電力電子晶閘管參數的選擇
電力電子晶閘管參數的選擇【1】
摘 要：就可控硅勵磁設備和電機車(chē)上可控硅應用情況，在不同的場(chǎng)合、線(xiàn)路和負載的狀態(tài)下，對可控硅的重要參數的選擇進(jìn)行了論證，以使設備運行更良好，使用壽命更長(cháng)。
關(guān)鍵詞：可控硅;參數;選擇
電力電子晶閘管亦即過(guò)去國內稱(chēng)為可控硅，國外簡(jiǎn)稱(chēng)為SCR元件，是硅整流裝置中最主要的器件，它的參數選擇是否合理直接影響著(zhù)設備運動(dòng)性能。
合理地選用可控硅可提高運行的可靠性和使用壽命，保證生產(chǎn)和降低設備檢修成本費用。
本文就樂(lè )山冶金機械軋輥廠(chǎng)使用較多的磁選和電機車(chē)設備選用晶閘管有關(guān)電參數作出論述。
在一般情況下，裝置生產(chǎn)廠(chǎng)圖紙提供的可控硅的參數最主要兩項：即額定電流(A)和額定電壓(V)，使用部門(mén)提出的器件參數要求也只是這兩項，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，在一般情況下也是可以的。
但是從提高設備運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)可根據設備的特點(diǎn)對可控硅的某一些參數也作一些挑選。
根據可控硅的靜態(tài)特性，對可控硅器件參數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(mén)極無(wú)信號，控制電流Ig為0時(shí)，在陽(yáng)(A)一一陰(K)極之間加(J2)處于反向偏置，所以，器件呈高阻抗狀態(tài)，稱(chēng)為正向阻斷狀態(tài)，若增大UAK而達到一定值VBO，可控硅由阻斷突然轉為導通，這個(gè)VBO值稱(chēng)為正向轉折電壓，這種導通是非正常導通，會(huì )減短器件的壽命。
所以必須選擇足夠正向重復阻斷峰值電壓(VDRM)。
在陽(yáng)一一陰極之間加上反向電壓時(shí)，器件的第一和第三PN結(J1和J3)處于反向偏置，呈阻斷狀態(tài)。
當加大反向電壓達到一定值VRB時(shí)可控硅的反向從阻斷突然轉變?yōu)閷顟B(tài)，此時(shí)是反向擊穿，器件會(huì )被損壞。
而且VBO和VRB值隨電壓的重復施加而變小。
在感性負載的情況下，如磁選設備的整流裝置。
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(如電機車(chē))中工作時(shí)，必須能夠以電源頻率重復地經(jīng)受一定的過(guò)電壓而不影響其工作，所以正反向峰值電壓參數VDRM、VRRM應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 )出現的浪涌電壓因素，在選擇代用參數的時(shí)候,只能向高一檔的參數選取。
2 選擇額定工作電流參數
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℃和規定冷卻條件，器件在阻性負載的單相工頻正弦半波，導通角不少于l70℃的電路中，當穩定的額定結溫時(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。
可控硅在多數的情況也不可能在170℃導通角上工作，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，一般應為其正常電流平均值的1.5-2.0倍。
3 選擇門(mén)極(控制級)參數
可控硅門(mén)極施加控制信號使它由阻斷變成導通需經(jīng)歷一段時(shí)間，這段時(shí)問(wèn)稱(chēng)開(kāi)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(mén)極電流脈沖前沿的某一規定起(比如門(mén)極電流上升到終值的90%時(shí)起)到通態(tài)陽(yáng)極電流IA達到終值的10%那瞬為止的時(shí)間隔，tr是陽(yáng)極電流從l0%上升到90%所經(jīng)歷的時(shí)間。
可見(jiàn)開(kāi)通時(shí)間tgt與可控硅門(mén)極的可觸發(fā)電壓、電流有關(guān)，與可控硅結溫，開(kāi)通前陽(yáng)極電壓、開(kāi)通后陽(yáng)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)可達幾十甚至幾百μs以上(陽(yáng)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)，應盡量選擇門(mén)極觸發(fā)特征接近的可控硅用在同一設備上，特別是用在同一臂的串或并聯(lián)位置上。
這樣可以提高設備運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)運行時(shí)將引起正向電壓無(wú)法平均分配，使tgt較長(cháng)的可控硅管受損，并聯(lián)運行時(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通的設備中，如電機調速等，可選擇門(mén)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)以保證不出現誤導通，在觸發(fā)脈沖功率強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)不通而出現缺相運行。
