三相交流调压电路设计实验报告资料

实训报告

二级学院：自动化学院

课程名称：电力电子技术

设计题目：三相交流调压电路设计姓名：

学号：

设计班级：

指导教师：

设计时间：

目录

1 电力电子仿真工具介绍 .....................................................................................

1.1 Matlab介绍 .......................................................................................................................................

1.2 SIMULINK仿真工具简介.................................................................................................................. 2电力电子器件测试...........................................................................................................................

2.1 实验目的....................................................................................................................................

2.2 实验原理....................................................................................................................................

2.3 实验内容....................................................................................................................................

2.4 计算机仿真测试过程................................................................................................................

2.5 总结与心得................................................................................................................................

3 三相交流调压电路...........................................................................................................................

3.1实验目的............................................................................................................................................

3.2实验原理............................................................................................................................................

3.3实验内容............................................................................................................................................

3.4计算机仿真过程及输出结果............................................................................................................ 4总结及实训体会 ................................................................................................................................. 5附录............................................................................................................................................................

1电力电子仿真工具介绍

1.1 Matlab介绍

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，MATLAB 是Matrix Laboratory 的缩写意为矩阵工厂（矩阵实验室）。于1984 年推出的一套科学计算软件，分为总包和若干工具箱.具有强大的矩阵计算和数据可视化能力.一方面可以实现数值分析、优化、统计、偏微分方程数值解、自动控制、信号处理、系统仿真等若干个领域的数学计算，另一方面可以实现二维、三维图形绘制、三维场景创建和渲染、科学计算可视化、图像处理、虚拟现实和地图制作等图形图象方面的处理.同时，MATLAB 是一种解释式语言. 简单易学、代码短小高效、计算功能强大、图形绘制和处理容易、可扩展性强.是主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。

1.2 SIMULINK仿真工具简介

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观

的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。

simulinkMATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.

构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。它具有丰富的可扩充的预定义模块库交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图能以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理。通过Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码。并提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成。使用Embedded MATLAB?模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法。使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误。

2电力电子器件测试

2.1 实验目的

（1）掌握各种电力电子器件的工作特性。

（2）掌握各器件对触发信号的要求。

2.2 实验原理

实验电路如图所示：

新器件特性实验原理图

将电力电子器件和负载电阻Rp串联后接至直流电源的两端，有实验装置上的给定为新器件提供触发信号，使器件触发导通。图中电阻Rp用滑线变阻器，接成并联形式，直流电压和电流表可从电源控制屏上获得，直流电源从电源控制屏的励磁电源获得。

2.3实验内容

（1）可关断晶闸管（GTO）特性实验

（2）功率场效应管（MOSFET）特性实验

（3）绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验

2.4 计算机仿真实验

启动MATLAB软件进入SIMULINK后新建文档，绘制GTO MOSFET IGBT 电路特性测试系统模型如下图所示，

双击各模块并设置相应参数，设置好各模块参数后，单击工具栏的?按钮，得到如下图

GTO

IGBT

SCR

由以上仿真图可得各器件输出数据如下各表：

GTO输出特性数据记录

IGBT输出特性数据记录

MOSFET输出特性数据记录

2.5 总结与心得

由上述仿真过程得到的输出特性数据可得出各器件的输出特性图。

GTO的输出特性

IGBT输出特性

SCR输出特性

这门实验课程的线路连接及线路实验原理并不复杂，最困难的是是完成试验线路连接以后所进行的调试与操作，难以得出相关的正确的波形以及争取的结果和参数。这是由于对实验的过程及原理理解的不深刻，对相关的知识掌握的不够透彻，不能熟练应用到实际操作以及应用当中。并且动手能力不够强，对实验过程不熟悉，实验操作生疏，缺乏相关的实际操作经验以及实际操作技巧，遇到实际操作中的问题难以独立解决，如何下手。对操作过程中的错误以及故障难以发现排除。通过本次的实验课程，我还发现自己以前学习中所出现的一些薄弱环节，并为今后的学习指明了方向，同时也会为将来的工作打下一个良好的基础。这次的实验课程为我们提供了一个很好的锻炼机会，使我们及早了解一些相关知识以便以后运用到实际中去。通过这次的实验课程，我知道只有通过刻苦的学习，加强对知识的熟练掌握程度，在现实的中才会得心应手，应对自如。总体来说，经过这次实验课程，我还从中学到了很多课本上所没有提及的知识。我会把这此实验课程作为我人生的起点，在以后的工作学习中不断要求自己，完善自己，让自己做的更好。

