电力电子技术应用实例MATLAB仿真

目录摘要 (1)关键词 (1)1.引言 (1)2.单相半波可控整流电路 (1)2.1实验目的 (1)2.2实验原理 (1)2.3实验仿真 (2)3.单相桥式全控整流电路 (8)3.1实验目的 (8)3.2实验原理 (8)3.3实验仿真 (9)4.三相半波可控整流电路 (10)4.1实验目的 (10)4.2实验原理 (11)4.3实验仿真 (12)5. 三相半波有源逆变电路 (14)5.1实验目的 (14)5.2实验原理 (14)5.3实验仿真 (15)6.三相桥式半控整流电路 (17)6.1 实验目的 (17)6.2实验原理 (17)`6.3 实验仿真 (17)7.小结 (19)致谢 (19)电力电子技术应用实例的MATLAB 仿真摘 要 本文是用MATLAB/SIMULINK 实现电力电子有关电路的计算机仿真的毕业设计。

论文给出了单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相半波可控整流电路、三相半波有源逆变电路、三相桥式全控整流电路的实验原理图、 MATLAB 系统模型图、及仿真结果图。

实验过程和结果都表明：MATLAB 在电力电子有关电路计算机仿真上的应用是十分广泛的。

尤其是电力系统工具箱－Power System Blockset （PSB ）使得电力系统的仿真更加方便。

关键词 MATLAB SIMULINK PSB 电力电子相关电路1.引言MATLAB 是由Math Works 公司出版发行的数学计算软件，为了准确建立系统模型和进行仿真分析，Math Works 在MATLAB 中提供了系统模型图形输入与仿真工具一SIMULINK 。

其有两个明显功能：仿真与连接，即通过鼠标在模型窗口画出所系统的模型，然后可直接对系统仿真。

这种做法使一个复杂系统模型建立和仿真变得十分容易。

[4][2]在1998年，MathWoIks 推出了电力系统仿真的电力系统工具箱－Power System Blockset （PSB ）。

其中包括了电路仿真所需的各种元件模型，包括有电源模块、基础电路模块、电力电子模块、电机模块、连线器模块、检测模块以及附加功率模块等七种模块库。

每个模块库中包含各种基本元件模型，如电源模块中有直流电压、电流源，交流电压源、电流源，受控电压源、电流源等五种电源模型。

电力电子模块库包含了理想开关元件、晶闸管、功率场效应管、可关断晶闸管等多种功率开关元件模型；电机模块库中包含了各种电机模型。

如异步电动机、同步电动机、永磁同步电动机等。

只需将模块中的元件拖到SIMULINK 窗口中，通过参数设置对话框设置参数就可以实现电路和电力系统的仿真了。

[4][5]由于本文是对基本电路一个个进行仿真，采用实验报告的方式会比较简单，明了，所以格式会和一般的论文有所不同。

2.单相半波可控整流电路2.1实验目的：掌握单相半波可控整流电路MATLAB 仿真方法，会设置各模块的参数。

2.2实验原理：图为单相半波可控整流器原理图及接电阻性负载和电感性负载时的原理图。

电阻性负载的特点是电压和电流成正比，波形相同并且同相位，电流可以突变。

负载端电压d U =0.452U (1+cos α)/2.[1]式中，2U 为变压器二次侧相电压，α为晶闸管出发控制角。

单相半波可控整流器原理图对电感性负载，当流过电感的电流变化时，电感两端产生感应电势，感应电势对负载电流的变化有阻止作用，使得负载电流不能突变。

当电流增大时，电感吸收能量储存，电感的感应电势阻止电流增大；当电流减少时，电感释放出能量，感应电势阻止电流的减少，输出电压，电流有相位差。

U的波形发生变化，负载上的输出电压平均通过改变触发角α的大小，直流输出电压d值发生变化。

当α=180︒，由于晶闸管只在电源电压正半波（0～180︒）内导通。

输出电U为极性不变但瞬时值会变化的脉动直流。

所以称半波整流。

压d2.2.1触发延迟角α与导通角θ触发延迟角α也称触发角或延迟角，是指晶闸管从承受正向电压开始到刚导通时之间的点角度。

导通角θ是指晶闸管在一周期内处于通态的电角度。

出电压单相半波可控整流器在电阻性负载情况下，控制角α与导通角θ的关系为α+θ=180︒[1]2.2.2移相与移相范围U出现的时刻，即改变控制角α的大小。

移相是指改变触发脉冲gU的移动范围，它决定了输出电压的变化范围。

单相半波可控整流移相范围是指触发脉冲g器电阻性负载时的移相范围是0～180︒。

2.3计算机仿真实验2.3.1带电阻性负载的仿真实验启动MATLAB，进入SINMULINK后新建文档，绘制单相半波可控整流器结构模型图，如图所示。

双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。

2.3.1.1晶闸管元件参数设置[3]可关断晶闸管元件的参数设置对话框双击晶闸管模块，元件参数设置对话框如下。

晶闸管元件内电阻on R ，单位为Ω。

晶闸管元件内电感on L ，单位为H 。

注意，电感不能设置为0。

晶闸管元件的正向管压降f V ,单位为V 。

电流下降到10%的时间f t ，单位为秒（s ）。

电流拖尾时间q T ，单位为秒（s ）。

初始电流c I ，单位为A ，与晶闸管元件初始电流的设置相同。

通常将c I 设置为0 。

缓冲电阻s R ，单位为Ω，为了在模型中消除 缓冲电路，可将s R 参数设置为inf 。

缓冲电容s C ，单位为F ，为了在模型中消除 缓冲电路，可将缓冲电容s C 设置为0。

为了得到纯电阻s R ，可将电容C 参数设置为inf 。

仿真含有可关断晶闸管的电路时，必须使用刚性积分算法。

通常使用ode23tb 或ode15s ，以获得较快的仿真速度。

2.3.1.2单个电阻，电容，电感元件的参数设置[3]双击RLC 模块，单个电阻，电容，电感元件的参数设置对话框如下，本例中设置电阻R=10Ω，电感L=0H ，电容C 为inf 。

