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1、-毕业设计（论文）-电力电子变流实验的仿真设计与开发-第 57 页目 录前言1第1章 绪论21.1 电力电子技术的发展21.1.1 整流器时代21.1.2 逆变器时代31.1.3 变频器时代31.2 仿真模拟技术的发展31.2.2 仿真技术的特点32.2.3 仿真技术的应用及发展31.3 电力电子仿真模拟实验的意义4第2章 FLASH动画52.1 FLASH动画52.1.1 FLASH动画的优势52.1.2 FLASH动画的构成要素及制作技术62.2 FLASH软件对于本设计的作用7第3章 电力电子变流的基础知识83.1 实验所需的电力电子元件83.1.1 晶闸管83.1.2 触发电路203.
2、1.3 双踪示波器243.1.4 万用表273.2 整流电路的基础知识293.2.1 整流电路293.2.2 逆变电路29第4章 电力电子变流的仿真实验304.1 三相桥式全控整流及有源逆变电路的研究304.1.1 实验目的304.1.2 实验内容304.1.3 实验线路304.1.4 实验方法304.1.5 实验原理314.1.6 仿真实验的设计364.1.7 仿真实验的图示及实验结果374.2 单相桥式全控整流电路的研究384.2.1 实验目的384.2.2 实验线路384.2.3 实验内容384.2.4 实验方法394.2.5 实验原理394.2.6 仿真实验的设计424.2.7 仿真实
3、验的图示及实验结果434.3 三相半波可控整流电路的研究454.3.1 实验目的454.3.2 实验内容454.3.3 实验线路454.3.4 实验方法464.3.5 实验原理464.3.6 注意事项504.3.7 仿真实验的设计504.3.8 仿真实验的图示及实验结果51第5章 设计体会545.1 本仿真实验设计的不足545.2 改进的设想54结束语55谢 辞56参考文献57浙江工业大学浙西分校毕业设计(论文)任务书学生姓名_指导教师_职称_副教授、助教系别_ 信息与电子工程系_ _专业 工自_年级_02_班级 2 课题名称 电力电子变流技术试验的仿真设计与开发 任务与要求：一、 内容摘要1
4、设计内容利用Flash、AutoCAD等软件进行电机实验的仿真设计与开发。2设计要求 作为仿真实验设法要使使用者对之感兴趣，仿真的实验要逼真，设计要有创造性，使此仿真实验具有可参考性。3制作要求 设计结构清晰，易于使用者使用。设计页面、图片、Flash制作精良。二、主要任务1. 分析研究工厂供电仿真试验的研究现状和意义。 仿真平台的选择分析仿真试验的研究现状和意义2工厂电气控制设备基础知识的介绍。 整流电路的基础知识 晶闸管 触发电路 双踪示波器 万用表等电力电子元件的介绍3电力电子变流技术仿真设计与开发系统。单相桥式全控整流电路仿真试验设计三相半波可控整流电路仿真试验设计三相桥式全控整流及有
5、源逆变电路仿真试验设计三、需提交的文档 在完成设计题目后，要编写毕业设计说明书。说明书中（一律打印）的文字部分要求达到条理清楚、层次分明，简单扼要的说明设计方案和知道思想。页数要求在40页以上，格式按学校统一格式。 上交的文档包括纸质文档和电子文档各一份。 任务书 开题报告 文献综述 翻译文章（包括外文原文，请自找一篇英文资料，字数不少于10000个印刷符，并翻译好。要求在五周内完成） 毕业设计（论文）文本（6月10日之前完成）毕业设计论文应包括： 封面 题目 内容摘要（中英文） 关键词 目录 正文及相关内容开始日期_完成日期_教研室主任(签字)_ 年 月 日本任务书一式四份，学生、指导教师、
6、系、教务处各一份。浙江工业大学浙西分校毕业设计（论文）题目： 电力电子变流实验的仿真设计与开发 作者： 系 （部）： 信息与电子工程系 专业班级： 02工自（2）班 指导教师： 职称： 教 2005年 6 月 13 日毕业设计 (论文)开题报告 信 电 系 工业电气自动化 专业 02 级 2 班课题名称： 电力电子变流实验的 仿真设计与开发毕业设计(论文)起止时间：2005年3 月1 日6 月13 日(共17周)学生姓名： 学号：200202010222指导教师： 报告日期： 2005-3-14 1本课题所涉及的问题在国内(外)的研究现状综述 现代电源技术是应用电力电子半导体器件，综合自动控制