以上所述說(shuō)明在某些情況下應對VGT和IGT參數進(jìn)行選擇。
(以上舉例對500A的可控硅參考參數)
4 選擇關(guān)斷時(shí)間(tg)
可控硅在陽(yáng)極電流減少為0以后，如果馬上就加上正向陽(yáng)極電壓，即使無(wú)門(mén)極信號，它也會(huì )再次導通，假如在再次加上正向陽(yáng)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 )誤導通，這說(shuō)明可控硅關(guān)斷后需要一定的時(shí)間恢復其阻斷能力。
從電流過(guò)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，由反向恢復時(shí)間t和門(mén)極恢復時(shí)間t構成，普通可控硅的tg約150-200μs，通常能滿(mǎn)足一般工頻下變流器的使用，但在大感性負載的情況下可作一些選擇。
在中頻逆轉應用，如中頻裝置、電機車(chē)斬波器，變頻調速等情況中使用，一定要對關(guān)斷時(shí)間參數作選擇，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，其工作頻率可達幾百至lKHZ，即電機車(chē)的變頻頻率。
5 選擇電壓上升率(dμ/dt)和電流上升率(di/dt)
當可控硅在阻斷狀態(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(guò)一定值，器件就會(huì )轉為導通，這是PN結的電容引起充電，起到了觸發(fā)作用，式使可控硅誤導通。
不同規格的可控硅都規定了不同的dμ/dt值，選用時(shí)應加以注意，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。
電機車(chē)工作頻率在幾百HZ以?xún)冗x用KK或KPK晶閘管應選用dμ/dt200-1000V/μs之間。
當門(mén)極加入觸發(fā)脈沖后，可控硅首先在門(mén)極附近的小區域內導通.再逐漸擴大，直至全部結面導通，因此如在剛導通時(shí)陽(yáng)極電流上升太快，即可能使PN結的局部燒壞。
所以對可控硅的電流上升率應作一定的選擇，器件通態(tài)電流上升率(di/dt)應能滿(mǎn)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di/dt在50A/μs以下就可以滿(mǎn)足使用;在變頻條件下.如電機車(chē)di/dt必須在100A/μs以上。
當陽(yáng)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，除了應使設備避免在這種狀態(tài)下運行外，對可控硅的dμ/dt和di/dt同時(shí)也要選擇使用，選高一點(diǎn)參數的使用，另外開(kāi)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
當可控硅門(mén)極觸發(fā)而導通，若陽(yáng)極電流IA尚未達到掣住電流IL值時(shí)，觸發(fā)脈沖一旦消失，可控硅便又恢復阻斷狀態(tài)，若IA>IL，雖去掉門(mén)極脈沖信號，仍維持可控硅導通。
對如磁選裝置等的電感性負載應加以注意。
負載電流(亦即陽(yáng)極電流)增長(cháng)的快慢對于門(mén)極脈沖消失后可控硅是否能繼續導通很重要，如圖(1)所示：負載電流增長(cháng)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(cháng)慢，脈沖消失時(shí)IA 在保證可控硅可靠觸發(fā)并維持導通方面，據了解，有些半導體材料生產(chǎn)廠(chǎng)引人了日本的線(xiàn)路技術(shù);“寬脈沖列觸發(fā)線(xiàn)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通，對可控硅的維持電流參數可以不作要求。
據了解該電路還有穩壓或穩流或穩電流密度運行的選擇，有限定電流運行性能及過(guò)流封鎖保護，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(guò)溫和失壓等開(kāi)關(guān)信號的封鎖保護接口，大大提高了設備使用的可靠性使用壽命，廣東大寶山鐵礦等的磁選機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的時(shí)候應根據不同的場(chǎng)合，線(xiàn)路和負載的狀態(tài)而對一些特定的參數多給予選擇的考慮，方可使設備運行更良好，更可靠和壽命更長(cháng)。
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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用【2】