3三相交流调压电路

3.1实验目的:

（1）了解三相交流调压触发电路的工作原理。

（2）加深理解三相交流调压电路的工作原理。

（3）了解三相交流调压电路带不同负载时的工作特性。

（4）掌握三相交流调压电路MATLAB的仿真方法，会设置各模块的参数。

3.2实验原理：

本实验的三相交流调压器为三相三线制，由于没有中线，每相电流必须从另一相构成回路，因此电流流通路径中有两个晶闸管，所以交流调压应采用宽脉冲或双窄脉冲进行触发。三相的触发脉冲应依次相差120°，同一相的两个反并联的晶闸管触发脉冲应相差180°。通过调节α导通角的大小从而控制晶闸管的导通角大小，以控制输出电压有效值来调节输出电压。实验装置中使用后沿固定，前沿可变的宽脉冲链实验电路如下图3.2所示：

图3.2

整流电压平均值分两种情况如下：

（1）α≤30°时，负载电流连续，有

当α=0时，U。最大，U。=1.17U2

（2）α＞30°时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有

负载电流平均值为

晶闸管承受的最大反向电压为：

由于晶闸管阴极与零线间的电压即为整流输出电压U。，其最小值为零，而晶闸管阳极与零线间的最高电压等于变压器二次相电压的峰值，因此晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值。

3.3实验内容

（1）三相交流调压器触发电路的调试。

（2）三相交流调压器电路带电阻性负载。

（3）三相交流调压电路带电阻电感性负载

3.4计算机仿真过程及输出结果

1.带电阻性负载的仿真

启动MATLAB软件进入SIMULINK后新建文档，绘制三相交流调压系统模型如图：

（1）交流电压源的参数设置

设置交流峰值电压为100V 频率为50Hz。

（2）晶闸管的参数设置

Rn=0.001Ω，Lon=OH，Vf=0.8，Rs=500Ω，Cs=250e-9（250*10^-9）F。（3）负载的参数设置

R=450Ω，L=OH，C=inf。

（4）脉冲发生器模块的参数设置

频率设置为50Hz，脉冲宽度为2%

设置好各模块参数后，单击工具栏的?按钮，得到如下图

控制角0°

控制角30°

2.带电阻电感性负载的仿真

启动MATLAB软件进入SIMULINK后新建文档，绘制三相交流调压系统模型如图：

双击各模块，再出现的对话框内设置相应参数，各模块参数设置同上，但负载模块的参数设置为：R=450Ω，L=0.1H，C=inf设置好各模块参数后，

单击工具栏的?按钮，得到如下图

控制角为0°

控制角为30°

4总结及实训体会

随着大功率半导体开关器件的发明和变流电路的进步和发展，产生了利用这类器件和电路实现电能变换与控制的技术——电力电子技术。电力电子技术横跨电力、电子和控制三个领域，是现代电子技术的基础之一，是弱电子对强电力实现控制的桥梁和纽带，已被广泛应用于工农业生产、国防、交通、能源和人民生活的各个领域，有着极其广阔的应用前景，成为电气工程中的基础电子技术。

这次课程设计，我学到很多有关我们专业知识方面的知识，丰富了自己的知识点，使自己得到提升。首先对电力电子器件的工作原理有了更深的体会，对晶闸管的导通特性和三相交流调压电路中各晶闸管的导通顺序有了很好的了解。同时对SIMULINK仿真有了新的认识。SIMULINK提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量编写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。适应面广、结构和流程清晰、仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点。SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析。

在电路进行仿真的过程中，经常遇到这样那样的问题。如：线路连接错误、参数设置等。这次课设增强了自己的设计和理论联系实际的能力，加深对MA TLAB软件功能的理解，学会了如何用MA TLAB设计三相交流调压器，学会分析理论与实际之间的误差，为以后理论在实践中的应用打下一个很好的基础。

其次懂得了各个课程知识不是孤立的，而是相互之间联系的，我们要学会综合理解知识点以及运用各知识。这次课程设计涉及到了电力电子技术、电路、数学，控制等众多知识面，因而我们需要把把各个学科之间的知识融合起来，形成一个整体，提升了自己的综合知识素养。

5附录

参考文献：《电力电子技术计算机仿真实验》主编李传琦

《电力电子技术》第5版主编王兆安刘进军