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電力電子技術PLECS仿真實踐教程 版權信息
- ISBN：9787030751942
- 條形碼：9787030751942 ; 978-7-03-075194-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
電力電子技術PLECS仿真實踐教程 內容簡介
本書綜合了多門專業基礎課和專業課的知識點，具有非常強的理論性和工程實踐性。本書共分為7章，主要內容包括電力電子技術仿真概述、PLECS仿真概述、PLECS電路仿真基礎、整流電路及其仿真、逆變電路及其仿真、直流-直流變換電路及其仿真、交流-交流變換電路及其仿真等。本書力爭做到針對高等教育的特點，突出理論聯系實際，著重強調應用能力。通過實例及講解，使讀者掌握電力電子技術的相關知識及PLECS的仿真方法。
電力電子技術PLECS仿真實踐教程 目錄
目錄
第1章 PLECS仿真軟件概述 1
1.1 典型電力電子技術仿真軟件簡介 1
1.2 PLECS仿真軟件安裝 2
1.3 PLECS仿真環境 5
1.3.1 PLECS歡迎界面 5
1.3.2 仿真模型編輯器 6
1.3.3 元件庫瀏覽器 11
1.4 PLECS常用元件庫 13
1.4.1 System（系統）元件庫 13
1.4.2 Control（控制）元件庫 14
1.4.3 Electrical（電氣）元件庫 15
1.5 PLECS的配置 18
1.5.1 常規設置 18
1.5.2 示波器顏色設置 19
第2章 PLECS仿真基礎 20
2.1 PLECS仿真基本流程 20
2.1.1 新建電路仿真模型文件 20
2.1.2 拖放元件并調整元件位置和方向 21
2.1.3 連接仿真電路 23
2.1.4 設置元件參數 23
2.1.5 添加檢測與顯示元件 24
2.1.6 電路接地連接 26
2.1.7 修改、隱藏元件名稱 27
2.1.8 設置仿真參數 28
2.1.9 仿真運行 28
2.1.10 原理圖輸出 29
2.2 創建子系統和系統模型封裝 30
2.2.1 建立子系統 31
2.2.2 子系統封裝 34
2.3 仿真參數設置 37
2.3.1 Solve（求解器）參數設置 38
2.3.2 Options（選項）參數設置 40
2.3.3 Diagnostics（診斷）參數設置 41
2.3.4 Initialization（初始化）參數設置 43
第3章 PLECS示波器 44
3.1 PLECS示波器簡介 44
3.1.1 菜單欄 44
3.1.2 工具條 45
3.1.3 顯示區 46
3.2 PLECS示波器基本操作 46
3.2.1 添加波形曲線名稱及坐標軸標簽 47
3.2.2 波形縮放及切換顯示 47
3.2.3 波形顯示 50
3.2.4 波形輸出 52
3.3 示波器數值測量分析 54
3.3.1 數據區基本操作 54
3.3.2 數值測量 56
3.3.3 數據分析 57
第4章 整流電路仿真實驗 58
4.1 單相半波可控整流電路仿真實驗 58
4.1.1 電阻負載建模仿真 59
4.1.2 阻感負載建模仿真 64
4.1.3 阻感負載加續流二極管建模仿真 66
4.2 單相橋式全控整流電路仿真實驗 71
4.2.1 電阻負載建模仿真 72
4.2.2 阻感負載建模仿真 77
4.2.3 帶反電動勢負載建模仿真 81
4.3 三相半波可控整流電路仿真實驗 86
4.3.1 電阻負載建模仿真 87
4.3.2 阻感負載建模仿真 92
4.4 三相橋式全控整流電路仿真實驗 96
4.4.1 電阻負載建模仿真 96
4.4.2 阻感負載建模仿真 102
第5章 直流-直流變換電路仿真實驗 106
5.1 Buck變換器仿真實驗 106
5.2 Boost變換器仿真實驗 112
5.3 Buck-boost變換器仿真實驗 118
5.4 Cuk變換器仿真實驗 124
5.5 Sepic變換器仿真實驗 131
第6章 交流-交流變換電路仿真實驗 135
6.1 單相交流調壓電路仿真實驗 135
6.1.1 電阻負載建模仿真 136
6.1.2 阻感負載建模仿真 140
6.2 三相交流調壓電路仿真實驗 143
第7章 逆變電路仿真實驗 151
7.1 有源逆變電路仿真實驗 151
7.1.1 單相橋式全控有源逆變電路建模仿真 152
