Одноквадрантный рубильник

Одноквадрантный прерыватель с управлением от контроллера

Библиотека:
Simscape/Электрические/Полупроводники и преобразователи/Преобразователи

Описание

Одноквадрантный блок прерывателя представляет одноквадрантный управляемый прерыватель для преобразования фиксированного входа постоянного тока в переменный выход постоянного тока.

Топология цепи и квадрант зависят от указанного класса прерывателя.

Рубильник первого квадранта или класса А содержит выключатель питания и диод.

Второй квадрант или прерыватель класса B также содержит выключатель питания и диод.

Для любой топологии коммутатор S может быть полностью управляемым коммутационным устройством (например, IGBT или GTO) или частично управляемым коммутационным устройством (например, тиристором).

Опции для типа коммутационного устройства:

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.

Модель

Существует два варианта модели для блока. Чтобы получить доступ к вариантам модели, в окне модели щелкните правой кнопкой мыши блок. В контекстном меню выберите «Simscape» > «Block choices».

Варианты модели:

Порт управления PS - прерыватель с портом физического сигнала. Этот вариант блока используется по умолчанию.
Электрические порты управления - Chopper с одним положительным и одним отрицательным электрическим консервационным портом. Для управления затворами коммутационного устройства с помощью блоков Simscape™ Electrical™ выберите эту опцию.

Защита

Индуктивная нагрузка может создавать высокий скачок обратного напряжения, когда полупроводниковый прибор внезапно отключает подачу напряжения на нагрузку. Для защиты полупроводникового прибора интегральный защитный диод обеспечивает путь проводимости для обратного тока.

Для включения и конфигурирования блока внутренних защитных диодов для S-коммутационного устройства используйте параметры Diode. В этой таблице показано, как задать параметр Динамика модели (Model dynamics) на основе целей.

Цели		Значение для выбора	Интегральный диод защиты
Не включать защиту.		`None`	Ничего
Включить защиту.	Приоритизируйте скорость моделирования.	`Diode with no dynamics`	Диодный блок
Включить защиту.	Определение приоритета точности модели путем точного указания динамики заряда в обратном режиме.	`Diode with charge dynamics`	Динамическая 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

Сигналы напряжения управления затвором можно подключать к портам затвора коммутационных устройств.

Для модели порта управления PS:
1. Преобразование сигнала управляющего напряжения затвора Simulink ® в физический сигнал с помощью блока преобразователя Simulink-PS.
2. Подключите блок преобразователя Simulink-PS к порту G.
Для модели электрических портов управления:
1. Подключите сигнал электрического напряжения постоянного тока Simscape к порту G +.
2. Подключите электрический отрицательный сигнал постоянного напряжения Simscape к порту G-.

Порты

Вход

развернуть все

`G` - Управление затвором коммутационного устройства
физический сигнал | скаляр

Порт физического сигнала, связанный с клеммами затвора переключающего устройства.

Зависимости

Этот порт активирован только для PS control port выбор блока.

Типы данных: double

Сохранение

развернуть все

`G+` - Положительный вывод управления затвором коммутационного устройства
electrical | скаляр

Порт положительной электрической экономии, связанный с выводом положительного затвора переключающего устройства.

Зависимости

Этот порт активирован только для Electrical control ports выбор блока.

Типы данных: double

`G-` - Отрицательный вывод управления затвором коммутационного устройства
electrical | скаляр

Отрицательный электрический порт сохранения, связанный с отрицательным выводом затвора переключающего устройства.

Зависимости

Этот порт активирован только для Electrical control ports выбор блока.

