Exponenta Banner

Four-Quadrant Chopper

Управляемый контроллером четыре квадранта DC-DC chopper

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Электрический/Полупроводники и конвертеры/Конвертеры

  • Four-Quadrant Chopper block

Описание

Блок Four-Quadrant Chopper представляет управляемый измельчитель с четырьмя квадрантами для преобразования постоянного входа в выходной выход постоянного тока с переменной. Блок содержит два мостовых рычага. Каждый мостовой рычаг имеет два переключающих устройства. Опции для типа коммутационных устройств:

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

  • Идеальный полупроводниковый переключатель - Для получения информации о характеристике I-V устройства смотрите Ideal Semiconductor Switch.

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

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

  • Тиристор - Информацию о характеристике I-V устройства см. в Thyristor (Piecewise Linear).

  • Среднее значение параметра Switch.

Рисунки показывают эквивалентную схему и операцию для блока.

Защита

Блок содержит интегральный диод защиты для каждого коммутационного устройства. Интегральный диод защищает полупроводниковое устройство путем обеспечения пути проводимости для обратного тока. Индуктивная нагрузка может создавать высокий всплеск обратного напряжения, когда полупроводниковое устройство внезапно отключает подачу напряжения на нагрузку.

Чтобы сконфигурировать блок диода внутренней защиты, используйте параметры Diode. В этой таблице показано, как задать параметр Model dynamics на основе ваших целей.

ЦелиЗначение, которое нужно выбратьИнтегральный диод защиты
Приоритезируйте скорость симуляции.Diode with no dynamicsБлок Diode
Приоритизируйте верность модели путем точного определения динамики заряда в обратном режиме.Diode with charge dynamicsДинамическая модель блока Diode

Для каждого коммутационного устройства можно также включать разомкнутую схему. Цепи Snubber содержат последовательно соединенные резистор и конденсатор. Они защищают переключающие устройства от высоких напряжений, которые индуктивные нагрузки создают, когда устройство отключает подачу напряжения на нагрузку. Цепи Snubber также предотвращают чрезмерные скорости изменения тока при включении коммутационного устройства.

Чтобы включить и сконфигурировать сглаживающую схему для каждого коммутационного устройства, используйте параметры Snubbers.

Управление ключами

Подключение Simulink® сигналы напряжения управления затвором к портам затвора внутренних переключающих устройств:

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

  2. Мультиплексируйте преобразованные сигналы управления ключами в один вектор с помощью блока Four-Pulse Gate Multiplexer.

  3. Подключите вектор сигнал к порту G.

Порты

Сохранение

расширить все

Электрический порт сопоставлен с клеммами затвора коммутационных устройств.

Типы данных: double

Электрический порт сопоставлен с положительным контактом первого напряжения постоянного тока.

Типы данных: double

Электрический порт сопоставлен с отрицательным контактом первого напряжения постоянного тока.

Типы данных: double

Электрический порт сопоставлен с положительным контактом второго напряжения постоянного тока.

Типы данных: double

Электрический порт сопоставлен с отрицательным контактом второго напряжения постоянного тока.

Типы данных: double

Параметры

расширить все

Коммутационные устройства

В этой таблице показано, как видимость параметров Switching Devices зависит от Switching device, которую вы выбираете. Чтобы узнать, как считать таблицу, см. «Параметры».

Зависимости параметров устройств коммутации

Параметры и опции
Коммутационное устройство
Ideal Semiconductor SwitchGTOIGBTMOSFETThyristorAveraged Switch
Сопротивление в состоянии нахожденияПрямое напряжениеПрямое напряжениеСток-источник сопротивленияПрямое напряжениеСопротивление в состоянии нахождения
Проводимость вне состоянияСопротивление в состоянии нахожденияСопротивление в состоянии нахожденияПроводимость вне состоянияСопротивление в состоянии нахождения
Пороговое напряжениеПроводимость вне состоянияПроводимость вне состоянияПороговое напряжениеПроводимость вне состояния
Напряжение триггера затвора, VgtПороговое напряжениеНапряжение триггера затвора, Vgt
Напряжение выключения затвора, Vgt_offНапряжение выключения затвора, Vgt_off
Удерживающий токУдерживающий ток

Тип коммутационного устройства для конвертера.

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

Для различных типов коммутационных устройств Forward voltage принимается как:

  • GTO - Минимальное напряжение, необходимое для портов анода и блока катода, для градиента характеристики I-V устройства, равного 1/ Ron, где Ron значение On-state resistance

  • IGBT - Минимальное напряжение, требуемое на портах коллектора и блока эмиттера, для градиента характеристики диода I-V, равного 1/ Ron, где Ron значение On-state resistance

  • Тиристор - Минимальное напряжение, необходимое для включения устройства

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

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

  • GTO - Скорость изменения напряжения от тока выше прямого напряжения

  • Идеальный полупроводниковый переключатель - сопротивление анода-катода, когда устройство включено

  • IGBT - Сопротивление коллектора-эмиттера, когда устройство включено

  • Тиристор - сопротивление анода-катода, когда устройство включено

  • Усредненный переключатель - сопротивление анода-катода, когда устройство включено

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

Сопротивление между дренажем и источником, которое также зависит от напряжения от затвора до источника.