摘要：“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)過(guò)程中，電力仿真軟件發(fā)揮著(zhù)重要的作用。
仿真軟件的類(lèi)型與特點(diǎn)直接決定著(zhù)其適用場(chǎng)合、仿真速度、仿真精度以及逼近實(shí)際的程度等。
在不同場(chǎng)合下，合理選擇相應的電力仿真軟件將可實(shí)現更好的仿真效果。
通過(guò)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)仿真中的選擇依據及應用情況。
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(zhuān)業(yè)非常重要的必修課。
隨著(zhù)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(lèi)本科教學(xué)中的地位和作用越來(lái)越突出。
然而，該課程涉及的內容較多且復雜，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(guò)數字仿真實(shí)現電力電子電路的分析、設計、調試等，直觀(guān)的仿真結果給學(xué)生帶來(lái)了濃厚的學(xué)習興趣，并為將來(lái)的電路設計、科學(xué)研究打下一定的基礎，因為小到本科學(xué)習中的基本實(shí)驗、畢業(yè)設計，大到科研中的課題研究、設備裝置的開(kāi)發(fā)，通常都要通過(guò)仿真結果提供實(shí)驗參數的參考依據。
然而，面臨眾多電力仿真軟件，如何根據實(shí)際情況進(jìn)行合理的選擇成為另一難題。
本文將通過(guò)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。
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)計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(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)系統建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。
其中，電力系統Power System工具箱包含的模組側重電力系統方面的建模仿真，而電力電子元件模組則是專(zhuān)門(mén)針對電力電子電路的仿真設計的。
PSIM是針對電力電子領(lǐng)域以及電機控制領(lǐng)域的仿真應用包軟件。
它具有仿真高速、用戶(hù)界面友好、波形解析等功能，為電力電子電路的解析、控制系統設計、電機驅動(dòng)研究等有效提供強有力的仿真環(huán)境。
PSpice軟件具有強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，模擬計算電路。
它不僅可以用于電路分析和優(yōu)化設計，還可與印制版設計軟件配合使用，實(shí)現電子設計自動(dòng)化，并且適用于“電力電子技術(shù)”課程的計算機輔助教學(xué)。
PSCAD可以較為簡(jiǎn)單地模擬復雜電力系統，包括直流輸電系統和其相關(guān)的控制系統，并能夠顯著(zhù)地提高電力系統電磁暫態(tài)模擬研究的效率。
它還可通過(guò)聯(lián)合使用實(shí)時(shí)數字模擬器RTDS硬件來(lái)開(kāi)發(fā)模擬器，用以模擬包含高壓直流輸電系統的大型互聯(lián)電力系統。
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)際仿真應用情況，其特點(diǎn)如下：
1.圖形界面友好，操作簡(jiǎn)單易用
通過(guò)拖曳相應的功能模塊，按照電氣聯(lián)結關(guān)系進(jìn)行連接，操作過(guò)程非常簡(jiǎn)單，而且緊密結合“電力電子技術(shù)”的內容，只要具備基本的計算機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(lèi)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、設置元件參數、電氣連接元件、設定仿真步長(cháng)和仿真時(shí)間等參數、運行仿真操作、觀(guān)察各點(diǎn)波形結果、分析仿真數據等，使用過(guò)程大致相同。
3.節省時(shí)間和儀器設備
進(jìn)行實(shí)際電路設計之前，先采用這些軟件進(jìn)行設計分析，可以隨意設置電路參數、更換電路元件，并在軟件中反復調試、“實(shí)驗”，簡(jiǎn)化實(shí)際電路操作中的一些步驟，大大縮減電路設計人員的設計周期;通過(guò)采用軟件中的功能元件還可省去一些測量?jì)x器的使用，并能夠避免實(shí)際電路實(shí)驗中的元器件消耗，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(zhù)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、光伏發(fā)電等模型，滿(mǎn)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(hù)在不斷完善。
