1电力电子电路仿真解析
电力电子电路分析与仿真实验报告
电力电子电路分析与仿真实验报告实验目的：1.理解电力电子电路的基本工作原理；2.熟悉电力电子电路的常用元件，如二极管、晶闸管等；3.学习使用仿真软件进行电力电子电路的模拟分析。
实验仪器与软件：1.电力电子实验箱；2.PC机；3. Multisim仿真软件。
实验步骤：1.搭建一个简单的单相半波整流电路，其中包括一个二极管、一个负载电阻和一个输入交流电源。
2. 打开Multisim仿真软件，选择电力电子电路仿真模块，并导入所搭建的电路图。
3.模拟设置输入交流电源的电压、频率等参数，并运行仿真。
4.观察仿真结果，记录输出直流电压、负载电流及负载电压的波形。
5.更改交流电源的电压、负载电阻的数值，并重新仿真，观察输出波形的变化。
6.搭建一个三相桥式整流电路，其中包括六个二极管和一个负载电阻。
7. 导入三相桥式整流电路图到Multisim仿真软件，并设置相关参数进行仿真。
8.观察输出直流电压、负载电流及负载电压的波形，并记录数据。
9.更改电源电压及负载电阻的数值，重新进行仿真分析。
实验结果与分析：在进行了以上实验步骤后，我们分别得到了单相半波整流电路和三相桥式整流电路的仿真结果。
通过观察输出波形和记录的数据，我们发现以下几个规律：1.在单相半波整流电路中，输出直流电压的平均值较输入交流电压的峰值小，且具有脉动。
负载电流和负载电压的波形与输入交流电压的波形相同，只是幅值减小。
2.在三相桥式整流电路中，输出直流电压的平均值较输入交流电压的峰值小，且同样存在脉动。
负载电流的波形是一个六段的锯齿波，而负载电压的波形是一个脉冲波。
结论：通过本次实验，我们深入了解了电力电子电路的基本工作原理，并熟悉了常用的电力电子元件。
同时，通过使用Multisim仿真软件进行电路仿真分析，我们能够更直观地观察到电路各个参数的变化情况，提高了实验效率和准确性。
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。
电力电子电路仿真-MATLAB和PSpice应用.pptx
6.6 电力电子电路的PSpice仿真
6.6.2基本分析举例及仿真波形的处理
例6-1：二极管半波整流电路仿真（仿真参数为瞬态分析print step:1us, run to time:100ms。使用元件分别为：Vsin、Dbreak、Cbreak、
Rbreak ） 练习打印及保存波形
6.6 电力电子电路的PSpice仿真
仿真结果
6.6 电力电子电路的PSpice仿真
波形显示窗口内各标示的含义
6.6 电力电子电路的PSpice仿真
打印或保存波形结果 ：
首先要在PSpice窗口调整好输出波形，然后选 Window\Copy to Clipboard...选项，设置选项， 这里可以保持原来Probe显示的本来颜色，也可 以把背景反白，也可以将所有颜色变为黑白色， 点选后按”OK”按钮键即可将目前工作窗口内的 波形送至剪贴板内，可将波形图直接粘贴到文 档中，也可用图形处理程序再行处理后使用。
6.4 PSpice文件
6.4.3 .OUT .DAT文件 .OUT内容包含有电路的网络连接描述、PSPice指令与选
项、仿真结果、仿真过程中所产生的错误信息。另外经设 置，它也可包含有一些仿真后的输出结果。 .DAT为仿真完后的输出结果，主要是供Probe程序来观测 仿真结果之用。 6.4.4 .PRB .STL .STM .INC文件 . PRB自动记录最后一次的屏幕波形，用户也可以自行设 置存档。 使用激励源编辑程序(Stimulus Editor)来作信号时，.STL 文件内放置这些信号数据。如果使用模型编辑程序 （Model editor)的Model Text View产生文字式输入信号描
364.00us
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“电力电子电路分析与仿真实验”课程建设
ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｐ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ａ ｒ ｅ ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ．Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｍ ｅ ｅ ｔ ｓ ｏ ｃ ｉ ｅ ｔ ｙ ｄ ｅ ｍａ ｎ ｄ ｏ ｆ ｒ ｔ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｓ ｌ ｅ ａ ｒ ｎ ｉ ｎ ｇ ， Ｃ Ｄ Ｉ Ｏ