Типы данных: double

`1+` - Положительное напряжение постоянного тока 1
electrical | скаляр

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

Типы данных: double

`1-` - Отрицательное напряжение постоянного тока 1
electrical | скаляр

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

Типы данных: double

`2+` - Положительное напряжение постоянного тока 2
electrical | скаляр

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

Типы данных: double

`2-` - Отрицательное напряжение постоянного тока 2
electrical | скаляр

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

Коммутационное устройство
Тип вертолета - Выбрать `Class A - first quadrant` или `Class B - second quadrant`.
Коммутационное устройство - Выбрать `Ideal Semiconductor Switch`, `GTO`, `IGBT`, `MOSFET`, `Thyristor`, или `Averaged Switch`.
Идеальный полупроводниковый коммутатор	GTO	IGBT	МОП-транзистор	Тиристор	Усредненный коммутатор
Сопротивление в состоянии on-state	Прямое напряжение	Прямое напряжение	Сток-исток на сопротивлении	Прямое напряжение	Сопротивление в состоянии on-state
Проводимость вне состояния	Сопротивление в состоянии on-state	Сопротивление в состоянии on-state	Проводимость вне состояния	Сопротивление в состоянии on-state
Пороговое напряжение	Проводимость вне состояния	Проводимость вне состояния	Пороговое напряжение	Проводимость вне состояния
	Напряжение срабатывания затвора, Vgt	Пороговое напряжение		Напряжение срабатывания затвора, Vgt
	Напряжение отключения затвора, Vgt_off			Напряжение отключения затвора, Vgt_off
	Удерживающий ток			Удерживающий ток

`Chopper type` - Класс рубильника
`Class A - first quadrant` (по умолчанию) | `Class B - second quadrant`

Класс рубильника.

`Switching device` - Тип переключателя
`Ideal Semiconductor Switch` (по умолчанию) | `GTO` | `IGBT` | `MOSFET` | `Thyristor` | `Averaged Switch`

Тип переключающего устройства для преобразователя.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

`Forward voltage` - Напряжение
`0.8` `Ohm` (по умолчанию) | скаляр

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.

`On-state resistance` - Сопротивление
`0.001` `Ohm` (по умолчанию) | скаляр

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.

`Drain-source on resistance` - Сопротивление
`0.001` `Ohm` (по умолчанию) | скаляр

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

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

`Off-state conductance` - Проводимость
`1e-5` `1/Ohm` (по умолчанию) | скаляр

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.

`Threshold voltage` - Порог напряжения
`6` `V` (по умолчанию) | скаляр

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.

`Gate trigger voltage, Vgt` - Порог напряжения
`1` `V` (по умолчанию) | скаляр

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

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

`Gate turn-off voltage, Vgt_off` - Порог напряжения
`-1` `V` (по умолчанию) | скаляр

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

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров коммутационных устройств.

`Holding current` - Текущее пороговое значение
`1` `A` (по умолчанию) | скаляр

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.

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 диодных параметров

Диод
Динамика модели - Выбрать `Diode with no dynamics` или `Diode with charge dynamics`.
Диод без динамики	Диод с динамикой заряда
Прямое напряжение	Прямое напряжение
О сопротивлении	О сопротивлении
Выключенная проводимость	Выключенная проводимость
	Емкость перехода
	Пиковый обратный ток, iRM
	Начальный прямой ток при измерении iRM
	Скорость изменения тока при измерении iRM
	Обратная параметризация времени восстановления - Выбрать `Specify stretch factor`, `Specify reverse recovery time directly`, или `Specify reverse recovery charge`.
	Задать коэффициент растяжения	Укажите время обратного восстановления напрямую	Укажите обратный сбор за восстановление
	Коэффициент растяжения времени обратного восстановления	Обратное время восстановления, trr	Обратный сбор за восстановление, Qrr

`Model dynamics` - Диодная модель
`Diode with no dynamics` (по умолчанию) | `Diode with charge dynamics`

Диодный тип. Возможны следующие варианты:

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 параметре Switching Device этот параметр не отображается и Diode with no dynamics автоматически выбирается.

Зависимости

См. таблицу Зависимости диодных параметров.

`Forward voltage` - Напряжение
`0.8` `V` (по умолчанию) | скаляр

Минимальное напряжение, необходимое на положительном и отрицательном портах блока для _1/Ron градиента характеристики I-V диода, где _Ron - значение сопротивления On.

`On resistance` - Сопротивление
`0.001` `Ohm` (по умолчанию) | скаляр

Скорость изменения напряжения по отношению к току выше прямого напряжения.

`Off conductance` - Проводимость
`1e-5` `1/Ohm` (по умолчанию) | скаляр

Проводимость диода с обратным смещением.

`Junction capacitance` - Емкость
`50` `nF` (по умолчанию) | скаляр

Емкость диодного перехода.

Зависимости

См. таблицу Зависимости диодных параметров.

`Peak reverse current, iRM` - Текущий
`-235` `A` (по умолчанию) | скаляр меньше `0`

Пиковый обратный ток, измеренный внешней тестовой схемой.

Зависимости

См. таблицу Зависимости диодных параметров.

`Initial forward current when measuring iRM` - Текущий
`300` `A` (по умолчанию) | скаляр больше `0`

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

Зависимости

См. таблицу Зависимости диодных параметров.