三、常用電力仿真軟件選擇與應用
綜合分析上述幾種電力仿真軟件的特點(diǎn)，結合多年來(lái)在“電力電子技術(shù)”教學(xué)中的仿真應用實(shí)踐，總結了幾點(diǎn)區別，以期提供選擇和應用合適軟件的依據。
1.元件模型及參數設置
這四種軟件的元件模型不盡相同，特別是對于一些較為復雜的元件，諸如變壓器、晶閘管等，其仿真過(guò)程中的暫態(tài)變化曲線(xiàn)并不一致。
而且，其參數設置也不盡相同，MATLAB/Simulink里的元件參數設置較為細致全面，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有詳細的設置，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)響應過(guò)程，比如變壓器的磁飽和特性、晶閘管的強制關(guān)斷過(guò)程、狀態(tài)切換的暫態(tài)響應等。
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沒(méi)有嚴格的要求，或者說(shuō)主要用于仿真電力電子電路的穩態(tài)響應過(guò)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)現電氣連接，搭建電路的過(guò)程相對復雜。
而其他幾種軟件的連接方式較為簡(jiǎn)單，通常元件都可實(shí)現電氣連接，當然，這就需要用戶(hù)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、數據文件處理、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節的操作不同。
特別指出的是，鑒于MATLAB在數據處理方面的強大功能，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、橫縱坐標難設置等)，用戶(hù)可采用其他軟件進(jìn)行仿真工作，最后生成數據文件之后再將該數據文件導入MATLAB進(jìn)行數據處理，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、速度和準確度
仿真精度與仿真步長(cháng)有直接的關(guān)系，各軟件的步長(cháng)設置定義不盡相同，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)較為認可的仿真軟件之一。
從仿真速度來(lái)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，當然，這也跟用戶(hù)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、傳統同步機發(fā)電源的電網(wǎng)系統中，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。
當然，這就增加了建立數學(xué)模型的過(guò)程，讀者可根據實(shí)際情況選擇。
另外，對于仿真確定的參數雖然可以提供實(shí)際電路參數的依據，但與實(shí)際電路參數之間還是有一定的差距，還需要綜合分析比較計算數據、仿真數據和現場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)定，當然最終還需要實(shí)驗來(lái)驗證，但這畢竟大大減小了實(shí)驗的風(fēng)險和不確定性。
4.復合功能和應用領(lǐng)域
Simulink 依托于MATLAB，能夠利用MATLAB強大的數據處理功能并結合其他的功能函數等進(jìn)行電力電子電路的仿真，復合功能相對豐富，應用領(lǐng)域也更寬廣，而且易于實(shí)現與其他設備、軟件的銜接。
比如RTLAB仿真系統就將實(shí)際功率設備通過(guò)MATLAB進(jìn)行銜接控制，實(shí)現實(shí)時(shí)仿真。
PSIM仿真系統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(hù)提供高開(kāi)發(fā)效率的仿真環(huán)境。
例如，在電機驅動(dòng)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，控制部分用MATLAB/Simulink實(shí)現，主回路部分以及其周邊回路用PSIM實(shí)現，電機部分用電磁界解析軟件JMAG實(shí)現，由此進(jìn)行連成解析，實(shí)現更高精度的全面仿真系統。
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(xiàn)性分析，用變節步長(cháng)的隱式積分法進(jìn)行瞬態(tài)分析，在求解線(xiàn)性代數方程組時(shí)采用了稀疏矩陣技術(shù)，大大提高了仿真結果的準確性。