7、、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用，是现代电力电子技术的具体应用。 当前，电力电子作为节能、节材、自动化、智能化、机电一体化的基础，正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用，实现高效率和高品质用电相结合。 本课题涉及的是电力电子变流技术的仿真设计与开发的设计。目前，科学技术发展到20世纪末，系统仿真学科已经形成较为完善的体系。仿真技术由于其有效性、可重复操作性、经济性和安全性的特点，日益显出其重要性和广泛应用性。20世纪70年代以后,民用工业中连
8、续过程仿真得到迅速发展，其中发展最快、应用最广的首属电力工业，而电力电子技术已经在电力系统中被广泛地运用了。现代电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。系统仿真就是在模型上进行试验的过程。按照真实系统的物理性
9、质、几何尺寸等构造出系统的物理模型，并在该物理模型上进行试验，称为物理仿真。把数学模型、物理模型，甚至实物联合在一起进行试验，称为数学-物理仿真，又称为半实物仿真。计算机仿真包括三个要素:系统、模型、计算机。联系这三个要素的有三个基本活动:对象数学模型建立、仿真模型建立、仿真试验。其特点是它属于一种可控制的、无破坏性的、耗费小的、并允许多次重复的试验手段。 它以其高效、优质、低廉体现其强大的生命力和潜在的能力。它是迄今为止最有效的经济的综合集成方法，是推动技术进步的战略技术。2查阅课题或与课题相关的国内情况：电力电子在开关电源上的应用：随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活
10、的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电力检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电
11、子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。电力电子技术在电力系统中的应用：电力电子技术在电力系统中的应用在10年前仅限于高压直流电、发电机励磁系统和静止无功补偿器。从现在已实现的电力电子工程观察，在最近10年，灵活交流输电和高压直流输电将提高电力系统的经济性、解决系统控制问题，同时在电力
12、系统的安全可靠上发挥更大的作用。直接的表现将是用电力电子技术提高系统输电容量，增加系统稳定和改善电能质量。3本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 （1）电力电子变流技术如何在仿真设计中制作 （2）相关实验及所需实验器材的选择 （3）Flash技术的电脑模拟实验的制作 （4）仿真开发工具的选择及掌握 （5）实验方案的确定及验证 （6）具体实验的结果分析4开发课题所需的相关技术及理论发展情况 （1）设计所需的基本要求： 掌握各种电力电子器件的工作原理，特性及主要参数 掌握整流电路、直流斩波电路、交流调压、脉宽调制、逆变电路工作原理及设计方法。 掌握电力电子电路主要参数的计算方法。 掌握仿真
13、设计所需开发工具的运用。 （2）设计所涉及的具体内容： 电力电子器件：晶闸管基本结构、主要参数、阳极伏安特性及门极伏安特性、工作原理；可关断晶闸管（GTO）、大功率晶体管GTR、功率MOSFET、IGBT等电力电子器件的特性和特点以及驱动电路、缓冲和保护电路 单相可控整流电路：单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、单相桥式半控整流电路、晶闸管的简易触发电路 三相可控整流电路：三相半波可控整流电路、三相桥式全控整流电路、整流电压的谐波分析、变压器漏抗对整流电路的影响、可控整流电路反电势负载时的工作情况、大功率供电可控整流主电路接线形式及其特点。 有源逆变电路：逆变的概念、三相逆变电路、逆变
14、失败与最小逆变角的限制、逆变工作状态时的直流电动机机械特性、变流装置的功能指标、变流装置的触发电路。 无源逆变电路：换相方式、电压型和电流型逆变电路（单相半桥、全桥、推挽逆变电路、三相逆变电路）、负载换相式逆变电路、逆变电路多重化。 脉宽调制（PWM）型逆变电路：PWM控制的基本原理、PWM型逆变电路的控制方式、SPWM波形的生成方式、PWM型逆变器和变频器的主电路、PWM型逆变电路控制方法的改进。（3）课题的理论发展情况：仿真(Simulation)属于一门基础性学科。仿真就是利用模型进行的一种试验，它可极为有效而经济地用于科研、设计、训练以及系统的试验。仿真技术是以控制理论、相似原理、数模