`Rate of change of current when measuring iRM` - Текущая скорость изменения
`-50` `A/us` (по умолчанию) | скаляр

Скорость изменения тока при измерении пикового обратного тока.

Зависимости

См. таблицу Зависимости диодных параметров.

`Reverse recovery time parameterization` - Модель времени восстановления
`Specify stretch factor` (по умолчанию) | `Specify reverse recovery time directly` | `Specify reverse recovery charge`

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 Зависимости диодных параметров.

`Reverse recovery time stretch factor` - Коэффициент растяжения
`3` (по умолчанию) | скаляр больше `1`

Значение, которое блок использует 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 Зависимости диодных параметров.

`Reverse recovery time, trr` - Время
`15` `µs` (по умолчанию) | скаляр

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 Зависимости диодных параметров.

`Reverse recovery charge, Qrr` - Зарядка
`1500` `s*µA` (по умолчанию) | скаляр

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 $- \frac{^{}_{}}{}$ i2RM2a,

где:

_iRM - значение, указанное для пикового обратного тока, iRM.
a - значение, заданное для скорости изменения тока при измерении iRM.

Зависимости

См. таблицу Зависимости диодных параметров.

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

Демпферы
Snubber - Выбрать `None` или `RC Snubber`.
Ничего	RC Snubber
	Сопротивление Snubber
	Емкость Snubber

`Snubber` - Модель Snubber
`None` (по умолчанию) | `RC snubber`

Сруббер коммутационного устройства.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров Snubbers.

`Snubber resistance` - Сопротивление
`0.1` `Ohm` (по умолчанию) | скаляр

Сопротивление подкачки коммутационного устройства.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров Snubbers.

`Snubber capacitance` - Емкость
`1e-7` (по умолчанию) | `F` | скаляр

Емкость снубера коммутационного устройства.

Зависимости

См. таблицу Зависимости параметров Snubbers.

Примеры модели

Одноквадрантный блок управления прерывателем

Управляйте одноквадрантным вертолетом. Подсистема управления реализует простой алгоритм управления на основе PI для управления выходным током.

Ссылки

[1] Тжинадловски, А. М. Введение в современную силовую электронику. 2-й ред. 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

Прерыватель средней стоимости | Четырехквадрантный рубильник | Двухквадрантный прерыватель

Представлен в R2018b

Документация

Одноквадрантный рубильник

Описание

Модель

Защита

Управление затвором

Порты

Вход

G - Управление затвором коммутационного устройства физический сигнал | скаляр

Зависимости

Сохранение

G+ - Положительный вывод управления затвором коммутационного устройства electrical | скаляр

Зависимости

G- - Отрицательный вывод управления затвором коммутационного устройства electrical | скаляр

Зависимости

1+ - Положительное напряжение постоянного тока 1 electrical | скаляр

1- - Отрицательное напряжение постоянного тока 1 electrical | скаляр

2+ - Положительное напряжение постоянного тока 2 electrical | скаляр

2- - Отрицательное напряжение постоянного тока 2 electrical | скаляр

Параметры

Коммутационные устройства

Chopper type - Класс рубильника Class A - first quadrant (по умолчанию) | Class B - second quadrant

Switching device - Тип переключателя Ideal Semiconductor Switch (по умолчанию) | GTO | IGBT | MOSFET | Thyristor | Averaged Switch

Зависимости

Forward voltage - Напряжение 0.8 Ohm (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

On-state resistance - Сопротивление 0.001 Ohm (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Drain-source on resistance - Сопротивление 0.001 Ohm (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Off-state conductance - Проводимость 1e-5 1/Ohm (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Threshold voltage - Порог напряжения 6 V (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Gate trigger voltage, Vgt - Порог напряжения 1 V (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Gate turn-off voltage, Vgt_off - Порог напряжения -1 V (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Holding current - Текущее пороговое значение 1 A (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Диод

Model dynamics - Диодная модель Diode with no dynamics (по умолчанию) | Diode with charge dynamics

Зависимости

Forward voltage - Напряжение 0.8 V (по умолчанию) | скаляр

On resistance - Сопротивление 0.001 Ohm (по умолчанию) | скаляр

Off conductance - Проводимость 1e-5 1/Ohm (по умолчанию) | скаляр

Junction capacitance - Емкость 50 nF (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Peak reverse current, iRM - Текущий -235 A (по умолчанию) | скаляр меньше 0

Зависимости

Initial forward current when measuring iRM - Текущий 300 A (по умолчанию) | скаляр больше 0

