电力电子技术仿真实验
实验报告-电力电子仿真实验
电力电子仿真实验实验报告院系：电气与电子工程学院班级：电气1309班学号：1131540517学生姓名：王睿哲指导教师：姚蜀军成绩：日期：2017年1月2日目录实验一晶闸管仿真实验 (3)实验二三相桥式全控整流电路仿真实验 (6)实验三电压型三相SPWM 逆变器电路仿真实验 (18)实验四单相交-直-交变频电路仿真实验 (25)实验五VSC 轻型直流输电系统仿真实验 (33)实验一晶闸管仿真实验实验目的掌握晶闸管仿真模型模块各参数的含义。
理解晶闸管的特性。
实验设备：MA TLAB/SimUli nk/PSB实验原理晶闸管测试电路如图1-1所示。
u2为电源电压，Ud为负载电压，id为负载电流，UVT为晶闸管阳极与阴极间电压。
图1-1晶闸管测试电路实验内容启动Matlab ,建立如图1-2所示的晶闸管测试电路结构模型图。
图1-2带电阻性负载的晶闸管仿真测试模型双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图1-3、1-4、1-5所示。
图1-3交流电压源模块参数图1-4晶闸管模块参数图1-5脉冲发生器模块参数固定时间间隔脉冲发生器的振幅设置为5V ,周期与电源电压一致，为0∙02s（即频率为50Hz）, 脉冲宽度为2 （即7.20），初始相位（即控制角）设置为0.0025s （即450）。
串联RLC分支模块SerieS RLC BranCh与并联RLC分支模块Parallel RLC BranCh的参数设置方法如表1-1所示。
在本系统模型中，双击SerieS RLC BranCh 模块，设置参数如图 1-6所示。
图1-7系统仿真参数运行仿真模型系统即可得到控制角为 450时，电源电压、触发信号、流过晶闸管的电流、晶闸管阳极和阴极两端电压、负载电流、负载电压的仿真波形，如图 1-8所示。
运行仿真模型系统即可得到控制角为450时，电源电压、触发信号、流过晶闸管的电流、晶闸管阳极和阴极两端电压、负载电流、负载电压的仿真波形，如图1-8所示。
实验报告-电力电子仿真实验
电力电子仿真实验实验报告院系：电气与电子工程学院班级：电气1309班学号： 17学生姓名：王睿哲指导教师：姚蜀军成绩：日期：2017年 1月2日目录实验一晶闸管仿真实验........................................ 错误!未定义书签。
实验二三相桥式全控整流电路仿真实验.......................... 错误!未定义书签。
实验三电压型三相SPWM逆变器电路仿真实验..................... 错误!未定义书签。
实验四单相交-直-交变频电路仿真实验.......................... 错误!未定义书签。
实验五 VSC轻型直流输电系统仿真实验.......................... 错误!未定义书签。
实验一晶闸管仿真实验实验目的掌握晶闸管仿真模型模块各参数的含义。
理解晶闸管的特性。
实验设备：MATLAB/Simulink/PSB实验原理晶闸管测试电路如图1-1所示。
u2为电源电压，ud为负载电压，id为负载电流，uVT 为晶闸管阳极与阴极间电压。
图1-1 晶闸管测试电路实验内容启动Matlab，建立如图1-2所示的晶闸管测试电路结构模型图。
图1-2 带电阻性负载的晶闸管仿真测试模型双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图1-3、1-4、1-5所示。
图1-3 交流电压源模块参数图1-4 晶闸管模块参数图1-5 脉冲发生器模块参数固定时间间隔脉冲发生器的振幅设置为5V，周期与电源电压一致，为（即频率为50Hz），脉冲宽度为2（即º），初始相位（即控制角）设置为（即45º）。
串联RLC分支模块Series RLC Branch与并联RLC分支模块Parallel RLC Branch的参数设置方法如表1-1所示。
表1-1 RLC分支模块的参数设置元件串联RLC分支并联RLC分支类别电阻数值电感数值电容数值电阻数值电感数值电容数值单个电阻R0inf R inf0单个电感0L inf inf L0单个电容00C inf inf C 在本系统模型中，双击Series RLC Branch模块，设置参数如图1-6所示。