15、与 计算 技术、信息技术、系统技术及其应用领 域相关专业技术为基础，以计算机和多种专用物理效应设备为工具，借助系统 模型，对实际的或设想的系统进行动态 试验研究的一门新兴综合性技术。其特点是它属于一种可控制的、无破坏性的、耗费小的、并允许多次重复的试验手段。它以其高效、优质、低廉体现其强大的 生命力和潜在的能力。它是迄今为止最有效的经济的综合集成方法，是推动技术进步的战略技术。 5设计(论文)完成进度计划第1、2周：下达设计任务书，布置课题，借阅参考书，完成开题报告。第 3 周：到巨化污水厂、机械制造厂参观实习。第4、5周：电力电子变流技术的基础知识有关内容的考虑。第 6 周：电力电子变流技术
16、的介绍及接线。第 7 周：考虑晶闸管、可控硅、晶体管的应用问题。第8、9周：电力电子元件的基本工作的设计。第 10 周：电力电子变流技术在实践中的研究。第 11 周：电力电子变流技术相关实验的选择与论证。第 12 周：实验方案的选择与论证。第 13 周：仿真实验的处理。第14、15周：用Flash进行模拟实验的制作。第 16 周：有关图纸进行绘制。第 17 周：完成设计说明书，进行答辩准备。6. 完成课题开发设计的基本条件一、参考文献：1 王兆安，黄俊.电力电子变流技术（第三版）.北京：机械工业出版社，19942 赵良炳.现代电力电子技术基础.北京：清华大学出版社，19953 李序葆，赵永健.
17、电力电子器件及其应用.北京：机械工业出版社，19964 丁道宏.电力电子技术.北京：航空工业出版社，19995 石玉，贾书贤，王文郁.电力电子技术题例与电路设计指导.北京：机械工业出版社，19996 张明勋.电力电子设备设计和应用手册.北京：机械工业出版社，19817 刘定建，朱丹霞.实用晶闸管电路大全.上海：同济大学出版社，19968 范翠丽.Flash动画制作技术在科教片中的应用.中国知网. 9 赵贺.电力电子学在电力系统中的应用. 北京：机械工业出版社，199310天一勇，高勇宇.Flash MX动画设计与编程.上海：上海科学技术出版社，1997二、计算机辅助设计条件： 使用AUTO C
18、AD、WORD、EXCEL等计算机辅助软件完成系统图，电路接线图以及波形图，说明书书写以及绘制数据表等相关任务7指导教师审阅意见指导教师(签字)： 年 月 日8教研室主任意见 教研室主任(签字)： 系(签章) 年 月 日说明：1. 本报告必须由承担毕业设计(论文)课题任务的学生在接到“毕业设计(论文)任务书”、正式开始做毕业设计(论文)的第2周或第3周末之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。2.每个毕业设计(论文)课题撰写本报告一份，作为指导教师、教研室主任审查学生能否承担该毕业设计(论文)课题任务的依据，并接受学校的抽查。文献综述现代电源技术是应用电力电子半导体器件，综合自动控制、计算机(微处
19、理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用，是现代电力电子技术的具体应用。当前，电力电子作为节能、节材、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用，实现高效率和高品质用电相结合。目前，科学技术发展到20世纪末,系统仿真学科已经形成较为完善的体系。仿真技术由于其有效性、可重复操作性、经济性和安全性的特点,日益显出其重要性和广泛应用性。20世纪70年代以后,民用工业中连续过程仿真得到迅速发展,其中发展最快、应用最广的首属电力工业,而电力电子
20、技术已经在电力系统中被广泛地运用了。现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全
21、面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电力检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益
22、向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。同样电力电子技术在电力系统中的应用也得到广泛地发展，10年前电力电子技术的应用仅限于高压直流电、发电机励磁系统和静止无功补偿器。从现在已实现的电力电子工程观察，尤其啊在最近的10年，灵活交流输电和高压直流输电将提高电力系统的经济性、解决系统控制问题，同时在电力系统的安全可靠上发挥更大的作用。直接的表现将是用电力电子
