《电力电子技术仿真实验》指导书

《电力电子技术实验》指导书

合肥师范学院电子信息工程学院

实验一电力电子器件

仿真过程:

进入ＭＡＴＬAB环境,点击工具栏中的Ｓiｍｕlｉnk选项。进入所需的仿真环境,如图1、1所示。点击新建一个仿真平台。点击左边的器件分类,找到Simulｉｎk与SiｍPoweｒSystem ｓ,分不在她们的下拉选项中找到所需的器件,用鼠标左键点击所需的元件不放,然后直截了当拉到Modｅl平台中。

图1、１

实验一的具体过程:

第一步:打开仿真环

境新建一个仿真平台,依

照表中的路径找到我们

所需的器件跟连接器。

元件名称提取路径

触发脉冲Simulｉnk/Soｕｒcｅs/PｕlsｅGeneｒaｔor

电源Sim Power Systemｓ/Eｌectriｃal Sources／DＣＶoｌ

tage Source

接地端子Ｓimuliｎｋ/Ｓｉｎkｓ／Scope

示波器Ｓim Pｏwer Systｅｍｓ/Elements/Gｒｏuｎｄ

信号分解器Simulink／SｉgｎalＲouting/Ｄemux

电压表Ｓim PowerＳysｔeｍs/Ｍeasurｅmｅnｔｓ/Voｌtaｇe

Ｍeasuremｅnｔ

电流表SiｍPoｗer Systems/Meａsureｍｅntｓ/CｕrｒentＭeａ

suｒｅｍeｎt

负载ＲLC ＳiｍPoweｒＳystemｓ/Elemeｎts／SｅrieｓRLC Ｂ

ｒａnｃh

GTO器件Sim Ｐower Sｙsｔeｍs／PoweｒＥlｅｃｔ

ronics/Gto

图1、2

第二步,元件的复制跟粘贴。有时候相同的模块在仿真中需要多次用到,这时依照常规的方法能够进行复制跟粘贴,能够用一个虚线框复制整个仿真模型。还有一个常用方便的方法是在选中模块的同时按下Ctrl键拖拉鼠标,选中的模块上会出现一个小“+”好,接着按住鼠标与Ctrl键不动,移动鼠标就能够将模块拖拉到模型的其她地方复制出一个相同的模块,同时该模块名后会自动加“１”,因为在同一仿真模型中,不允许出现两个名字相同的模块。

第三步,把元件的位置调整好,准备进行连接线,具体做法是移动鼠标到一个器件的连接点上,会出现一个“十字"形的光标,按住鼠标左键不放,一直到您所要连接另一个器件的连接点上,放开左键,如此线就连好了,假如想要连接分支线,能够要在需要分支的地方按住Cｔrl键,然后按住鼠标左键就能够拉出一根分支线了。

在连接示波器时会发现示波器只有一个接线端子,这时能够参照下面示波器的参数调整的方法进行增加端子、在调整元件位置的时候,有时您会遇到有些元件需要改变方向才更方便于连接线,这时能够选中要改变方向的模块,使用Fｏrｍaｔ菜单下的Ｆｌip block 与Rotate blｏck两条命令,前者改变水平方向,后者做90度旋转,也能够用Ctｒl+R来做90度旋转。同时双击模块旁的文字能够改变模块名、然后单击菜单栏中的Ｅdit/Sｉgnal Proｐｅrｔieｓ命令来刷新模型、模块的颜色也能够在激活模块后,点击右键,在bacｋｇｒound colｏｒ中选择自己喜爱的颜色。

连接好的电路图如图1、３所示、

图1、3

第四步,模块的参数设置、设者模型参数是保证仿真准确与顺利的重要一步,有些参数是由仿真任务规定的,如本例仿真中的电源电压与电阻值等,有些参数是需要通过仿真来确定的、设置模型参数能够双击模块图标弹出参数设置对话框,然后按框中提示输入,若有不清楚的地方能够借助帮助来看相关功能。本例中,参数设置如下:

1.脉冲发生器的参数设置。双击脉冲发生器,会弹出一个对话框,改变需要的参数后如

图1、4所示。其中参数行中从第一个开始分不为振幅、周期、脉宽、控制角(延迟时间)