关键词 ： 电力 电子 电路分析与仿真 ； 课程建设 ； 工程教育
中图分类号 ： Ｔ Ｍ９ ２ １ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ８ － ０ ６ ８ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ － ０ ０ ３ ７ ０３ －
Ｃｏ ｕｒ ｓ ｅ Ｃｏ ｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ Ｓ ｉ ｍ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ ｏ ｎ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎｉ ｃ Ｃｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｓ
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法 Ｊ ， 所 以课程 内容 的选 取 要 突 出 电力 电 子 技术 的
电力电子实验报告——单相桥式半控整流电路仿真
仲恺农业工程学院实验报告自动化（院、系）自动化专业121 班组电力电子实验课学号201210344105 姓名彭森荣日期2014年11月20日教师评定实验一：单相桥式半控整流电路仿真一、实验目的：1.通过实验了解单项桥式半控整流电路的工作原理；2.通过仿真发现在没有续流二极管时发生失控的波形图，并分析；3.初步熟悉multisim 13软件的使用。
二、实验器材：实验PC机、multisim 13电路仿真软件等。
三、实验原理：单项桥式半控整流电路中，假设负载的电感很大，且电路已工作在稳态的时候。
在输入交流正弦电压u2，晶闸管在α处的上升沿进行触发，两个不同的触发信号使得两个晶闸管在不同时刻触发。
在u2的正半周，触发信号给VD1进行触发，此时VD2关断，与D4形成通路，构成正向导通桥式电路，这个阶段，若忽略器件的通态电压，那么输出的电压变为0，不会出现负数的情况；同样，当在u2的负半周时，当触发信号到达的时候，VD2被触发而开通，VD1关断，与D3形成通路，构成反向导通桥式电路，这个阶段中，同样假设忽略器件的通态，那么当U2过零边正时，输出电压又变为零。
两次触发使得电流大方向并不发生改变，从而使得输出的电流和电压都是在坐标轴的上方，即数值均不为负数，因此达到了整流的效果。
本实验在进行仿真的时候，没有用到续流二极管（其作用是防止在实际运用的1 / 52 / 5 时候发生失控）进行续流，而是用开关对晶闸管VD2进行间接控制，以便看到失控时的仿真效果。
四、 实验步骤与内容：1. 按照原理的实验图在multisim 中进行操作，如图（1）所示；2. 对脉冲信号源V2，V3进行数据的修改，其中V2修改如图（2）所示，V （3）的修改如图（3）所示；3. 修改电感L 的数据和电阻R 的阻值，不断测试数据是否合适仿真，并把电流器和电压器的阻值分别改为11.246Ω和113.82M Ω；4. 把输入的信号源的相角值由0改为36°，以观察此时的波形图；5. 电子元件的数据修改完成后，点击开始仿真，并打图（1） 图（2）图（3）3 / 5开示波器观察示波的波形，适当时候把开关打开，再观察波形；6. 形成报告，分析结果。
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°。
电力电子实验报告
实验一：单相半波可控整流电路的仿真一、实验名称：单相半波可控整流电路的仿真二、实验原理：在大功率的电力电子电路中广泛采用可控整流电路对输出电压进行控制和调整，以满足各种功率较大的用电器对电源的要求。
可控整流电路最常用的控制器件是晶闸管，因为晶闸管性能可靠、价格低廉、控制电路简单。
整流电路按负载的不同可以分为带电阻负载和带阻感负载两种情况。