7.1.2 三相半波有源逆變電路建模仿真 155
7.1.3 三相橋式有源逆變電路建模仿真 161
7.2 無源逆變電路建模仿真實驗 165
7.2.1 單相電壓型半橋逆變電路建模仿真 165
7.2.2 單相電壓型全橋逆變電路建模仿真 169
7.2.3 三相電壓型全橋逆變電路建模仿真 171
7.3 單相SPWM控制逆變電路仿真實驗 175
7.3.1 單相單極性電壓型橋式SPWM逆變電路建模仿真 176
7.3.2 單相雙極性電壓型橋式SPWM逆變電路建模仿真 179
7.3.3 三相電壓型橋式SPWM逆變電路建模仿真 184
參考文獻 188
第1章 PLECS仿真軟件概述 1
1.1 典型電力電子技術仿真軟件簡介 1
1.2 PLECS仿真軟件安裝 2
1.3 PLECS仿真環境 5
1.3.1 PLECS歡迎界面 5
1.3.2 仿真模型編輯器 6
1.3.3 元件庫瀏覽器 11
1.4 PLECS常用元件庫 13
1.4.1 System（系統）元件庫 13
1.4.2 Control（控制）元件庫 14
1.4.3 Electrical（電氣）元件庫 15
1.5 PLECS的配置 18
1.5.1 常規設置 18
1.5.2 示波器顏色設置 19
第2章 PLECS仿真基礎 20
2.1 PLECS仿真基本流程 20
2.1.1 新建電路仿真模型文件 20
2.1.2 拖放元件并調整元件位置和方向 21
2.1.3 連接仿真電路 23
2.1.4 設置元件參數 23
2.1.5 添加檢測與顯示元件 24
2.1.6 電路接地連接 26
2.1.7 修改、隱藏元件名稱 27
2.1.8 設置仿真參數 28
2.1.9 仿真運行 28
2.1.10 原理圖輸出 29
2.2 創建子系統和系統模型封裝 30
2.2.1 建立子系統 31
2.2.2 子系統封裝 34
2.3 仿真參數設置 37
2.3.1 Solve（求解器）參數設置 38
2.3.2 Options（選項）參數設置 40
2.3.3 Diagnostics（診斷）參數設置 41
2.3.4 Initialization（初始化）參數設置 43
第3章 PLECS示波器 44
3.1 PLECS示波器簡介 44
3.1.1 菜單欄 44
3.1.2 工具條 45
3.1.3 顯示區 46
3.2 PLECS示波器基本操作 46
3.2.1 添加波形曲線名稱及坐標軸標簽 47
3.2.2 波形縮放及切換顯示 47
3.2.3 波形顯示 50
3.2.4 波形輸出 52
3.3 示波器數值測量分析 54
3.3.1 數據區基本操作 54
3.3.2 數值測量 56
3.3.3 數據分析 57
第4章 整流電路仿真實驗 58
4.1 單相半波可控整流電路仿真實驗 58
4.1.1 電阻負載建模仿真 59
4.1.2 阻感負載建模仿真 64
4.1.3 阻感負載加續流二極管建模仿真 66
4.2 單相橋式全控整流電路仿真實驗 71
4.2.1 電阻負載建模仿真 72
4.2.2 阻感負載建模仿真 77
4.2.3 帶反電動勢負載建模仿真 81
4.3 三相半波可控整流電路仿真實驗 86
4.3.1 電阻負載建模仿真 87
4.3.2 阻感負載建模仿真 92
4.4 三相橋式全控整流電路仿真實驗 96
4.4.1 電阻負載建模仿真 96
4.4.2 阻感負載建模仿真 102
第5章 直流-直流變換電路仿真實驗 106
5.1 Buck變換器仿真實驗 106
5.2 Boost變換器仿真實驗 112
5.3 Buck-boost變換器仿真實驗 118
5.4 Cuk變換器仿真實驗 124
5.5 Sepic變換器仿真實驗 131
第6章 交流-交流變換電路仿真實驗 135
6.1 單相交流調壓電路仿真實驗 135
6.1.1 電阻負載建模仿真 136
6.1.2 阻感負載建模仿真 140
6.2 三相交流調壓電路仿真實驗 143
第7章 逆變電路仿真實驗 151
7.1 有源逆變電路仿真實驗 151
7.1.1 單相橋式全控有源逆變電路建模仿真 152
7.1.2 三相半波有源逆變電路建模仿真 155
7.1.3 三相橋式有源逆變電路建模仿真 161
7.2 無源逆變電路建模仿真實驗 165
7.2.1 單相電壓型半橋逆變電路建模仿真 165
7.2.2 單相電壓型全橋逆變電路建模仿真 169