PSCAD則適用于富含電力電子電路的復雜電力系統，包括現今發(fā)展迅速的高壓直流輸電系統及其相關(guān)控制系統、含有各種分布式能源的大型互聯(lián)電力系統等等。
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(lái)說(shuō)，搭建實(shí)際電力電子電路實(shí)驗容易帶來(lái)一些問(wèn)題，如觸發(fā)脈沖不合適帶來(lái)的功率器件上下直通現象、功率器件耐壓耐流參數選擇不合適等都會(huì )帶來(lái)器件的損壞、系統的崩潰。
通過(guò)采用仿真軟件仿真可以事先發(fā)現這些問(wèn)題，及時(shí)解決。
從另一方面說(shuō)，學(xué)生亦可借助電力仿真軟件進(jìn)行故障模擬，直觀(guān)地觀(guān)察波形變化情況，注意出現的問(wèn)題，強化認識，比如可以人為設置IGBT等功率器件的直通現象、耐壓參數、擊穿電流等，通過(guò)觀(guān)察各點(diǎn)波形變化情況，達到教學(xué)與實(shí)踐結合的效果。
這種故障模擬和器件性能測試方面的仿真通常通過(guò)MATLAB/Simulink實(shí)現，能夠達到較好的仿真觀(guān)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，可以先介紹簡(jiǎn)單易操作的軟件，如PSIM、PSCAD等，結合各種軟件的特點(diǎn)與適用范圍，針對不同的仿真對象和問(wèn)題進(jìn)行適當的選擇，也可以多種軟件結合使用，效果更佳。
四、結語(yǔ)
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、精度及準確度。
本文通過(guò)詳細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，結合教學(xué)仿真中的一些實(shí)際問(wèn)題與使用操作，給出了它們具體應用的選擇依據。
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電力諧波晶閘管控制電抗器【3】
摘 要：隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)水平和人民生活水平的提高，非線(xiàn)性用電設備在電網(wǎng)中大量投運，造成了電網(wǎng)的諧波分量占的比重越來(lái)越大。
它不僅增加了電網(wǎng)的供電損耗，而且干擾電網(wǎng)的保護裝置與自動(dòng)化裝置的正常運行，造成了這些裝置的誤動(dòng)與拒動(dòng)，直接威脅電網(wǎng)的安全運行。
舉個(gè)常見(jiàn)的例子來(lái)說(shuō)，電子節能燈在使用量所占比重較小的電網(wǎng)中運行，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(cháng)。
關(guān)鍵詞：電力 諧波 晶閘
一、逆變器交流驅動(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(kāi)關(guān)器件常采用IGBT或MOSF、ET等全控型器件，該類(lèi)器件的開(kāi)關(guān)動(dòng)作需要靠獨立的驅動(dòng)電路來(lái)實(shí)現，并要求驅動(dòng)電路的供電電源彼此隔離(如單相橋式逆變主電路需3組獨立電源，三相橋式逆變主電路需4組獨立電源)，這無(wú)疑增加輔助電源的設計困難和成本，同時(shí)也使驅動(dòng)電路變得復雜，降低了逆變器的可靠性。
采用如EXB840等專(zhuān)用厚膜集成驅動(dòng)電路芯片雖然可以簡(jiǎn)化驅動(dòng)電路的設計，但每個(gè)驅動(dòng)芯片仍需要一個(gè)隔離的供電電源，且每個(gè)芯片僅可驅動(dòng)一個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件，應用仍有不便。
而美國國際整流器公司生產(chǎn)的專(zhuān)用驅動(dòng)芯片IR2132只需1個(gè)供電電源即可驅動(dòng)三相橋式逆變電路的6個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件，可以使整個(gè)驅動(dòng)電路變得簡(jiǎn)單可靠。
雖然晶閘管控制直流驅動(dòng)器仍然占據了很大的市場(chǎng)份額，大額定功率組的重點(diǎn)已轉向使用逆變器和感應電機。
這種趨勢已經(jīng)幫助了可控晶閘管開(kāi)關(guān)器件的大幅增加。
基本三相逆變橋通常用于交流電機控制的半導體，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(lèi)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)現直流鏈接。
多級解決方案實(shí)現了降低諧波含量，從而進(jìn)一步說(shuō)明，5級逆變器的三相輸出電壓的頻譜是與標準的兩電平的情況不同的。
電平輸出波形就不一樣。
下面所述的多級結構已被確定：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(guò)移相變壓器的電壓波形的相位移次級繞組實(shí)現的。