Зависимости

Rate of change of current when measuring iRM - Текущая скорость изменения -50 A/us (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Reverse recovery time parameterization - Модель времени восстановления Specify stretch factor (по умолчанию) | Specify reverse recovery time directly | Specify reverse recovery charge

Зависимости

Reverse recovery time stretch factor - Коэффициент растяжения 3 (по умолчанию) | скаляр больше 1

Зависимости

Reverse recovery time, trr - Время 15 µs (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Reverse recovery charge, Qrr - Зарядка 1500 s*µA (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Демпферы

Snubber - Модель Snubber None (по умолчанию) | RC snubber

Зависимости

Snubber resistance - Сопротивление 0.1 Ohm (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Snubber capacitance - Емкость 1e-7 (по умолчанию) | F | скаляр

Зависимости

Примеры модели

Одноквадрантный блок управления прерывателем

Ссылки

Расширенные возможности

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

См. также

Документация Simscape Electrical

Поддержка

`G` - Управление затвором коммутационного устройства
физический сигнал | скаляр

`G+` - Положительный вывод управления затвором коммутационного устройства
electrical | скаляр

`G-` - Отрицательный вывод управления затвором коммутационного устройства
electrical | скаляр

`1+` - Положительное напряжение постоянного тока 1
electrical | скаляр

`1-` - Отрицательное напряжение постоянного тока 1
electrical | скаляр

`2+` - Положительное напряжение постоянного тока 2
electrical | скаляр

`2-` - Отрицательное напряжение постоянного тока 2
electrical | скаляр

`Chopper type` - Класс рубильника
`Class A - first quadrant` (по умолчанию) | `Class B - second quadrant`

`Switching device` - Тип переключателя
`Ideal Semiconductor Switch` (по умолчанию) | `GTO` | `IGBT` | `MOSFET` | `Thyristor` | `Averaged Switch`

`Forward voltage` - Напряжение
`0.8` `Ohm` (по умолчанию) | скаляр

`On-state resistance` - Сопротивление
`0.001` `Ohm` (по умолчанию) | скаляр

`Drain-source on resistance` - Сопротивление
`0.001` `Ohm` (по умолчанию) | скаляр

`Off-state conductance` - Проводимость
`1e-5` `1/Ohm` (по умолчанию) | скаляр

`Threshold voltage` - Порог напряжения
`6` `V` (по умолчанию) | скаляр

`Gate trigger voltage, Vgt` - Порог напряжения
`1` `V` (по умолчанию) | скаляр

`Gate turn-off voltage, Vgt_off` - Порог напряжения
`-1` `V` (по умолчанию) | скаляр

`Holding current` - Текущее пороговое значение
`1` `A` (по умолчанию) | скаляр

`Model dynamics` - Диодная модель
`Diode with no dynamics` (по умолчанию) | `Diode with charge dynamics`

`Forward voltage` - Напряжение
`0.8` `V` (по умолчанию) | скаляр

`On resistance` - Сопротивление
`0.001` `Ohm` (по умолчанию) | скаляр

`Off conductance` - Проводимость
`1e-5` `1/Ohm` (по умолчанию) | скаляр

`Junction capacitance` - Емкость
`50` `nF` (по умолчанию) | скаляр

`Peak reverse current, iRM` - Текущий
`-235` `A` (по умолчанию) | скаляр меньше `0`

`Initial forward current when measuring iRM` - Текущий
`300` `A` (по умолчанию) | скаляр больше `0`

`Rate of change of current when measuring iRM` - Текущая скорость изменения
`-50` `A/us` (по умолчанию) | скаляр

`Reverse recovery time parameterization` - Модель времени восстановления
`Specify stretch factor` (по умолчанию) | `Specify reverse recovery time directly` | `Specify reverse recovery charge`

`Reverse recovery time stretch factor` - Коэффициент растяжения
`3` (по умолчанию) | скаляр больше `1`

`Reverse recovery time, trr` - Время
`15` `µs` (по умолчанию) | скаляр

`Reverse recovery charge, Qrr` - Зарядка
`1500` `s*µA` (по умолчанию) | скаляр

`Snubber` - Модель Snubber
`None` (по умолчанию) | `RC snubber`

`Snubber resistance` - Сопротивление
`0.1` `Ohm` (по умолчанию) | скаляр

`Snubber capacitance` - Емкость
`1e-7` (по умолчанию) | `F` | скаляр

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