串联RLC 分支与并联RLC 分支的设置方法如下表 。

单个电阻、电容、电感元件的参数设置对话框 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R 0 inf R inf 0 单个电容0 L inf inf L 0 单个电感 0 0 C inf inf C2.3.1.3固定时间间隔的脉冲发生器参数设置[3]双击脉冲发生器模块(Pulse), 固定时间间隔的脉冲发生器参数设置对话框如下。

本例H），脉冲宽度中振幅设置为5V，周期与电源电压设置的一致，为0.02s（即频率为50Z为2，初相位（控制角）为0.0025（45︒）固定时间间隔的脉冲发生器参数设置对话框2.3.1.4电源电压的参数设置[3]双击电源电压的模块，参数设置对话框如下，本例中电源电压的幅值为100V，初相位为0︒，电源电压的周期与固定时间间隔的脉冲发生起的周期都为0.02s。

电源电压的参数设置对话框2.3.1.5仿真参数设置[3]选择“Simulation”菜单中的“Simulation parametes”命令，出现仿真参数设置对话框如下，本例选择ode23tb算法，将相对误差设置为0.001。

开始仿真时间设置为0.0，停止仿真时间设置为0.1.仿真参数设置对话框2.3.1.6信号标签的传递[3]信号标签传递的方法有两种：2.3.1.6.1选择信号线并双击，在信号标签编辑框中输入“<>”，在此括号中输入信号标签即可传递信号标签，然后选择“Edit”菜单中的“Update Diagram”命令来刷新模型。

2.3.1.6.2选择信号线，然后选择“Edit”菜单中的“Signal Properties”命令；或单击右键，选择弹出快捷菜单中的“Signal Properties”，出现对话框，在“Signal name”下写上信号线的名称。

当一个带有标签的信号与Scope模块连接时，信号标签将作为标题显示。

2.3.1.7仿真单击“Simulation”菜单下的“Start”命令进行仿真。

双击示波器模块，得到仿真结果。

控制角为0︒控制角为45︒2.1.8示波器参数的设置[3]单击示波器工具栏的“Scope parameters”图标，出现“General”选项卡和Data history”选项卡对话框。

本例中设置的坐标系树木为6，显示时间为0.1（设置的是横坐标）坐标标签为all。

单击右键，选择弹出快捷菜单中发“Axes properties”命令，出现示波器的纵坐标参数设置对话框。

本对话框设置的是触发信号纵坐标。

“General”和“ Data History”选项卡对话框示波器的纵坐标参数设置对话框2.3.2带电阻电感性负载的仿真试验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上是相同的。

但是需要将RLC 的串联分支设置为电阻电感性负载。

在本例中，设置电阻R=1Ω,L=0.01H,电容为inf。

下图分别为控制角为0和45时的仿真结果。

控制角为0︒控制角为45︒3.单相桥式全控整流电路3.1实验目的掌握单相桥式全控整流负载电路MATLAB的仿真方法，会设置各模块的参数。

3.2实验原理电路如图所示，图中DJK03是实验装置上的晶闸管出发控制电路，假设电路已工作在稳态。

带电阻电感性负载的单相桥式全控整流试验原理图在2U 正半周期，触发角α处给 1VT 和4VT 加触发脉冲使其开通，d U =2U 。

负载中有电感存在是负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流d I 连续且波形近似为一水平线，2U 过0边负时，由于电感的 作用晶闸管1VT 和4VT 仍流过电流d I ，并不关断。

至ωt=π+α时，给3VT 和2VT 加触发脉冲，因为3VT 和2VT 已经承受正电压，所以两管导通。

3VT 和2VT 导通后，2U 通过3VT 和2VT 分别想1VT 和4VT 施加反压是1VT 和4VT 关断，流过1VT 和4VT 的电流转移到3VT 和2VT 上，此过程为换相或换流。

至下一周期重复上述过程，如此循环，其平均值为 d U =20.9cos U α[1]3.3实验仿真带电阻电感性负载的仿真：启动MATLAB ，进入SIMULINK 后建文档，绘制单相桥式全控整流电路模型，如图，双击各模块，在出现的对话框内设置各模块。

注意：触发脉冲“Pulse”和“Pulse2”的控制角必须相同，“Pulse1”和“Pulse3”的控制角设置必须相同，否则会烧坏晶闸管。

设置好各模块参数，单击工具栏的◣按钮或“Simulation”菜单下的“Start”命令进行仿真。

双击各模块，得到仿真结果。

控制角为0︒控制角为90︒4.三相半波可控整流电路4.1实验目的：掌握三相半波可控整流电路MATLAB的仿真方法，会设置各模块的参数。