Exponenta Banner
exponenta event banner

Четырехквадрантный рубильник

Четырехквадрантный прерыватель постоянного тока с приводом от контроллера

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Электрические/Полупроводники и преобразователи/Преобразователи

  • Four-Quadrant Chopper block

Описание

Четырехквадрантный блок прерывателя представляет четырехквадрантный управляемый прерыватель для преобразования фиксированного входа постоянного тока в переменный выход постоянного тока. Блок содержит два плеча моста. Каждое плечо моста имеет по два переключающих устройства. Варианты типа коммутационных устройств:

  • GTO - тиристор отключения затвора. Для получения информации о характеристике I-V устройства см. GTO.

  • Идеальный полупроводниковый переключатель - информацию о характеристиках I-V устройства см. в разделе Идеальный полупроводниковый переключатель.

  • IGBT - биполярный транзистор с изолированным затвором. Для получения информации о характеристике I-V устройства см. IGBT (Ideal, Switching).

  • МОП - N-канальный металл-оксидно-полупроводниковый полевой транзистор. Для получения информации о характеристике I-V устройства см. MOSFET (Ideal, Switching).

  • Тиристор - сведения о характеристике I-V устройства см. в разделе Тиристор (кусочно-линейный).

  • Усредненный коммутатор.

На рисунках показана эквивалентная схема и работа блока.

Защита

Блок содержит встроенный защитный диод для каждого переключающего устройства. Интегральный диод защищает полупроводниковый прибор, обеспечивая путь проводимости для обратного тока. Индуктивная нагрузка может создавать высокий скачок обратного напряжения, когда полупроводниковый прибор внезапно отключает подачу напряжения на нагрузку.

Для конфигурирования блока внутреннего защитного диода используйте параметры Diode. В этой таблице показано, как задать параметр Динамика модели (Model dynamics) на основе целей.

ЦелиЗначение для выбораИнтегральный диод защиты
Приоритизируйте скорость моделирования.Diode with no dynamicsДиодный блок
Определение приоритета точности модели путем точного указания динамики заряда в обратном режиме.Diode with charge dynamicsДинамическая модель диодного блока

Для каждого переключающего устройства можно также включить схему привязки. Цепи сруббера содержат последовательно соединенные резистор и конденсатор. Они защищают переключающие устройства от высокого напряжения, которое создают индуктивные нагрузки, когда устройство отключает подачу напряжения на нагрузку. Схемы Snubber также предотвращают чрезмерные скорости изменения тока при включении переключающего устройства.

Для включения и конфигурирования схемы snubber для каждого коммутационного устройства используйте параметры Snubbers.

Управление затвором

Для подключения сигналов управляющего напряжения затвора Simulink ® к портам затвора внутренних коммутационных устройств:

  1. Преобразуйте каждый сигнал напряжения с помощью блока преобразователя Simulink-PS.

  2. Мультиплексирование преобразованных вентильных сигналов в один вектор с использованием блока четырехимпульсного вентильного мультиплексора.

  3. Подключите векторный сигнал к порту G.

Порты

Сохранение

развернуть все

Электрический консервационный порт, связанный с клеммами затвора переключающих устройств.

Типы данных: double

Электрический консервационный порт, связанный с положительным выводом первого постоянного напряжения.

Типы данных: double

Электрический консервационный порт, связанный с отрицательным выводом первого постоянного напряжения.

Типы данных: double

Электрический консервационный порт, связанный с положительным выводом второго постоянного напряжения.

Типы данных: double

Порт экономии электроэнергии, связанный с отрицательным выводом второго постоянного напряжения.

Типы данных: double

Параметры

развернуть все

Коммутационные устройства

В этой таблице показано, как видимость параметров коммутационных устройств зависит от выбранного коммутационного устройства. Сведения о прочтении таблицы см. в разделе Зависимости параметров.