电力电子仿真实验
三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一、实验目的：1、加深理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理。
2、掌握三相桥式全控整流电路MATLAB 的仿真方法，会设置各模块的参数。
二、实验主要仪器与设备： PC 机、MATLAB 仿真软件 三、实验原理实验线路如图3-1。
主电路由三相全控整流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流电路组成，三相桥式整流及逆变电路的工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。
图中的R 用滑线变阻器，接成并联形式；电感Ld 选用700mH 。
在三相桥式有源逆变电路中，电阻、电感与整流的一致，而三相不控整流及心式变压器均在DJK10挂件上，其中心式变压器用作升压变压器，逆变输出的电压接心式变压器的中压端Am 、Bm 、Cm,返回电网的电压从高压端A 、B 、C 输出，变压器接成Y/Y 接法。
R图3-1 三相桥式全控整流电路实验原理图四、实验内容及步骤1、启动MATLAB ，进入SIMULINK 后新建文档，绘制三相桥式全控整流系统模型如图3-2所示。
在MATLAB 命令窗口中输入powerlib ，按Enter 健，打开电力系统（Power System ）工具箱，或在MATLAB的工具栏中，打开SIMULINK的库浏览器，单击SimPowerSystems进入电力系统工具箱。
从电源模块库（Electrical Sources）中选取交流电压源（Voltage Source）,从电力电子器件模块库（Power Electronics）选取通用变换器桥模块（Universal Bridge），从元件模块库（Elements）中选取串联RLC负载（Series RLC Branch）,从测量模块库（Measurements）选取电压测量（Voltage Measurement）、电流测量（Current Measurement）,从连接器模块库（Connectors）选取接地（输入）（Groud input）、接地（输出）（Groud output）、总线（Bus Bar,vert），从Extra library 中的Control Blocks选取同步6脉冲触发器（Synchronized 6-Pulse Generator）。
电力电子技术matlab仿真实验结果
电力电子仿真结果1.单相半波可控整流电路（1）电阻性负载（R=1欧姆，U2=220V,α=30°）接线图电阻性负载二次电压，输出电压，二次电流，输出电流，晶闸管电压曲线输入电压与输出电压波形（2）阻感负载（R=1欧姆，L=0.05H，U2=220V,α=30°）接线图阻感负载二次电压，输出电压，二次电流，输出电流，晶闸管电压曲线输入电压与输出电压波形（3）阻感负载+续流二极管（R=1欧姆，L=0.05H，U2=220V,α=30°）有问题接线图阻感负载二次电压，输出电压，二次电流，输出电流，晶闸管电压曲线输入与输出电压波形2.单相桥式全控整流电路（1）电阻性负载（R=1欧姆，U2=220V,α=60°）电阻性负载电路图搭建电阻负载输入电压和输出电压对比电阻负载直流电压和电流波形电阻负载时晶闸管T1的波形电流i2的曲线（2）电感性负载（R=1欧姆，L=0.05H,α=60°，U2=220V,）阻感负载电路图搭建阻感负载电压输入与输出波形阻感负载输出电流id阻感负载输出电压ud阻感负载交变时的电流i2阻感负载交变时的电压u2阻感负载VT1的电压波形（3）电感性负载+续流二极管（R=1欧姆，L=0.05H,α=60°，U2=220V,）电感性负载+续流二极管接线图输入和输出电压波形负载电流负载电压二次侧电流晶闸管两端电压3.