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

Проводимость, когда устройство отключено. Значение должно быть меньше 1/ R, где R значение On-state resistance.

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

  • GTO - проводимость анода-катода

  • Идеальный полупроводниковый переключатель - Анодно-катодная проводимость

  • IGBT - Коллекторно-эмиттерная проводимость

  • MOSFET - Проводимость дренажного источника

  • Тиристор - Анодно-катодная проводимость

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

Порог напряжения затвора. Устройство включается, когда напряжение затвора выше этого значения. Для различных типов коммутационных устройств интересующее устройство имеет следующее напряжение:

  • Идеальный полупроводниковый переключатель - Напряжение затвора-излучателя

  • IGBT - напряжение затвора-катода

  • MOSFET - Напряжение затвора-источника

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

Порог напряжения затвора-катода. Устройство включается, когда напряжение затвора-катода выше этого значения.

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

Порог напряжения затвора-катода. Устройство выключается, когда напряжение затвора-катода ниже этого значения.

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

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

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров устройств коммутации.

Диод Защиты

Видимость параметров Diode зависит от того, как вы конфигурируете Model dynamics диода защиты и параметры Reverse recovery time parameterization. Чтобы узнать, как считать эту таблицу, см. «Параметры».

Зависимости параметров диода защиты

Параметры и опции
Динамика модели
НичегоДиод без динамикиДиод с динамикой заряда
Прямое напряжениеПрямое напряжение
На сопротивленииНа сопротивлении
Отключенная проводимостьОтключенная проводимость
Емкость соединения
Пик обратного тока, 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
Обратный коэффициент растяжения времени восстановленияВремя обратного восстановления, trrОбратный сбор за восстановление, Qrr

Тип диода. Опции:

  • None.

  • Diode with no dynamics - Выберите эту опцию, чтобы расставить приоритеты скорости симуляции с помощью блока Diode.

  • Diode with charge dynamics - Выберите эту опцию, чтобы расставить приоритеты точности модели с точки зрения динамики заряда в обратном режиме с помощью коммутационной модели блока Diode.

Примечание

Если вы выбираете Averaged Switch для параметра Switching Device в Switching Devices настройке этот параметр не виден и Diode with no dynamics автоматически выбирается.

Зависимости

См. таблицу Protection Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диода защиты).

Минимальное напряжение, необходимое для портов положительного и отрицательного блоков, чтобы градиент характеристики I-V диода составлял 1/ Ron, где Ron является значением On resistance.

Скорость изменения напряжения от тока выше Forward voltage.

Проводимость реверс-смещенного диода.

Емкость диодного соединения.

Зависимости

См. таблицу Protection Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диода защиты).

Пиковый обратный ток, измеренный внешней тестовой схемой.

Зависимости

См. таблицу Protection Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диода защиты).

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

Зависимости

См. таблицу Protection Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диода защиты).

Скорость изменения тока при измерении пикового обратного тока.

Зависимости

См. таблицу Protection Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диода защиты).

Модель для параметризации времени восстановления. Когда вы выбираете Specify stretch factor или Specify reverse recovery chargeможно задать значение, которое используется блоком для вывода времени обратного восстановления. Для получения дополнительной информации об этих опциях см. Раздел «Как блок вычисляет TM и Tau».

Зависимости

См. таблицу Protection Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диода защиты).

Значение, которое блок использует для вычисления Reverse recovery time, trr. Установка коэффициента растяжения является более простым способом параметризации времени обратного восстановления, чем установка коэффициента обратного восстановления. Чем больше значение коэффициента растяжения, тем больше времени требуется для рассеивания обратного тока восстановления.

Зависимости

См. таблицу Protection Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диода защиты).

Интервал между временем, когда ток первоначально переходит к нулю (когда диод выключается) и временем, когда ток падает до менее чем 10 процентов от пикового противоположного тока.

Значение параметра Reverse recovery time, trr должно быть больше значения параметра Peak reverse current, iRM, разделенного на значение параметра Rate of change of current when measuring iRM.

Зависимости

См. таблицу Protection Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диода защиты).

Значение, которое блок использует для вычисления Reverse recovery time, trr. Используйте этот параметр, если в табличных данных для вашего диодного устройства задано значение для обратной платы за восстановление вместо значения для обратного времени восстановления.

Обратная плата за восстановление - это общая сумма, которая продолжает рассеиваться, когда диод поворачивается. Значение должно быть меньше, чем −i2RM2a,

где:

  • iRM - значение, заданное для Peak reverse current, iRM.

  • a - значение, заданное для Rate of change of current when measuring iRM.

Зависимости

См. таблицу Protection Diode Parameter Dependencies (Зависимости параметров диода защиты).

Демпферы

Вкладка параметров Snubbers не видна, если установить значение Switching device Averaged Switch.