7.2.3 三相電壓型全橋逆變電路建模仿真 171
7.3 單相SPWM控制逆變電路仿真實驗 175
7.3.1 單相單極性電壓型橋式SPWM逆變電路建模仿真 176
7.3.2 單相雙極性電壓型橋式SPWM逆變電路建模仿真 179
7.3.3 三相電壓型橋式SPWM逆變電路建模仿真 184
參考文獻 188
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電力電子技術PLECS仿真實踐教程 節選
第1章 PLECS仿真軟件概述 1.1 典型電力電子技術仿真軟件簡介 電力電子技術是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術。“電力電子技術”以“高等數學”“電路原理”“模擬電子技術”等課程為基礎，同時也是“自動控制原理”“電機與拖動”等專業課程的前置基礎課，具有很強的實用性和綜合性，是電氣工程領域理論和實踐相結合的專業核心課程之一。電力電子技術教學質量的好壞，將直接影響后續課程的學習。電力電子技術實驗教學在加深學生對基本概念、基本理論和基本方法的理解等方面非常有必要，而傳統電力電子實驗教學受場地、器材、時間等諸多因素的影響，難以讓學生達到基本的實驗目標。隨著計算機仿真技術的發展，電力電子技術仿真軟件大大簡化了電力電子電路及系統的設計和分析過程，已成為學生學習“電力電子技術”課程的重要手段。 當前電力電子技術常用仿真軟件有PSpice、Saber、PSIM、MATLAB/Simulink、PLECS等，每款軟件各具特色。 PSpice屬于元件級仿真軟件，模型采用Spice通用語言編寫，移植性強，非常適合信息電子電路仿真。現在使用較多的是 PSpice 16.0，工作于 Windows 環境，占用硬盤空間60MB左右，整個軟件由原理圖編輯、電路仿真、激勵編輯、元器件庫編輯、波形圖等幾個部分組成，使用時是一個整體。PSpice的電路元件模型反映實際型號元件的特性，通過對電路方程運算求解，能夠仿真電路的細節，特別適合于對電力電子電路中開關暫態過程的描述，但不適用于大功率器件；采用變步長算法，導致計算時間的延長；仿真的收斂性較差。 Saber被譽為全球*先進的系統仿真軟件，也是唯一的多技術、多領域的系統仿真軟件，現已成為混合信號、混合技術設計和驗證工具的業界標準，可用于電子、電力電子、機電一體化、機械、光電、光學、控制等不同類型系統構成的混合系統仿真，這也是Saber的*大特點。Saber是混合仿真系統，可以兼容模擬、數學、控制量的混合仿真，便于在不同層面分析和解決問題，其他仿真軟件不具備這樣的功能。Saber仿真的真實性很好，從仿真電路到實際電路實現，參數基本不用修改。缺點是操作較復雜，占用系統資源較多，環路掃頻耗時太長（以幾十分鐘計）。 PSIM是專門用于電力電子及電機控制領域的專業化仿真工具。PSIM具有快速的仿真功能和友好的用戶界面等優點。PSIM和其他仿真軟件的*重要的差異是仿真速度快，環路掃頻速度快（較復雜的需幾分鐘），原理圖仿真基本都能收斂。設計者可完全根據所掌握的主電路、控制方法等仿真知識直接進行設計。缺點是波形和數據的分析能力偏弱，不夠精確和細致。 MATLAB/Simulink軟件具有豐富的控制功能，同時提供了SimPowerSystems工具箱，構建仿真系統較靈活，廣泛應用于電力電子技術仿真教學中。但SimPowerSystems仿真工具箱存在：難以仿真電力電子器件開關動態過程；對電機系統的聯合仿真優化程度不足，難以仿真電機系統中的瞬變過程；受限于計算機的計算速度，過短的計算步長將導致計算機分配給MATLAB軟件的存儲空間溢出，過長的計算步長難以模擬電力電子變換器的過渡過程等問題。 PLECS（Piecewise Linear Electrical Circuit Simulation）是由瑞士Plexim GmbH公司開發的，是一款電路和控制相結合的，專門用于電力電子的系統級仿真軟件，尤其適用于電力電子和傳動系統，被譽為“專業的系統級電力電子電路仿真軟件”，非常適用于電力電子的仿真實驗教學。PLECS具有豐富的元件庫、極快的仿真速度、功能強大的示波器和波形分析工具、C語言控制器、能自動生成C代碼等特點，遵循由上而下的設計理念，從電源、變流器到負載，應用于電力電子領域的各個方向，不管是工業領域中的開發者還是學術研究者，PLECS都能夠加速其對電氣系統的設計和分析，例如，PLECS承擔了英飛凌科技公司的半導體器件的熱模型設計工作。