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，其主要區別在于消除了變壓器的相移，即它是直接連接到交流側。
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(xiàn)。
逆變器供電交流傳動(dòng);所述的多級鉗位二極管轉換器。
這種替代實(shí)現了多級串聯(lián)或開(kāi)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(kāi)關(guān)與總線(xiàn)電容并聯(lián)，并且必須是始終連接到正或負的電容器的節點(diǎn)兩端。
在這種替代開(kāi)關(guān)情況下，電容器單元是孤立的。
因此，這種內在的開(kāi)關(guān)或電容現在作為外雙設備切換;鏈條電路轉換器。
此配置包含獨立控制的單元，然后它可以被組裝形成三相轉換器。
它提供了模塊化和易于擴展的特性;直流電壓回灌方案不同于以往的多級配置，其中所有的交換機構成主轉換過(guò)程的一部分。
二、鋸齒波頻率
在我們日常生活中，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(wú)線(xiàn)電通信，測量，自動(dòng)化控制等技術(shù)領(lǐng)域廣泛地應用著(zhù)各種類(lèi)型的信號發(fā)生器此外，如在示波器、電視機等儀器中，為了使電子按照一定規律運動(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(guān)察到被測信號波形，要求在水平偏轉板加上隨時(shí)間作線(xiàn)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。
而電視機中顯像管熒光屏上的光點(diǎn)，是靠磁場(chǎng)變化進(jìn)行偏轉的，所以需要要用鋸齒波電流來(lái)控制。
因此鋸齒波發(fā)生器是我們在學(xué)習，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(xiàn)性函數變化，這是顯而易見(jiàn)。
常用電子儀器或設備(如示波器、電視機等)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的交流電壓轉換為幅值穩定的直流電壓(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倍的倍數正弦波的頻率，從而允許生成對稱(chēng)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(guò)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(zhù)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(chēng)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(kāi)關(guān)。
諧波電壓按照載波頻率的倍數發(fā)生。
此外，相位的波形具有這樣的對稱(chēng)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)現基波電壓所需的線(xiàn)性變化振幅與頻率，能夠減少諧波轉矩的效果，或最小化電機內諧波功率損耗。
一般來(lái)說(shuō)，在任何基本開(kāi)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，所引起的電機功率損耗也在電動(dòng)機中的諧波指定范圍內。
在任何基本頻率，出現這種情況是因為總諧波均方根電壓不能改變。
這個(gè)移動(dòng)的影響電機的性能需要來(lái)確定，但是在積分濾波器特性電機應更有效地減少諧波電流。
多步轉換器，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，并且可以被設計成各種形式。
在所示的情況下各個(gè)橋梁周?chē)兴闹C波次數。
靜止無(wú)功補償器。
采用可控硅控制的電抗器又稱(chēng)靜態(tài)無(wú)功補償器，在高壓輸電系統中和一些工業(yè)廠(chǎng)房像電弧爐一樣是常見(jiàn)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，功率因數改善，相位平衡和電力系統的穩定性。
一個(gè)典型的三相電路連接成三角形。
電流中的三個(gè)線(xiàn)圈，通過(guò)延遲相對于它們的相應的電壓，因為電阻效果并不顯著(zhù)。
積分電路時(shí)一種應用比較廣泛的模擬信號運算電路，它是組成模擬計算機的基本單元，可以實(shí)現對微分方程的模擬。
同時(shí)，積分電路也是控制和測量系統中常用的重要單元，利用其充放電過(guò)程可以實(shí)現延時(shí)、定時(shí)以及各種波形的產(chǎn)生。
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