Зависимости параметров коммутационных устройств

Параметры и опции
Коммутационное устройство
Ideal Semiconductor SwitchGTOIGBTMOSFETThyristorAveraged Switch
Сопротивление в состоянии on-stateПрямое напряжениеПрямое напряжениеСток-исток на сопротивленииПрямое напряжениеСопротивление в состоянии on-state
Проводимость вне состоянияСопротивление в состоянии on-stateСопротивление в состоянии on-stateПроводимость вне состоянияСопротивление в состоянии on-state
Пороговое напряжениеПроводимость вне состоянияПроводимость вне состоянияПороговое напряжениеПроводимость вне состояния
Напряжение срабатывания затвора, VgtПороговое напряжениеНапряжение срабатывания затвора, Vgt
Напряжение отключения затвора, Vgt_offНапряжение отключения затвора, Vgt_off
Удерживающий токУдерживающий ток

Тип переключающего устройства для преобразователя.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Для различных типов коммутационных устройств напряжение прямого направления принимается как:

  • GTO - минимальное напряжение, необходимое для 1/Ron градиента I-V характеристики устройства, где Ron - значение сопротивления On-state

  • IGBT - минимальное напряжение, необходимое на портах коллектора и блока эмиттера для 1/Ron градиента диодной I-V характеристики, где Ron - значение сопротивления On-state

  • Тиристор - минимальное напряжение, необходимое для включения устройства

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Для различных типов коммутационных устройств сопротивление On-state принимается как:

  • GTO - Скорость изменения напряжения на ток выше прямого напряжения

  • Идеальный полупроводниковый переключатель - Анодно-катодное сопротивление при включенном приборе

  • IGBT - Сопротивление коллектора-эмиттера при включенном устройстве

  • Тиристор - Анодно-катодное сопротивление при включенном устройстве

  • Усредненный переключатель - Анодно-катодное сопротивление при включенном устройстве

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Сопротивление между стоком и истоком, которое также зависит от напряжения между затвором и истоком.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Проводимость при отключении прибора. Значение должно быть меньше 1/R, где R - значение сопротивления On-state.

Для различных типов коммутационных устройств сопротивление On-state принимается как:

  • GTO - Анодно-катодная проводимость

  • Идеальный полупроводниковый переключатель - Анодно-катодная проводимость

  • IGBT - Проводимость коллектора-эмиттера

  • МОП-транзистор - проводимость источника стока

  • Тиристор - Анодно-катодная проводимость

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Порог напряжения затвора. Устройство включается, когда напряжение затвора превышает это значение. Для различных типов переключающих устройств напряжение устройства представляет интерес:

  • Идеальный полупроводниковый переключатель - напряжение затвора-эмиттера

  • IGBT - Напряжение затвора-катода

  • MOSFET - Напряжение источника затвора

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Порог напряжения затвора-катода. Устройство включается, когда напряжение между затвором и катодом превышает это значение.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Порог напряжения затвора-катода. Устройство отключается, когда напряжение между затвором и катодом ниже этого значения.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Порог тока затвора. Устройство остается включенным, когда ток выше этого значения, даже когда напряжение затвора-катода падает ниже напряжения триггера затвора.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

Защитный диод

Видимость параметров диода зависит от того, как настраиваются параметры параметризации модели диода защиты и обратного времени восстановления. Сведения о прочтении этой таблицы см. в разделе Зависимости параметров.

Зависимости параметров диода защиты

Параметры и опции
Динамика модели
НичегоДиод без динамикиДиод с динамикой заряда
Прямое напряжениеПрямое напряжение
О сопротивленииО сопротивлении
Выключенная проводимостьВыключенная проводимость
Емкость перехода
Пиковый обратный ток, iRM
Начальный прямой ток при измерении iRM
Скорость изменения тока при измерении iRM
Обратная параметризация времени восстановления
Specify stretch factorSpecify reverse recovery time directlySpecify reverse recovery charge
Коэффициент растяжения времени обратного восстановленияОбратное время восстановления, trrОбратный сбор за восстановление, Qrr

Диодный тип. Возможны следующие варианты:

  • None.

  • Diode with no dynamics - Выберите этот параметр для определения приоритета скорости моделирования с помощью диодного блока.