单相桥式半空整流电路（1）电阻负载（R=1欧姆，α=60°，U2=220V,）接线图二次侧电压，负载电压，二次侧电流，负载电流，晶闸管电压，二极管电压，二极管电流波形图（2）阻感负载（R=1欧姆，L=0.05H，α=60°，U2=220V,）接线图二次侧电压，负载电压，二次侧电流，负载电流，晶闸管电压，二极管电压，二极管电流波形图（3）阻感负载+续流二极管（R=1欧姆，L=0.05H，α=60°，U2=220V,）接线图二次侧电压，负载电压，二次侧电流，负载电流，晶闸管VT1电压，二极管VD4电压，二极管VD4电流波形图4.三相半波可控整流电路电阻负载接线图（0°）三相输入电压输出电流和电压晶闸管1的电流电压输出波形（电阻0°）三相输入电压输出电流和电压晶闸管1的电流电压输出波形（电阻30°）阻感负载接线图（30°）三相输入电压输出电流和电压晶闸管1的电流电压输出波形（阻感30°）阻感负载+续流二极管接线图（30°）5．三相全控整流电路电阻负载接线图（30°导通角）三相输入输出电压对比，晶闸管1电压，输出电流电压图形（30°）阻感负载接线图（30°导通角）三相输入输出电压对比，晶闸管1电压，输出电流电压图形（30°）阻感负载+续流二极管接线图（30°导通角）6 降压BUCK电路降压斩波电路（电流连续）接线图BUCK变换器电感电流连续时仿真波形BUCK变换器电感电流断续时仿真波形7 升压Boost电路升压Boost变换器仿真接线图升压Boost变换器连续工作升压Boost变换器断续工作8 单相全桥方波逆变电路单相全桥方波电阻负载逆变电路接线图电阻负载逆变器直流侧电流，输出交流电压电流方波波形单相全桥方波阻感负载逆变电路接线图阻感负载逆变器直流侧电流，输出交流电压电流方波波形9 三相方波逆变电路三相方波逆变电路接线图三相方波逆变电路仿真波形（感性无功=100Var）10单极性的PWM方式下的单相全桥逆变电路在下：输出电压，电流和直流侧电流波形。
电力电子仿真仿真实验报告
目录实验一：常用电力电子器件特性测试 (3)（一）实验目的： (3)掌握几种常用电力电子器件（SCR、GTO、MOSFET、IGBT）的工作特性； (3)掌握各器件的参数设置方法，以及对触发信号的要求。
(3)（二）实验原理 (3)（三）实验内容 (3)（四）实验过程与结果分析 (3)1．仿真系统 (3)2．仿真参数 (4)3．仿真波形与分析 (4)4．结论 (10)实验二：可控整流电路 (11)（一）实验目的 (11)（二）实验原理 (11)（三）实验内容 (11)（四）实验过程与结果分析 (12)1．单相桥式全控整流电路仿真系统，下面先以触发角为0度，负载为纯电阻负载为例 (12)2．仿真参数 (12)3．仿真波形与分析 (14)实验三：交流-交流变换电路 (19)（一）实验目的 (19)（三）实验过程与结果分析 (19)1）晶闸管单相交流调压电路 (19)实验四：逆变电路 (26)（一）实验目的 (26)（二）实验内容 (26)实验五：单相有源功率校正电路 (38)（一）实验目的 (38)（二）实验内容 (38)个性化作业： (40)（一）实验目的： (40)（二）实验原理： (40)（三）实验内容 (40)（四）结果分析： (44)（五）实验总结： (45)实验一：常用电力电子器件特性测试（一）实验目的：掌握几种常用电力电子器件（SCR、GTO、MOSFET、IGBT）的工作特性；掌握各器件的参数设置方法，以及对触发信号的要求。
（二）实验原理将电力电子器件和负载电阻串联后接至直流电源的两端，给器件提供触发信号，使器件触发导通。
（三）实验内容•在MATLAB/Simulink中构建仿真电路，设置相关参数。
•改变器件和触发脉冲的参数设置，观察器件的导通情况及负载端电压、器件电流的变化情况。
（四）实验过程与结果分析1．仿真系统以GTO为例，搭建仿真系统如下：2．仿真参数设置直流电压为2V，GTO通态压降为1.6V，负载阻抗为1Ω，脉冲产生器占空比为0.5。
电力电子技术仿真实验
1.内部电阻，主要导通时起作用 2. 内 部 电 感 ， Ron 与 Lon 不 能 同 时为0。大多数应用Lon设为0 3.器件图中Vf ：模拟导通压降 4.电流下降时间（从最大值下降 到10%时的时间） 5.电流拖尾时间（电流从最大值 的10%下降到0的时间） 6.初始电流，通常选0 7.缓冲电路电阻 8.缓冲电路电感
➢ Matlab介绍