Таблица результирующих зависимостей параметров Snubbers. Чтобы узнать, как считать таблицу, см. «Параметры».

Зависимости параметра Snubbers

Зависимости параметра Snubbers
Демпфер
NoneRC Snubber
Сопротивление Snubber
Демпфирующая емкость

Демпфирующее устройство.

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров Snubbers.

Сопротивление демпфирующего устройства.

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров Snubbers.

Емкость демпфирующего устройства коммутационного устройства.

Зависимости

Смотрите таблицу Зависимости параметров Snubbers.

Примеры моделей

DC Motor Control

Управление двигателем постоянного тока

Структура каскадного регулирования скорости для двигателя постоянного тока. Для питания двигателя постоянного тока используется управляемый ШИМ четырехквадрантный Chopper. Подсистема управления включает внешний контур регулировки скорости, внутренний контур управления током и генерацию ШИМ. Общее время симуляции (t) составляет 4 секунды. На t = 1,5 секунде крутящий момент нагрузки увеличивается. При t = 2,5 секунд задающей скорости изменяется с 1000 об/мин до 2000 об/мин.

Four-Quadrant Chopper Control

Управление обрезкой с четырьмя квадрантами

Управляйте шоппером с четырьмя квадрантами. Подсистема Control реализует простой основанный на ПИ алгоритм управления для управления выхода током. В симуляции используются как положительные, так и отрицательные ссылки. Общее время симуляции (t) составляет 1 секунду. На t = 0,5 секунде полярность источника E постоянного тока нагрузки изменяется.

HESM Torque Control

Управление крутящим моментом HESM

Управляйте крутящим моментом в тяговом приводе с синхронной машиной гибридного возбуждения (HESM). Постоянные магниты и обмотка возбуждения возбуждают HESM. Высоковольтная батарея подает SM через управляемый трехфазный преобразователь для обмоток статора и через управляемый четырехквадрантный измельчитель для обмотки ротора. Идеальный источник скорости вращения обеспечивает нагрузку. Подсистема управления использует разомкнутый подход для управления крутящим моментом и замкнутый подход для управления током. В каждый момент выборки запрос крутящего момента преобразуется в соответствующие ссылки на токи. Текущее управление основано на ПИ. В симуляции используется несколько шагов крутящего момента как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. Подсистема визуализации содержит возможности, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

HESM Velocity Control

Управление скоростью HESM

Управляйте скоростью вращения ротора в тяговом приводе с синхронной машиной гибридного возбуждения (HESM). Постоянные магниты и обмотка возбуждения возбуждают HESM. Высоковольтная батарея питает HESM через управляемый трехфазный преобразователь для обмоток статора и через управляемый четырехквадрантный измельчитель для обмотки ротора. Идеальный источник крутящего момента обеспечивает нагрузку. Подсистема управления включает многоскоростную основанную на ПИ структуру каскадного регулирования. Структура управления имеет внешний цикл управления угловой скоростью и три внутренних контура управления током. Подсистема визуализации содержит возможности, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

SM Torque Control

Управление крутящим моментом SM

Управляйте крутящим моментом в тяговом приводе с синхронной машиной (SM). Высоковольтная батарея подает SM через управляемый трехфазный преобразователь для обмоток статора и управляемый четырехквадрантный измельчитель для обмотки ротора. Идеальный источник скорости вращения обеспечивает нагрузку. Подсистема управления использует разомкнутый подход для управления крутящим моментом и замкнутый подход для управления током. В каждый момент выборки запрос крутящего момента преобразуется в соответствующие ссылки на токи. Текущее управление основано на ПИ. В симуляции используется несколько шагов крутящего момента как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. Планирование задач реализовано как конечный автомат Stateflow ®. Подсистема визуализации содержит возможности, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

SM Velocity Control

Управление скоростью SM

Управляйте скоростью вращения ротора в тяговом приводе с синхронной машиной (SM). Высоковольтная батарея подает SM через управляемый трехфазный преобразователь для обмоток статора и управляемый четырехквадрантный измельчитель для обмотки ротора. Идеальный источник крутящего момента обеспечивает нагрузку. Подсистема управления включает в себя многоскоростную основанную на ПИ структуру каскадного регулирования, которая имеет внешний цикл управления угловой скоростью и тремя внутренними контурами управления током. Планирование задач в Подсистеме управления реализовано как конечный автомат Stateflow ®. Подсистема визуализации содержит возможности, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

Single-Phase Inverter Current Control

Управление током однофазного инвертора

Управляйте током в однофазной инверторной системе. Однофазный инвертор использует усредненные переключатели, питаемые формами сигналов модуляции. Этот пример подходит для оценки в реальном времени на выделенном эмуляторе в реальном времени.

Ссылки

[1] Trzynadlowski, A. M. Введение в современную силовую электронику, 2-е издание. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons Inc., 2010.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

.

См. также

| | |

Введенный в R2018a

Simscape Electrical документация

Поддержка