在生产实践中，更常见的是后者，即既有电感又有电阻，若负载中感抗ωL>>电阻R时，负载主要呈现为电感，成为电感负载。
三、仿真电路图各项参数为：图中V3 为220V, 50Hz 的正弦交流电源，X1 为晶闸管，V2 为晶闸管的触发脉冲信号源。
触发脉冲的幅度为-10V（对门、阴极间而言是＋10V），脉冲宽度为0.lms，上升、下降时间均为1us，周期等于输入电源V3 的周期(20ms)。
电组R=2Ω，电感L取6.5mH。
四、波形图分析：电压波形图：现象：电压有跳变！上面是电阻电压，下面是电感电压。
相加大概为110V 左右，实验时占空比是50%，正好是110V。
电压突变是晶闸管由断态转向触发时所致。
电感两端的电压电流波形图：现象：上面是电感电流，下面是电感电压。
电压跳变是电流过0点时，晶闸管由断态触发开通时，由于电感L作用使电流不能突变。
电感很大的时候会没有跳变或跳变很小。
电阻电压电流波形图：结论：有跳变，电流从正向负跳变时候跳变要剧烈一点。
五、心得体会：通过本次实验基本上学会了此软件的基本用法。
同时仿真了单相半波可控整流电路，验证了晶闸管的作用及观察到其对电路的影响。
实验二：三相半波可控整流电路的仿真刘峻玮222007322042015 工程技术学院自动化1班一、实验名称：三相半波可控整流电路的仿真二、实验原理：当整流负载容量很大时，或要求直流电压脉动较小时，应采用三相整流电流，其交流侧由三相电源供电。
三相可控整流电路中，最基本的是三相电路可控整流电路，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路以及双反星形可控整流电路等等，均可在三相半波的基础上分析。
电力电子Simulink仿真——整流电路
电⼒电⼦Simulink仿真——整流电路1. 单相可控整流电路1.1 单相半波课本P44晶闸管处于断态时，电路中⽆电流，负载电阻两端电压为零，u2全部施加在VT两端。
如在u2正半周晶闸管承受正向阳极电压期间给VT门极加触发脉冲，则VT开通。
式3-1：{U_d} = \frac{{\sqrt 2 {U_2}}}{{2\pi }}(1 + \cos \alpha )模型：输⼊电压：100V峰值，50Hz；触发：45°，5%；晶闸管压降：0.8V；负载电阻：5Ω。
得到输出如下：按照公式计算输出电压平均值为27.2V，实际输出电压均值26.9V，这是由晶闸管的导通压降引起的。
阻感负载：课本P45到u2由正变负的过零处，电流id已经处在减⼩的过程中，但尚未降到零，因此VT保持通态。
此后，电感L中储存的能量逐渐释放，直⾄id过零点处晶闸管关断并⽴即承受反压。
电阻5Ω，电感0.02H，输出波形如下。
续流⼆极管：课本P46与没有续流⼆极管时的情况相⽐，在u2正半周时两者的⼯作情况是⼀样的；当u2过零变负时，VDR导通，ud为零。
此时负的u2通过VDR向VT施加反压使其关断，L中储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流。
为观察电流连续的情况，将L改为0.05H，同时添加了⼆极管，如下图所⽰。
波形：1.2 单相桥式全控课本P47在单相桥式全控整流电路中，晶闸管VT1和VT4组成⼀对桥臂，VT2和VT3组成另⼀对桥臂。
在u2正半周，若给VT1和VT4加触发脉冲，VT1和VT4即导通，电流经VT1、R 和VT4流动。
在u2负半周，VT2和VT3导通。
式3-9：{U_d} = \frac{{\sqrt 2 {U_2}}}{\pi }(1 + \cos \alpha )模型：按照公式计算输出电压平均值为54.3V，实际输出电压均值52.6V，这是由晶闸管的导通压降引起的。
阻感负载：课本P49加⼊0.05H电感。
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1.1.3 仿真 系统仿真是建立系统、过程、现象和环境的模型（物理模 型、数学模型或其他逻辑模型），在一段时间内对模型进行操作，应 用于系统的测试、分析或训练。
计算机仿真3要素和3个基本活动 模型建立是通过对实际系统的观测或检测，在忽略次要因素及不可检 测变量的基础上，用物理或数学的方法进行描述，从而获得实际系统 的简化近似模型 仿真模型反映了系统模型（简化模型）同仿真器或计算机之间的关系， 它应能为仿真器或计算机所接受，并能进行运行 仿真实验是指对模型的运行