23、技术提高系统输电容量，增加系统稳定和改善电能质量。系统仿真就是在模型上进行试验的过。按照真实系统的物理性质、几何尺寸等构造出系统的物理模型,并在该物理模型上进行试验,称为物理仿真。把数学模型、物理模型,甚至实物联合在一起进行试验,称为数学-物理仿真,又称为半实物仿真。计算机仿真包括三个要素:系统、模型、计算机。联系这三个要素的有三个基本活动:对象数学模型建立、仿真模型建立、仿真试验。其特点是它属于一种可控制的、无破坏性的、耗费小的、并允许多次重复的试验手段。 它以其高效、优质、低廉体现其强大的生命力和潜在的能力。它是迄今为止最有效的经济的综合集成方法，是推动技术进步的战略技术。仿真是对现象的仿
24、效和模仿。近来由于信息的复杂化和多样化，要求对各种真实再现的现象进行解释和分析就难以做到。而仿真技术是以控制论、相似原理、系统技术和信息技术为基础，以计算机和专用物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合技术。采用仿真技术具有良好的可控性、无破坏性、安全、不受气象条件和空域场地的限制，可多次重复，以及经济性等特点。因此，仿真技术和方法在许多领域里受到重视，其应用方法和仿真语言的研究也迅速发展起来。电力电子技术是电力交流技术、电子技术和控制技术三者结合而发展起来的，是专门研究电能转换与控制的新学科。电能是人类活动的主要能源。由于电力电子技术能有效地节能降耗，所以被
25、看作是国民经济各部门，国防建设和人民生活中一项重要的基础技术。由于世界范围内能源紧缺，使得世界各国对电力电及技术更加重视，因而电力电子技术的发展出现了生机勃勃的新局面，主要表现在以下两个方面，一是具有自关断能力的高频大功率化的新器件及应用技术取得了惊人的进步；二是新一代电力电子器件初露锋芒，智能化功率集成电路的出现被国外有些专家认为是引起第二次电子学革命的“导火线”。国外许多国家都将电力电子技术列为90年代高新技术的发展重点。随着现代化建设的不断发展，电力电子设计任务的不断加大，各种材料的不断发现，新器件不断发明，软件技术的成熟，网络普遍结合到日常生活中，计算机使用普遍化，各种计算机仿真系统出
26、现。简单来说，所谓仿真就是用模型去模仿真实系统，也就是用物理的或抽象的系统来描述系统得某些行为特征。模型时仿真的基础，只有建立了正确的模型和数据，才能得到正确的仿真结果，仿真才有意义和价值。90年代，人们开始注意多智能体模型（multi-agent model）的研究，这类模型使我们可以研究自治的个体及它们之间的相互作用。近年来，由于数据网络日趋复杂、网络规模日趋庞大，现阶段随着生产的扩大和高校的日益繁多，对安全意识的不断增强，要求有更好的条件来实现电力电子实验。以前一般都是在实验室来完成大部分的工作，但是这要耗很大的场地和资金，因为一个电力电子实验所需的器材比较昂贵。越来越多的高校开始着手开
27、发模拟仿真系统，使资金和危险降低到最低。近几年很多仿真模拟软件的应用，电力电子实验仿真的研究越来越受重视。教学上的大力发展，很多的仿真设计相继出台。参考文献：1 王兆安，黄俊.电力电子变流技术（第三版）.北京：机械工业出版社，19942 赵良炳.现代电力电子技术基础.北京：清华大学出版社，19953 李序葆，赵永健.电力电子器件及其应用.北京：机械工业出版社，19964 丁道宏.电力电子技术.北京：航空工业出版社，19995 石玉，贾书贤，王文郁.电力电子技术题例与电路设计指导.北京：机械工业出版社，19996 张明勋.电力电子设备设计和应用手册.北京：机械工业出版社，19817 刘定建，朱丹
28、霞.实用晶闸管电路大全.上海：同济大学出版社，19968 范翠丽.Flash动画制作技术在科教片中的应用.中国知网. 9 赵贺.电力电子学在电力系统中的应用. 北京：机械工业出版社，199310天一勇，高勇宇.Flash MX动画设计与编程.上海：上海科学技术出版社，1997摘 要电力电子技术是一种电力变换技术，它应用功率半导体器件，对电能进行包括电压、电流、频率、波形等方面的变换，以达到使电能更好地符合各种不同用电设备的要求。电能经过电力电子技术的处理又成获得良好的节能效果，因此电力电子技术，也是最佳电能使用技术。我们所做的毕业设计就是关于电力电子变流实验的仿真设计与开发，要求我们通过使用F
29、LASH软件工具做出相关的电力电子仿真模拟实验，并且将实验刻录成盘。本课题涉及到多方面的知识：电力电子技术、FLASH应用软件以及仿真模拟技术知识，要求我们利用各方面的知识和技术，完成对本设计的开发。关键词：电力电子技术； FLASH应用软件；仿真模拟技术。ExtractionElectric and electronic technology is that a kind of electricity varies technology, it uses the power semiconductor device, go on to the electric energy -Includi