  • Diode with charge dynamics - Выберите эту опцию для определения приоритета точности модели с точки зрения динамики заряда в обратном режиме с использованием модели коммутации диодного блока.

Примечание

При выборе Averaged Switch для параметра Switching Device в настройке Switching Devices этот параметр не отображается и Diode with no dynamics автоматически выбирается.

Зависимости

См. таблицу зависимостей параметров защитного диода.

Минимальное напряжение, необходимое на положительном и отрицательном портах блока для 1/Ron градиента характеристики I-V диода, где Ron - значение сопротивления On.

Скорость изменения напряжения по отношению к току выше прямого напряжения.

Проводимость диода с обратным смещением.

Емкость диодного перехода.

Зависимости

См. таблицу зависимостей параметров защитного диода.

Пиковый обратный ток, измеренный внешней тестовой схемой.

Зависимости

См. таблицу зависимостей параметров защитного диода.

Начальный прямой ток при измерении пикового обратного тока. Это значение должно быть больше нуля.

Зависимости

См. таблицу зависимостей параметров защитного диода.

Скорость изменения тока при измерении пикового обратного тока.

Зависимости

См. таблицу зависимостей параметров защитного диода.

Модель для параметризации времени восстановления. При выборе Specify stretch factor или Specify reverse recovery charge, можно указать значение, которое блок использует для получения времени обратного восстановления. Дополнительные сведения об этих параметрах см. в разделе Как блок вычисляет TM и Tau.

Зависимости

См. таблицу зависимостей параметров защитного диода.

Значение, используемое блоком для вычисления времени обратного восстановления, trr. Определение коэффициента растяжения является более простым способом параметризации времени обратного восстановления, чем задание обратного заряда восстановления. Чем больше значение коэффициента растяжения, тем дольше рассеивается обратный восстановительный ток.

Зависимости

См. таблицу зависимостей параметров защитного диода.

Интервал между временем, когда ток первоначально переходит в ноль (когда диод выключается), и временем, когда ток падает до менее чем 10 процентов пикового обратного тока.

Значение параметра Reverse recovery time, trr должно быть больше, чем значение параметра Peak reverse current, iRM деленное на значение параметра Rate of change of current при измерении параметра iRM.

Зависимости

См. таблицу зависимостей параметров защитного диода.

Значение, которое блок использует для вычисления времени обратного восстановления, trr. Используйте этот параметр, если в спецификации для диодного устройства указано значение обратного заряда восстановления вместо значения обратного времени восстановления.

Обратный восстановительный заряд - это суммарный заряд, который продолжает рассеиваться при отключении диода. Значение должно быть меньше − i2RM2a,

где:

  • iRM - значение, указанное для пикового обратного тока, iRM.

  • a - значение, заданное для скорости изменения тока при измерении iRM.

Зависимости

См. таблицу зависимостей параметров защитного диода.

Демпферы

Вкладка Параметры привязки (Snubbers parameters) не отображается, если для параметра Переключающее устройство (Switching device) установлено значение Averaged Switch.

Таблица суммирует зависимости параметров Snubbers. Сведения о прочтении таблицы см. в разделе Зависимости параметров.

Зависимости параметров Snubbers

Зависимости параметров Snubbers
Демпфер
NoneRC Snubber
Сопротивление Snubber
Емкость Snubber

Сруббер коммутационного устройства.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров Snubbers.

Сопротивление подкачки коммутационного устройства.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров Snubbers.

Емкость снубера коммутационного устройства.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров Snubbers.

Примеры модели

DC Motor Control

Управление двигателем постоянного тока

Каскадная структура управления скоростью двигателя постоянного тока. Для питания двигателя постоянного тока используется четырехквадрантный рубильник, управляемый ШИМ. Подсистема управления включает внешний контур управления скоростью, внутренний контур управления током и генерацию ШИМ. Общее время моделирования (t) составляет 4 секунды. При t = 1,5 секунды увеличивается момент нагрузки. При t = 2,5 секунды опорная скорость изменяется с 1000 об/мин на 2000 об/мин.