Matlab是一种直译式的高级语言，不需 要编译，较其他程序设计语言易学，它的学 习难点在于它有大量函数，这些Matlab函数 仅基本部分就有700多个，其中常用的就有 200~300个，掌握和记忆比较困难。
➢ Matlab介绍
Matlab的功能非常强大，可用于工业研 究与开发，线性代数、数值分析和科学计算 方面的教学与研究，电子学、控制理论和物 理学等工程和科学学科方面的教学与研究， 以及经济学、化学和生物学等计算问题的教 学与研究。
➢ Simulink常用子模块
可编程控制器
1.输出信号改变输出值的时间， 时 间 长 度 应 与 Amplitude 长 度 一致 2.输出信号的值
➢ Simulink操作
④ 设置仿真参数，进行仿真： 双击模块即可以设置相关参数，在模型窗口选 取菜单Simulation:Start,仿真开始，至设置的仿 真终止时间，仿真结束。仿真过程中要终止仿 真可以选择Stop。也可点击窗口中的 开始或 停止。
⑤ 输出仿真结果
➢ Simulink基本操作
➢ Simulink基本操作
3.模块的连接： 将光标箭头指向模块的输出端，变成“+”之后按鼠 标左键，拖拽“+”到另一个模块的输入端后松开鼠 标左头指示了信号的流向
➢ Simulink基本操作
4.模块参数设置：
电力电子技术实验报告--直流斩波电路的仿真
实验报告（理工类）
通过本实验，加深对直流斩波电路工作原理的理解，并学习采用仿真软件来研究电力电子技术及相关控制方法。
二、实验原理
V L/R
¥GVD u 。
图2.1直流降压电路原理图
直流降压变流器用于降低直流电源的电压，使负载侧电压低于电源电压，其原理电路如图2.1所示。
U 。
=
&E=『E=aE （2-1） 4>n+^off /
式（2-1）中，T 为V 开关周期，%为导通时间，为占空比。
在本实验中，采用保持开关周期T 不变，调节开关导通时间&I 的脉冲宽度调制方式来实验对输出电压的控制。
仿真的模型线路如下图所示。
开课学院及实验室:
实验时间：年月日 一、实验目的
图2.2降压斩波电路仿真模型
在模型中采用了IGBT,IGBT的驱动信号由脉冲发生器产生，设定脉冲发生器的脉冲周期和脉冲宽度可以调节脉冲占空比。
模型中连接多个示波器，用于观察线路中各部分电压和电流波形，并通过傅立叶分析来检测输出电压的直流分量和谐波。
三、实验设备、仪器及材料
PC机一台、MATLAB软件
四、实验步骤（按照实际操作过程）
1.打开MATLAB,点击上方的SimUlink图标,进入SimUIinkLibraryBroWSer模式O
2.新建model文件，从SimulinkLibraryBrowser选择元器件，分别从sinks和SimPowerSystems 中选择，powergui单元直接搜索选取
3.根据电路电路模型正确连线
五、实验过程记录（数据、图表、计算等）
六、实验结果分析及问题讨论。
电力电子技术 仿真实验 实验一 单相桥式全控整流电路
《电力电子技术》仿真实验实验一单相桥式全控整流电路说明：1、为选修《电力电子技术》的工科本科生编写的实验指导书；2、课前安排了一节Matlab、Simulink入门课，让同学们仿真了单相桥式不可控整流电路；3、本指导书适用于新版本Matlab。
实验一单相桥式全控整流电路一、实验目的1、掌握单相桥式全控整流电路的工作原理；2、掌握单相桥式全控整流电路的仿真方法；3、了解不同类型负载输出波形的差异。
二、实验环境及器件仿真软件：Simulink所用器件如下表1所示（以Matlab2019b版本为例）。
表1 实验器件三、实验原理（a ）电阻负载（b ）阻感负载图1 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路是常用的单相整流电路之一，主电路由两对桥臂构成，晶闸管VT 1和VT 4组成一对桥臂，VT 2和VT 3组成另一对桥臂。
认为输入电压u2正半周时上端电压为正。
1、电阻负载如图1（a ）所示，以一个电流周期为例，在正半周时某一时刻t ，触发VT 1和VT 4可导通流过电流，若交流电周期为T ，则VT 1和VT 4在T/2时刻，电压过零变负时关断。
在T/2+t 时刻触发VT 2和VT 3可以导通，VT 2和VT 3在T 时刻电压过零变正时关断。