美國ABB GE（中國）研究中心石油天然氣部門、西門子（中國）研究院高壓變頻實驗室、GE醫療、中國科學院物理研究所、中國鐵道科學研究院、中國長江電力股份有限公司等，以及中國清華大學電機系、浙江大學電氣工程學院、合肥工業大學能源研究所、華中科技大學、武漢科技大學、南京工業大學、中國礦業大學信息與控制工程學院等都在使用PLECS。 PLECS有PLECS Blockset（嵌入版）和PLECS Standalone（獨立版）兩個版本。嵌入版使用Simulink解算器作為其解算器，需要配合MATLAB的Simulink使用，這相當于為Simulink增加了PLECS的工具包，在使用Simulink進行仿真時，可以調用PLECS的元器件庫進行主電路搭建，而控制部分仍然使用Simulink中提供的控制模塊，大大加快了Simulink的仿真速度。獨立版脫離MATLAB/Simulink，具有控制元件庫和電路元件庫，使用GNU Octave作為其數值引擎，采用優化的解析方法，作為一個完整且獨立的軟件運行，系統控制部分可以在PLECS獨立版中直接快速仿真，大大降低了投資和維護成本。與PLECS嵌入版工具箱相比，PLECS獨立版電路仿真模型編輯器保持了易于使用的人性化界面的簡約風格。 本書主要基于PLECS獨立版進行仿真。 1.2 PLECS仿真軟件安裝 PLECS獨立版可運行于Microsoft Windows 32-bit、Microsoft Windows 64-bit、Mac/Intel 64-bit和Linux/Intel 64-bit環境下。 Plexim GmbH提供了PLECS的免費試用版，可從瑞士Plexim GmbH 公司的網站上下載4種版本的安裝文件，如圖1-1所示。PLECS仿真軟件可免費使用90天。 登錄Plexim官網，下載*新版的PLECS獨立版軟件。下載后啟動安裝程序，按照安裝界面提示逐步進行安裝即可，以PLECS Blockset 3.6.1（64bit）為例，在Windows10操作系統下的具體安裝過程如下。 （1）雙擊安裝程序后出現圖1-2所示的安裝開始界面。 （2）單擊圖1-2中“Next”按鈕，出現如圖1-3所示用戶許可協議界面。 （3）選擇圖1-3中“I accept the terms in the License Agrecment”復選框，然后單擊圖1-3中“Next”按鈕，出現如圖1-4所示安裝用戶選擇界面。 （4）按需求選擇當前用戶或所有用戶，再單擊“Next”按鈕，出現如圖1-5所示安裝路徑選擇界面。 （5）單擊圖1-5中“Change”按鈕，選擇自定義安裝路徑，也可以默認安裝路徑。然后單擊“Next”按鈕，出現如圖1-6所示界面。 （6）單擊圖1-6中“Install”按鈕，程序開始安裝，安裝結束后出現如圖1-7所示運行安裝向導界面。 （7）等待安裝完成，單擊“Next”按鈕。PLECS安裝目錄必須添加到MATLAB路徑中，PLECS將引導完成后續操作，按引導一直單擊“Next”按鈕，直到安裝結束，再單擊“Finish”按鈕，結束安裝。 1.3 PLECS仿真環境 1.3.1 PLECS歡迎界面 雙擊桌面圖標，運行PLECS，出現如圖1-8所示歡迎界面，左側是“Library Browser（元件庫瀏覽器）”，右側是PLECS的歡迎界面，歡迎界面中有三個區域，分別是“Open Recent（打開近期的模型）”、“Create（創建新模型）”和“Browse（瀏覽）”。 “Open Recent（打開近期的模型）”區域顯示了*近使用的電路仿真模型。“Browse（瀏覽）”區域為PLECS的幫助瀏覽器，單擊任意一項均可打開“PLECS Help View”窗口。“Create（創建新模型）”區域為新建仿真模型，單擊后將進入仿真模型編輯器窗口。 1.3.2 仿真模型編輯器 選擇圖1-8所示歡迎菜單中“Create→New model”選項，打開仿真模型編輯器窗口，也可以在元件庫瀏覽窗口選擇“File→New model”選項來打開仿真模型編輯器窗口，如圖1-9所示。仿真模型編輯器是進行仿真模型編輯的主要窗口，包括菜單欄和仿真模型編輯區域。用鼠標拖動PLECS仿真模型編輯器主界面邊緣可以調整PLECS仿真模型編輯區域，放大或者縮小到合適的大小。
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