30、ng such as the voltage , electric current , frequency , wave form ,etc. are varied, by up to the demand for enabling electricity to accord with all kinds of power consuming equipment bettering. The electric energy becomes and obtains the good energy-conserving result again through the treatment of e
31、lectric and electronic technology, so electric and electronic technology, is a operation technique of best electric energy. The graduation project that we do is to turn artificial design and development of the experiment into and flow about the electric electron, require us to make relevant electric
32、 electron artificial simulation experiments through using FLASH software tool, and will test and carve and record into one.This subject involves the knowledge in many aspects: Electric and electronic technology , FLASH application software and technological knowledge of artificial simulation, requir
33、e us to utilize knowledge and technology of various fields, finish the development to originally designingKeyword: Electric and electronic technology; FLASH application software; Artificial simulation technology前 言随着我国现代电力电子技术和软件技术的迅速发展，电力电子设计的要求越来越高。本设计电力电子变流实验，结合flash软件技术的发展情况，编写有关的电力电子仿真实验。主要阐述三相
34、全控整流及有源逆变电路，单相桥式全控整流电路和三相半波可控整流电路的特性仿真，以及各个电路的实验仿真。全设计共六章。第1章绪论，讲述电力电子技术和仿真技术的发展及意义；第2章为有关的Flash制作软件的介绍；第3章为相关的基础知识；第4章为有关的实验仿真的介绍；第5章为本次设计的体会。本设计编写得到了设计指导老师黄云龙和廖东进老师的大力支持和帮助，以及组员郭建和吴春的团结合作。他们提供了大量资料和技术，一并表示感谢。本设计编写力求实用，真实，相当的仿真系统力求简明和易操作。电力电子变流技术的不断更新，加之编者水平有限，此设计不可能很完善，错漏和不妥在所难免，敬希有关读者批评指正。 编者 第1章
35、 绪 论现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具体应用。当前,电力电子作为节能、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。本课题涉及的是电力电子变流技术的仿真设计与开发的设计。目前，科学技术发展到20世纪末,系统仿真学科已经形成较为完善的体系。仿真技术由于其有效性、可重复操作性、经济性和安全性的特点,日益显出其重要性