整流电压的平均值为：2211cos sin d()0.92d U t t U πααωωπ+==⎰ 其中α为时刻t 对应的电角度，U 2为输入交流电的电压幅值，α的变化范围为0~180°。
2、电感电阻负载如图1（b ）所示，VT 1和VT 4导通后，电压过零变负时，由于电感的作用，仍有电流流过VT 1和VT 4，VT 1和VT 4不会关断，直到在T/2+t 时刻触发VT 2和VT 3导通，反向电压使VT 1和VT 4关断。
同理，VT 2和VT 3导通后，电压过零变正时不会关断，直到VT 1和VT 4导通时承受反向电压关断。
整流电压的平均值为：d 221sin d()0.9cos U t t U παωωαπ+==⎰其中α为时刻t 对应的电角度，U 2为输入交流电的电压幅值，L 极大时，α的变化范围为0~90°。
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➢ Simulink常用子模块
二极管是一个不可控的单向导通二端期间， 其导通和关断完全由外电路决定，即承受正 向电压（Vak＞0）时开始导通，流过电流为 0时关断。器件模型内部结构与伏安特性如下：
➢ Simulink常用子模块
其参数设置与 IGBT类似，其仿 真中不考虑导通 时的泄漏电流和 反向恢复特性
➢ Simulink基本操作
3.模块的连接： 将光标箭头指向模块的输出端，变成“+”之后按鼠 标左键，拖拽“+”到另一个模块的输入端后松开鼠 标左键，在模块的输出端和输入端之间就实现了带 箭头的连线，并且箭头指示了信号的流向
➢ Simulink基本操作
4.模块参数设置：
➢ Simulink常用子模块
1.模块的提取： Simulink对系统进行仿真，第一步就是将所需模块从 模型库中提取出来，并放到Simulink的仿真平台上去， 方法如下： 鼠标单击选择模块，右键选择“Add to 文件名” 鼠标左键将模块拖拽到Simulink平台，之后松开鼠标
➢ Simulink基本操作
2.模块的转向： 为了能够顺序连接功能模块的输入和输出端，功能 模块有时需要旋转。在Format菜单选择Rotate中 Clockwise(Ctrl+R)顺时针旋转90° Counterclockwise(Ctrl+Shift+R)逆时针旋转90°
➢ Simulink常用子模块
IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是一种全 控器件，门极为电压信号（仿真时不区分电 压控制性和电流控制型），是目前市场应用 的主流半导体器件。模型内部与伏安特性如 下：
➢ Simulink常用子模块
其中c为集电极，e为发射极，g为栅极也叫门极。 当集射极间电压为正并大于Vf（Vce＞Vf）且门极 信号Vg大于零时，器件导通。实际应用中一般要求 Vg为10-15V。 当集射极间电压小于Vf（Vce＜Vf）且门极信号Vg 等于零时，器件关断。实际应用中Vg为一个稳定的 负值（如-10V）使得IGBT关断。
1.输入信号源模块库（Sources） 该模块库包含了可向仿真模型提供信号的模块，它 没有输入口，但至少有一个输出口。
➢ Simulink常用子模块
➢ Simulink常用子模块
➢ Simulink常用子模块
➢ Simulink常用子模块
2. 接收模块库（Sinks）——显示输出
➢ Simulink常用子模块
➢ Matlab介绍
Matlab是一种直译式的高级语言，不需 要编译，较其他程序设计语言易学，它的学 习难点在于它有大量函数，这些Matlab函数 仅基本部分就有700多个，其中常用的就有 200~300个，掌握和记忆比较困难。
➢ Matlab介绍
Matlab的功能非常强大，可用于工业研 究与开发，线性代数、数值分析和科学计算 方面的教学与研究，电子学、控制理论和物 理学等工程和科学学科方面的教学与研究， 以及经济学、化学和生物学等计算问题的教 学与研究。
➢ Simulink常用子模块
➢ Simulink常用子模块
3.连续系统模块库（Continuous） 该模块库包含描述线性函数的模块。
➢ Simulink常用子模块
➢ Simulink常用子模块