控制角a的设置依照t=aT／３６0

图1、４

2.打开电源设置对话框,我们这

个地方设置电源为２20V,直

截了当在参数行输入数字即

可。

3.参数设置,这个地方我们采纳

默认设计,当需要改变的时候

也能够另外设置、

4.负载参数的设置,我们这个地

方只是用到电阻负载,因此能

够如此设置,电阻R=１００,

Ｈ=0,

C＝inf 设置完如图1、5所示:

图1、5

5.示波器的参数设置:当我们开始连接的时候,示波器只有一个连接端子,这时我们需要

增加示波器的接线端子,具体做法是双击示波器,弹出的对话框如图1、６示:

?图１、６

单击工具栏中第二个小图标,即打印机图标的旁边的图标。弹出第二个对话框图1、７。

图1、7

只要在Number oｆａxes 项中把1改成所需要增加的端子数字就能够,这个地方我们用到两个端子,我们把它改成2就能够了。在Time ranｇe中设置一个数值,也即显示时间,所设置的时横坐标。就是我们的的仿真时间

6.仿真参数设置:在仿真开始前还必须首先设置仿真参数、在菜单中选择Simｕlａtion,

在下拉菜单中选择Simulation paraｍeteｒs,在弹出的对话款中可设置的项目特不多,

主要有开始时间、终止时间、仿真类型(包括步长与解电路的树枝方法),积极相对误差、绝对误差等、步长、解法与误差的选择对仿真运行的速度影响特不大,步长太长计算容易发散,步长太小运算时间太长,本题使用ｏde２3tｂ算法。仿真参数设计如图

1、8所示:

?图１、8?

在参数设置完毕后既能够开始仿真。点击运行按钮“”开始仿真。在屏幕下方的状态栏上能够看到仿确实进程。若要中途停止仿真能够点击“■”按钮。在仿真完毕之后既能够通过双击示波器来观察仿确实结果。本例的仿真图形(电阻)如图1、9跟图1、１0所示:

图1、9 晶闸管的波形

图1、10负载的波形

假如在一开始观察不到示波器的波形,能够点击工具栏上的望远镜,会自动的给定一个合适的坐标,观察到我们需要的波形。假如我们想改变纵坐标,能够单击邮件,选择弹出快捷菜单中的“Axｅs pｒopeｒtｉeｓ”命令,出现如图1、11所示示波器的纵坐标参数设置对话框。

图1、11

本题假如要设置电阻电感负载,只需要在RLC参数中给电感量一个数值就能够了、

到这个地方,我们就把新器件GTＯ的仿真完成了。依照同样的方法,再从Sｉm Power Ｓysteｍs/Power Electroｎics中调用其她需要仿确实新器件,就能够观察到我们所需要的波形

了。

上面做的全控型器件,现在我们做一个半控型器件,也就是我们平常所讲的普通晶闸管、我们在电力电子器件里面提取出一个晶闸来,这个地方注意晶闸管有两种类型,Detailed Thｙriｓtor的是详细的晶闸管模型,而Thyriｓｔor是普通晶闸管,具体选择看您对晶闸管参数的要求多高,详细的晶闸管有特不多参数能够设置。

仿确实电路图如图示

模块的参数的设置跟之前的一样,为了得到更好的波形效果,我们把仿确实开始时间设置为4,结束时间设置为1０。同若运行仿真电路,我们能够得到仿真之后的各种波形。

?负载波形晶闸管

波形

实验二单相半

波可控整流电路

仿真过程:

1.建立仿真模型

（1）首先我们新建一个仿真模型的文

件。方法跟实验一样。文件名自己

给定。

(2)提取电路元件模块。组成单相半波可控

整流电路的主要元器件有交流电源、晶闸管、RLＣ负载等。提取路径基本上跟我们做的第一个实验是相同的,只是我们这个地方用到了交流电源(ＳimＰｏｗｅr Systｅｍs/Elｅc ｔｒiｃal Sources/ＡC Volｔａge Soｕrce)。

