变压器和电力电子系统的分析与仿真.docVIP

1 引 言 1.1 变压器的概述 [1]。势[2]。开发出各种结构形式的变压器[3]。 1.2 电力电子技术的概述 20世纪60年代发展起来的电力电子技术，使电能可以变换和控制，产生了现代各种高效、节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产，交通运输，影响将越来越大[4]。 电力电子技术综合了电子电路、电机拖动、自动控制理论、微机原理和应用等多学科的知识，并且是两门实践性和应用性很强的课程。由于电力电子器件自身的开关非线性，给电力电子电路和系统的分析带来了一定的复杂性和困难，一般常用波形分析和分段线性化处理的方法来研究电力电子电路。 现代计算机仿真技术为电力电子电路和系统的分析提供了崭新的方法，可以使复杂的电力电子电路、系统的分析和设计变得更加容易和有效，也是学习电力电子技术的重要手段[5]。 现代电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代[6]。 随着科技的不断发展和人民要求的不断提高，电力电子技术的应用越来越广泛。当今世界先进工业国家正处于有“工业经济”模式向“信息经济”模式转变的时期。电力电子技术作为信息产业与传统产业之间的桥梁，是在非常广泛的领域内改造传统产业，支持高新技术发展的基础。因此，电力电子技术将在国民经济中扮演着越来越重要的角色[7]。 总而言之,电力电子技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域[8]。 2 MATLAB的介绍 MATLAB是国际上仿真领域最权威、最实用的计算机工具。它是MathWork公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件，被誉为“巨人肩上的工具”[9]。 MATLAB在拥有很多用户的同时经历了许多年的发展时期。在大学环境中，它作为介绍性的教育工具，以及在进阶课程中应用于数学，工程和科学。在工业上它是用于高生产力研究，开发，分析的工具之一。 经过几十年的完善和扩充，它已发展成线形代数课程的标准工具。在美国，MATLAB是大学生和研究生必修的课程之一。美国许多大学的实验室都安装有MATLAB，供学习和研究之用。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境。其包含的SIMULINK是用于在MATLAB下建立系统框图和仿真环境的组件，其包含有大量的模块集，可以很方便的调取各种模块来搭建所构想的试验平台，同时SIMULINK还提供时域和频域分析工具，能够直接绘制系统的Bode图和Nyquist图。 由于SIMULINK的仿真平台使用方便、功能强大，后来拓展的其他模型库也都共同使用这个仿真环境，成为MATLAB仿真的公共平台。SIMULINK是 Simulation和Link两个英文单词的缩写，意思是仿真链接MATLAB模型库都在此环境中使用，从模型库中提取模型放到SIMULINK的仿真平台上进行仿真。所以，有关SIMULINK的操作是仿真应用的基础[10]。 2.1 SIMULINK的特点 SIMULINK 作为面向系统框图的仿真平台，它具有如下特点(1) 以调用模块代替程序的编写，以模块连成的框图表示系统，点击模块即可以输入模块参数。以框图表示的系统应包括输入(激励源)、输出(观测仪器)和组成系统本身的模块。 (2) 画完系统框图，设置好仿真参数，即可启动仿真。这时，会自动完成仿真系统的初始化过程，将系统框图转换为仿真的数学方程，建立仿真的数据结构，并计算系统在给定激励下的响应。 (3)系统运行的状态和结果可以通过波形和曲线观察，这和实验室中用示波器观察的效果几乎一致。 (4) 系统仿真的数据可以用以mat为后缀的文件保存，并且可以用其他数据处理软件进行处理。 (5) 如果系统框图绘制不完整或仿真过程中出现计算不收敛的情况，会给出一定的出错提示信息，但是这提示不一定准确，这是软件还不够完备的地方。 (6) 以框图形式对控制系统进行仿真是SIMULINK的最早功能，后来在SIMULINK 的基础上叉开发了数字信号处理、通信系统、电力系统、模糊控制等数 10 种模型库，但是 SIMULINK 的窗口界面是其他工具箱共用的平台，在此平台上可以进行控制系统、电力系统、通信系统等各种系统的仿真[11]。 2.2SIMULINK的仿真步骤 利用 SIMULINK环境仿真一个系统的过程基本上可以分为如下几个