Four-Quadrant Chopper Control

Четырехквадрантный блок управления прерывателем

Управляйте четырехквадрантным вертолетом. Подсистема управления реализует простой алгоритм управления на основе PI для управления выходным током. В моделировании используются как положительные, так и отрицательные привязки. Общее время моделирования (t) составляет 1 секунду. При t = 0,5 секунды полярность источника Е постоянного тока нагрузки изменяется.

HESM Torque Control

Управление крутящим моментом HESM

Управление крутящим моментом в гибридной синхронной машине (HESM) на основе электротяги. Постоянные магниты и обмотка возбуждения возбуждают HESM. Высоковольтная батарея питает ПЛ через управляемый трехфазный преобразователь для обмоток статора и через управляемый четырехквадрантный прерыватель для обмотки ротора. Идеальный источник угловой скорости обеспечивает нагрузку. Подсистема управления использует подход с разомкнутым контуром для управления крутящим моментом и подход с замкнутым контуром для управления током. В каждый момент времени выборки запрос крутящего момента преобразуется в соответствующие текущие ссылки. Текущий элемент управления основан на PI. При моделировании используется несколько этапов крутящего момента как в двигателе, так и в генераторе. Подсистема визуализации содержит области, которые позволяют просматривать результаты моделирования.

HESM Velocity Control

Управление скоростью HESM

Управление угловой скоростью ротора в электротяговом приводе на базе гибридной синхронной машины возбуждения (HESM). Постоянные магниты и обмотка возбуждения возбуждают HESM. Высоковольтная батарея питает HESM через управляемый трехфазный преобразователь для обмоток статора и через управляемый четырехквадрантный прерыватель для обмотки ротора. Идеальный источник крутящего момента обеспечивает нагрузку. Подсистема управления включает многоскоростную структуру каскадного управления на основе PI. Управляющая структура имеет внешний контур регулирования угловой скорости и три внутренних контура регулирования тока. Подсистема визуализации содержит области, которые позволяют просматривать результаты моделирования.

SM Torque Control

Управление крутящим моментом ПЛ

Управление крутящим моментом в электроприводе на базе синхронной машины (SM). Высоковольтная батарея питает ПЛ через управляемый трехфазный преобразователь для обмоток статора и управляемый четырехквадрантный прерыватель для обмотки ротора. Идеальный источник угловой скорости обеспечивает нагрузку. Подсистема управления использует подход с разомкнутым контуром для управления крутящим моментом и подход с замкнутым контуром для управления током. В каждый момент времени выборки запрос крутящего момента преобразуется в соответствующие текущие ссылки. Текущий элемент управления основан на PI. В моделировании используется несколько этапов крутящего момента как в двигателе, так и в генераторе. Планирование задач реализуется как конечный автомат Stateflow ®. Подсистема визуализации содержит области, которые позволяют просматривать результаты моделирования.

SM Velocity Control

Управление скоростью SM

Управление угловой скоростью ротора в электротяговом приводе на базе синхронной машины (ПЛ). Высоковольтная батарея питает ПЛ через управляемый трехфазный преобразователь для обмоток статора и управляемый четырехквадрантный прерыватель для обмотки ротора. Идеальный источник крутящего момента обеспечивает нагрузку. Подсистема управления включает в себя многоскоростную каскадную структуру управления на основе PI, которая имеет внешний контур управления угловой скоростью и три внутренних контура управления током. Планирование задач в подсистеме управления реализуется как конечный автомат Stateflow ®. Подсистема визуализации содержит области, которые позволяют просматривать результаты моделирования.

Single-Phase Inverter Current Control

Управление током однофазного инвертора

Управление током в однофазной инверторной системе. Однофазный инвертор использует усредненные переключатели, питаемые модулированными колебаниями. Этот пример подходит для оценки в реальном времени на выделенном эмуляторе в реальном времени.

Ссылки

[1] Тжинадловски, А. М. Введение в современную силовую электронику, 2-е издание. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons Inc., 2010.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

.

См. также

| | |

Представлен в R2018a

Документация Simscape Electrical

Поддержка