36、和广泛应用性。20世纪70年代以后,民用工业中连续过程仿真得到迅速发展,其中发展最快、应用最广的首属电力工业,而电力电子技术已经在电力系统中被广泛地运用了。系统仿真就是在模型上进行试验的过。按照真实系统的物理性质、几何尺寸等构造出系统的物理模型,并在该物理模型上进行试验,称为物理仿真。把数学模型、物理模型,甚至实物联合在一起进行试验,称为数学-物理仿真,又称为半实物仿真。计算机仿真包括三个要素:系统、模型、计算机。联系这三个要素的有三个基本活动:对象数学模型建立、仿真模型建立、仿真试验。其特点是它属于一种可控制的、无破坏性的、耗费小的、并允许多次重复的试验手段。 它以其高效、优质、低廉体现其强
37、大的生命力和潜在的能力。它是迄今为止最有效的经济的综合集成方法，是推动技术进步的战略技术。我们在下面的叙述中将逐一对我们这次毕业设计的课题电力电子变流实验的仿真设计与开发进行详细的介绍。1.1电力电子技术的发展现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,
38、表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。1.1.1 整流器时代大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。1.1.2 逆变器时代七十年代出现了世界范围的能源危机,交流
39、电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。1.1.3 变频器时代进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的
40、问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。1.2 仿真模拟技术的发展1.2.1 仿真技术的特点仿真是对现象的仿效和模
41、仿。近来由于信息的复杂化和多样化，要求对各种真实再现的现象进行解释和分析就难以做到。而仿真技术是以控制论、相似原理、系统技术和信息技术为基础，以计算机和专用物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合技术。采用仿真技术具有良好的可控性、无破坏性、安全、不受气象条件和空域场地的限制，可多次重复，以及经济性等特点。因此，仿真技术和方法在许多领域里受到重视，其应用方法和仿真语言的研究也迅速发展起来。1.2.2 仿真技术的应用及发展仿真技术在科学研究，工程设计、建筑、自动控制领域，企业管理、人口动力学等方向有着极其重要的应用。90年代，我国对新的先进仿真技术开展了研究，这
42、主要有联网仿真、分布交互仿真、虚拟现实仿真、基于仿真的设计、定量与定性相结合的仿真、建模与仿真的重用和互操作性等等。仿真的发展面临一个长期的发展过程。50年代仿真是应用于自动控制领域，采用的是模拟计算机和面向方程的建模方法。60年代仿真扩展到离散事件系统和社会经济等非工程领域。70年代仿真应用于指挥人员、管理人员、驾驶员进行模拟培训。80年代仿真算法及优化，仿真软件方面取得很大成就，开发出多种通用连续系统仿真语言，连续离散混合仿真语言，这些可在工作站及微机上进行运算。我国还研制出数字仿真计算机，并向智能化新一代仿真计算机方面发展。仿真技术发展可用图1加以概括。从模拟仿真到模拟-数字仿真，这期间
43、属于实时仿真，而从模拟-数字仿真到数字仿真属于非实时仿真。由于当今计算机技术高速发展及普及，仿真技术发展到没有实物介入的非实时性的全数字仿真阶段，这种仿真称为计算机仿真或数字仿真。我们要对一个系统或对象进行计算机仿真，首先必须把握对象的基本特征，抓住主要因素，引入必要能量，提出科学合理的抽象，选择合理的数学工具，这样的基础上建立数学模型。仿真的步骤如图2。模拟仿真模拟数字仿真数字仿真对象 建模 计算（仿真）计算机模型 二次建模图1 仿真技术发展历程 图2 仿真步骤1.3电力电子仿真模拟实验的意义近年来计算机仿真技术在电力电子技术行业得到了广泛的应用，促进了电力电子产品研究、开发水平的提高，改善了电力电子产品的性能，缩短了产品的创新周期。电路与系统的计算机仿真在电力电子技术的应用研究和产品开发中占有重要的地位，它可以加深工程师对电路与系统工作原理的理解，加速电路的设计和理论的完善，它能帮助生产企业提高自身开发的水平，改善产品性能并能有效地缩短产品更新换代的周期。通过仿真实验演示,大大改善了实验的生动性、灵活性和感官性，可以使实验手册上静止的原理图形产生动画效果,并产生相应的仿真运行曲线,将大篇幅的过程描述与复杂的运行曲线用FLASH表现出来,达到直观生动的实验效果。第2章 FLASN动画2.1 Flash动画Flash是一种先进的交互式矢量多媒体开发技术，利用Fla