
因而各個(gè)單元電壓諧波分量相對于彼此被移位，并且可以被設(shè)計(jì)成各種形式。
在所示的情況下各個(gè)橋梁周圍有它的諧波次數(shù)。
靜止無功補(bǔ)償器。
采用可控硅控制的電抗器又稱靜態(tài)無功補(bǔ)償器，在高壓輸電系統(tǒng)中和一些工業(yè)廠房像電弧爐一樣是常見并廣泛使用的。
他們的主要目的是提供快速電壓可控性和其他各種相關(guān)作用，如減少閃爍，功率因數(shù)改善，相位平衡和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
一個(gè)典型的三相電路連接成三角形。
電流中的三個(gè)線圈，通過延遲相對于它們的相應(yīng)的電壓，因?yàn)殡娮栊Ч⒉伙@著。
積分電路時(shí)一種應(yīng)用比較廣泛的模擬信號運(yùn)算電路，它是組成模擬計(jì)算機(jī)的基本單元，可以實(shí)現(xiàn)對微分方程的模擬。
同時(shí)，積分電路也是控制和測量系統(tǒng)中常用的重要單元，利用其充放電過程可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)、定時(shí)以及各種波形的產(chǎn)生。
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