提取出来的元件的如图２、１所示

图２、1?图2、2

?(3)将

电路元

件模块

按单相

半波可控整流的原理图连接起来组成仿真电路。将元件调整的到合适的位置,有些器件需要多次用到的,能够点击该模块,然后按住鼠标右键直截了当拖到想要放置的地方就能够实现复制了。连接好的电路如图2、２所示、

2、设置模型参数。依照实验一的方法我们能够双击模块图标弹出的对话框来设置参数,本例中所设置的参数如下、

（1）交流电压源,电压为220V,频率为５0Hｚ,初始相位为０度、在电压设置中要输入的是电压峰值,在该栏中键如“220＊sｑrt(2)"。假如在对话框最后的测量旋

转选中电压“ｖｏltaｇｅ",如此电压的数据能够送入多路测量器(Muｌtimｅ

ｔer)。这个地方我们不用设置这个,因为我们直截了当用了示波器进行观察波

形、

（2）晶闸管的参数我们采纳了默认的参数,也能够另外设置。

（3）负载ＲLC,当负载是电阻负载时,R＝1, H=0, C=inf(无穷大)

（4）负载ＲＬC为电阻电感负载时,Ｒ=1,H=0、０1,C=ｉnｆ,关于负载的参数,这个地方是没有一定的规定的,能够依照需要修改。

3、仿真参数的设置,本例中我们设置仿确实终止时间为0、1S,算法ode2３tb、通过仿真,我们给出几个特不角度的波形图、

?电阻负载3０度??电阻负载６0度?电阻负载９0度?

电阻电感３0度电阻电感6０度电阻电感9０度到这个地方,我们基本上能够把单相半波可控整流的各个波形仿真出来了,观察波形,跟我们在实验室用示波器看到的依然基本上一致的。

实验三单相桥式半控整流电路

电阻负载:

一、仿真步骤

1、启动MA TLＡB,进入ＳIＭＵLINK后新建一个仿真模型的新文件、在这个地方能够任意添加电路元器件模块、然后对比电路系统模型,依次往文档中添加相应的模块、在此实验中,我们按下表添加模块:

方便调试、

图３、1

3、设置模块参数。依次双击各模块,在出现的对话框内设置相应的参数、

１),交流电源参数设置:电压设置为220V,频率设为5０Hz,其它默认、

图3、2

２),脉冲触发器设置:振幅(amplitｕｄｅ)设为5。周期(Period)设为０、02秒、脉冲宽度(puｌｓeｗidtｈ)设为2、相位延迟角(phａse ｄelａｙ),即触发角。它的设置在调试时需要修改,以实现在不同角度触发时,观测电路各变量的波形的变化、因为它是以秒为单位,故需把角度换算成秒。其计算可按以下公式:

t=αT/３60。

例如触发角α=45度,周期T＝0、０２,则t=0、0025,则此空中应填入0、002５。

图3、3

第二个触发器的设置只需触发角比第一个大1８0度,即加上0、０1,其它不变。

3)示波器的设置:双击示波器,弹出示波器面板,在第一排控件栏中单击第二个控件,弹出参数设置窗口,如下所示:

图3、４

把坐标系数目设为7,其它不必修改。Time raｎge是横坐标设置、

4、模型仿真、在模型仿真时要先设置仿真参数,仿真参数的设置与实验一相同。设置好后,即可开始仿真。点击开始控件。仿真完成后就能够通过示波器来观察仿确实结果。

以下是分不在0度,30度,45度,６0度时的仿真结果。

０度: 30度:

45度: 6０度:

电阻电感负载:

带电阻电感性负载的仿真与带电阻性负载的仿真方法基本相同,但须将RＬC的串联分支设

置为电阻电感负载。本例中设置的电阻Ｒ=1,L=0、０1Ｈ,电容为inf。

电阻电感负载分不在0度,３0度,4５度,6０度时的仿真结果:

0度: 30度:

４５度: ６0度:

实验四单相桥式全控整流

电阻负载:

一、仿真步骤

１、启动MAＴLAＢ,进入SIMULＩＮＫ后新建一个仿真模型的新文件。并布置好各元器件。如下图所示:

图4、1

2、参数设置。

各模块参数的设置基本与上一实验相同,但要注意触发脉冲的给定。互为对角的两个示波器的控制角设置必须相同,否则就会烧坏晶闸管。

二、模型仿真

设置好后,即可开始仿真。点击开始控件。仿真完成后就能够通过示波器来观察仿确实结果。以下是分不在0度,３0度,45度,６0度时的仿真结果。

0度: 30度:

45度:?? 60度:

电阻电感负载:

带电阻电感性负载的仿真与带电阻性负载的仿真方法基本相同,但须将RLC的串联分支设置为电阻电感负载。本例中设置的电阻R=1,L=0、01H,电容为ｉnｆ。

电阻电感负载分不在0度,３０度,45度,60度时的仿真结果:

0度: 30度:

45度: ???60度:

实

实验五三相半波整流电路

电阻负载:

一、仿真步骤

1、启动MATLAＢ,进入ＳＩMULIＮＫ后新建一个仿真模型的新文件。并布置好各元器件。如下图所示:

图６、1

2、参数设置。

电源参数设置:电压设置为３80V,频率设为50Hｚ。要注意初相角的设置,a相的电压源设为0,b相的电压源设为-12０,c相的电压源设为-240、

负载参数设置:电阻设为1,电感为0,电容无穷大inf。

脉冲参数设置:触发信号的参数设置是本例的难点。本例中有三个触发脉冲,由电路原理可知触发角依次相差1２0度。因为电源电压频率为50Hz,故周期设置为０、02s,脉宽可设为２,振幅设为5、延迟角的设置要特不注意,在三相电路中,触发延时时间并不是直截了当从a换算过来,由于ａ角的零位定在自然换相角,因此在计算相位延时时间时要增加3０度相位。因此当a=0度时,延时时间应设为0、0033。其计算可按以下公式:

t=(α+3０)T/360、

触发角ａ=0度时,延迟角依次设置为:0、0０167,0、0083７,０、01507

触发角a=30度时,延迟角依次设置为:０、0０３３,0、01,0、０167

触发角a=４5度时,延迟角依次设置为:0、00417,０、０10８7,0、０1757

触发角a=６０度时,延迟角依次设置为:0、005,0、01１７,0、01８4

晶闸管参数设置:

图6、２

二、模型仿真

设置好后,即可开始仿真。选择算法为ode23ｔb,stop time设为0、1。点击开始控件。仿真完成后就能够通过示波器来观察仿确实结果。

以下是分不在0度,30度,４5度,6０度时的仿真结果。

0度: 30度:

45度: 6０度:

电阻电感负载:

带电阻电感性负载的仿真与带电阻性负载的仿真方法基本相同,但须将RLC的串联分支设置为电阻电感负载。本例中设置的电阻R=1,L=0、01H,电容为inｆ。

电阻电感负载分不在０度,3０度,45度,60度时的仿真结果:

0度: ３0度:

45度: 60度:

实验六三相桥式半控整流电路

三相桥式半控整流电路广泛应用于中等容量的整流装置或要求不可逆的电力拖动中,完整的三相桥式半控整流电路由三个晶闸管与三个二极管、三相电源。触发器等组成、依照原理图,我们调用出三个电源,三个晶闸管,三个二极管,为了实现仿真,我们还需要调用出触发脉冲,电流表,电压表,信号分解器跟信号合成器(Mux)跟示波器。各个元器件的模块提取路径跟之前介绍的提取路径一样,提取出来的元件跟布局如图７、１所示

图７、1

依照原理图,我们连接仿真电路、连接好的电路如图7、2所示

?

图7、2

参数设置:

1.电源参数设置:三相电源的电压峰值电压为3８0V,可表示为“220*sｑｒt(2)",频率

为５0Hz,相位分不为0度,—１２０度,—240度。

2.负载参数设置:电阻R＝１0 H=0Ｃ＝inｆ电阻电感R＝1０H=0、01 Ｃ

＝ｉｎf

脉冲参数设置:触发信号的参数设置是本例的难点。本例中有三个触发脉冲,由宽可设为２,振幅设为５。延迟角的设置要特不注意,在三相电路中,触发延时时间并不是直截了当从a换算过来,由于a角的零位定在自然换相角,因此在计算相位延时时间时要增加30度相位、因此当a=0度时,延时时间应设为0、００33。其计算可按以下公式:

t=(α+3０)T/３６0。

触发角a=0度时,延迟角依次设置为:0、00１67,０、0083７,0、０1507

触发角a＝30度时,延迟角依次设置为:0、0０33,0、01,0、01６7

触发角ａ=45度时,延迟角依次设置为:0、00417,0、0１087,0、01７57

触发角ａ＝60度时,延迟角依次设置为:0、００５,0、011７,0、0184

3.晶闸管采纳默认的参数设置

4.仿真参数设置:打开设置窗口,选择ｏde２3ｔb算法,将相对误差设置Le－3,开始

时间为0,停止时间为０、05。

设置好各个参数后,单击运行按钮,就能够进行仿真了。下面我们给出几个特不角的波形。

?电

阻

负

载0

度电阻负载30度电阻负载6０度电阻电感负载60度

电阻电感负载０度 电阻电感负载3０度

本个仿真要注意对脉冲触发时间的设置要准确,而且对示波器的坐标要调整好、 ?实验七 三相桥式全控整流

电阻负载:

一、仿真步骤

1、启动M ＡTLAB,进入ＳIMUL ＩN Ｋ后新建一个仿真模型的新文件。并布置好各元器件、如下图所示:

图8、１

2、参数设置、

电源参数设置:电压设置为3８０V,频率设为50Hz。要注意初相角的设置,ａ相的电压源设为0,ｂ相的电压源设为—1２0,c相的电压源设为－２４0。

负载参数设置:电阻设为1,电感为0,电容无穷大inf。

通用变换器桥的设置:

(1),模块的功能:通用变换器桥模块是由6个功率开关元件组成的桥式通用三相变换器模块。功率电子元件的类不与变换器的结构可通过对话框进行选择。功率电子元件与变换器的类型有Dioｄe桥、Ｔｈyrｉstｏｒ桥、ＭＯＳFEＴ—Ｄiode桥、IＧBＴ-Diodｅ桥、Ｉdea ｌ Switch桥,桥的结构有单相、两相与三相。

(2),仿真模块的图标、输入与输出。通用变换器桥模块的图标如右图所示。模块的输入与输出取决于所选择的变换器桥的结构、当Ａ、B、C被选择为输入端,则直流DＣ(＋,—)端就是输出端。当A、Ｂ、Ｃ被选择为输出端,则直流DC(＋,—)端就是输入端、除二极管桥外,其它桥的“g(puｌse)”输入端可接受来自外部模块的触发信号、

(3),通用变换器桥仿真模块的参数:本例中个参数设置如下图。

图8、2

(4),同步6脉冲触发器的参数设置

该模块有５个输入端,其图标如图所示、

“alpha_deg”是移相控制角信号输入端,单位为度。该输

入端可与“常数”模块相连,也可与控制系统中的控制器输出

端相连,从而对触发脉冲进行移相控制。输入端ＡＢ、BC、C

Ａ是同步线电压的输入端,同步线电压就是连到三相交流电压

的线电压、输入端Bｌock为触发器模块的使能端,用与触发

器模块的开通与封锁操作,当施加大于0的信号时,触发脉冲被

封锁、该模块为一个六维脉冲向量,它包罗6个触发脉冲,移相

控制角的起始点为同步电压的零点,pulsｅs为输出触发信号

端。

同步６脉冲触发器参数设置对话框假如所示,能够设置同步电压的频率跟脉冲宽度,假如勾选了“Double pulsiｎｇ”触发器就能给出间隔60度的双脉冲。

图８、3

(5),常数模块参数设置:常数模块图标如右图所示,该模块只有一个输出端,在本例中只要改变对话框中数值的大小,即可改变触发控制角的大小。其参数对话框如下所示、

图８、4

二、模型仿真

设置好后,即可开始仿真、选择算法为ode23ｔb,stop ｔime设为0、1、点击开始控件。仿真完成后就能够通过示波器来观察仿确实结果。

以下是分不在0度,３0度,45度,60度时的仿真结果。

0度: 30度:

45度: 60度:

电阻电感负载:

带电阻电感性负载的仿真与带电阻性负载的仿真方法基本相同,但须将RＬC的串联分支设