➢ Simulink常用子模块
➢ Simulink常用子模块
4.数学运算模块库（Math Operations） 该模块库包含描述线性函数的模块。
1.内部电阻，主要导通时起作用 2. 内 部 电 感 ， Ron 与 Lon 不 能 同 时为0。大多数应用Lon设为0 3.器件图中Vf ：模拟导通压降 4.电流下降时间（从最大值下降 到10%时的时间） 5.电流拖尾时间（电流从最大值 的10%下降到0的时间） 6.初始电流，通常选0 7.缓冲电路电阻 8.缓冲电路电感
SHENYANG
UNIVERSITY
OF
TECHNOLOGY
电力电子技术仿真实验
➢ 仿真实验的目的和意义
进一步加深对《电力电子技术》课程的 理解。学会用仿真来替代实际系统的试验， 在计算机上研究和设计系统，这不仅省时、 省力、降低成本、缩短开发周期，而且可以 获得更丰富、详细的数据资料。
➢ 仿真实验的要求
➢ Simulink常用子模块
5.信号路线模块库（Signal Routing）
➢ Simulink常用子模块 6.电力系统模块库（Sim Power Systems） 该模块库包含电器网络中常见的元器件和设备。
➢ Simulink常用子模块
Sim Power Systems中的电力电子器件 包含常用的电力电子元器件和电气电子组件 如：二极管Diode、MOSFET、IGBT、GTO、 不控整流桥、两电平通用桥式电路、三电平 桥式电路等。
➢ Simulink常用子模块
可编程控制器
1.输出信号改变输出值的时间， 时 间 长 度 应 与 Amplitude 长 度 一致 2.输出信号的值
利用Matlab/Simulink软件对电力 电子变流技术（AC-DC、DC-AC、 DC-DC、AC-AC）电路进行建模与仿 真研究。
➢ Matlab介绍
Matlab是由美国的Clever Moler博士于 1980年开发的。设计者的初衷是为了解决 《线性代数》课程中的矩阵运算问题，故取 名Matlab，即Matrix Laboratory（矩阵实验 室）的意思。
① 启动Simulink：单机MATLAB Command窗口 工具条上的 Simulink图标或者 在MATLAB命令窗口输入 Simulink，即弹出窗口界面。
② 打开空白模型窗口：File:New→Model ③ 建立Simulink仿真模型：在常用子模块中选取
所需要的模块，并调 整位置以及连线。
➢ Simulink常用子模块
7.控制模块库 PWM发生器
PWM Gennerator是一个多功能模块，可以 为GTO、IGBT等自关断器件提供门极驱动 PWM新号，其PWM产生机制是正弦脉宽 调制，即SPWM。
➢ Simulink常用子模块
1.选择不同的发生器模式 2.SPWM三角载波频率 3.是否选用内部调制信号 4. 调 制 度 ， 即 调 制 波 基 波 的 最大值 5.调制波基波频率 6.调制波基波相位
Scope_示波器
➢ Simulink常用子模块
➢ Simulink常用子模块
➢ Simulink常用子模块
➢ Simulink常用子模块
➢ Simulink常用子模块Βιβλιοθήκη ➢ Simulink常用子模块
➢ Simulink常用子模块
此外，在scope模块中的坐标系中单 击鼠标右键，选择弹出菜单中坐标系属性 设置命令，将弹出图5所示的坐标系属性 设置对话框。用户可以对scope模块的坐 标系标题与显示信号范围进行合适的设置 ，以满足仿真输出结果显示的重要。
➢ Simulink操作
④ 设置仿真参数，进行仿真： 双击模块即可以设置相关参数，在模型窗口选 取菜单Simulation:Start,仿真开始，至设置的仿 真终止时间，仿真结束。仿真过程中要终止仿 真可以选择Stop。也可点击窗口中的 开始或 停止。
⑤ 输出仿真结果
➢ Simulink基本操作
➢ Simulink介绍
Simulink是基于框图的仿真平台，它挂接 在Matlab环境下，以直观的模块框图进行仿 真和计算。在Simulink中提供了各种仿真工 具，尤其是它不断扩展的、内容丰富的模块 库（Simulink Library Browser），为系统的 仿真提供了极大便利。
➢ Simulink操作