第 1章 绪 论
归纳为：
计算机（数字）仿真是在计算机上，建立形式化的数学模型，然后 按一定的实验方案，通过数值计算的方法展开系统的模型来获得系统 的（动态）行为，从而研究系统的过程。 计算机仿真涉及两步重要的工作： ①必须建立系统的模型； ②要在计算机上对模型进行数值计算。如加以区分，前者称为建模， 而后者可以称为展模。
仿真是基于模型的活动，首先要针对实际系统建立其模型。 然后在上述模型的基础上进行仿真建模。
下一步程序设计即将仿真模型用计算机能执行的程序来描述。 最后要对仿真输出进行分析。
第 1章 绪 论
1.4 计算机仿真技术在电力电子系统中的应用
电力电子技术的现状：
电力电子技术应用范围不断扩大 复杂的非线性数模混合系统 成本增加 设计和分析均带来了巨大的困难 安全性、经济性及进行实验研究的可能性等在现场实验中往往不易做到。
从以下一些方面描述了“仿真”的概念：
对象：仿真针对的对象是系统，包括客观存在的系统与设计中的 系统。 目的：获得系统的动态行为。这是仿真的直接目的。由此而分析 系统、设计系统或进行决策是仿真活动的间接目的。 方法：通过展开系统的模型来获得系统的行为或特性。使用模型 是仿真活动的一个重要特征：这表明获得系统的行为不是 直接对系统进行操作，而是对系统的模型进行操作。为此 首先要建立系统的模型。 方法的实现：应用数值计算的方法来展开模型，获得模型在一定 输入下的输出。这是仿真与其他基于模型分析方法的主要 区别。 设施：计算机。数值计算是在计算机上进行的。
电力电子电路仿真 －MATLAB和PSpice应用
第 1章 绪 论
计算机仿真是建立需研究系统的模型，进而在计算机上对模型进行实 验研究的过程 计算机仿真方法是以计算机仿真为手段，通过在计算机上运行模型来 再现系统的运动过程，从而认识系统规律的一种研究方法 计算机仿真技术是以计算机科学、系统科学、控制理论和应用领域有 关的专业技术为基础，以计算机为工具，利用系统模型对实际的或设 想的系统进行分析与研究的一门新兴技术。现代计算机仿真技术综合 集成了计算机、网络、图形图像、多媒体、软件工程、信息处理、自 动控制等多个高新技术领域的知识，是系统分析与研究的重要手段。 计算机仿真技术具有良好的可控性、无破坏性、安全、可靠、不受外 界条件的限制、可多次重复、高效和经济性等特点 计算机仿真技术经历了模拟计算机仿真、混合计算机仿真、专用数字 计算机仿真、通用数字计算机仿真等阶段，目前已进入基于网络的分 布仿真阶段
第 1章 绪 论
1.3.2 计算机仿真方法的特点
（1）模型参数任意调整 （2）系统模型快速求解 （3）运算结果准确可靠 （4）仿真的结果形象直观
1.3.3 计算机仿真方法的作用 （1）优化系统设计 （2）降低实验成本 （3）减少失败风险 （4）提高预测能力
第 1章 绪 论
1.3.4 计算机仿真的步骤
第 1章 绪 论
1.1.2 模型 在科学方法论中，把模型界定为人们为了特定的研究 目的而对认识对象所做的简化描述
模型方法是通过研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法 可以把模型看作是原型物质的或观念上（如数学的）的类似物 模型分为实物模型和抽象模型两大类 1. 建模活动 模型作为系统的原型在研究时的“替身”，在选择模 型时，要以便于达到研究的目的为前提
第 1章 绪 论
1.1 仿真的基本概念（3个基本概念）
1.1.1 系统 定义为具有一定功能，按某种规律相互联系又相互作 用着的对象之间的有机组合 任何系统的研究都需要关注3个方面的内容，即实体、属性和活动：
实体 组成系统的具体对象； 属性 实体所具有的每一项有效特性（状态和参数）； 活动 系统内对象随时间推移而发生的状态变化。
模型的描述经常可以采用下述一些原则：
（1）相似性 （2）切题性 （3）吻合性 （4）可辨识性 （5）简单化 （6）综合精度
第 1章 绪 论
2. 模型描述的层次 模型可以在不同的抽象层次上来描述一个系统 ： （1）行为层次 （2）状态结构层次 （3）分解结构层次 3. 数学模型 数学模型是根据物理概念、变化规律、测试结果和经验 总结，用数学表达式、逻辑表达式、特性曲线、实验数据等来描述某 一系统的表现形式。数学模型一般是数学方程组。
计算机仿真中采用的模型是数学模型 本质是关于现实世界一小部分和几个方面抽象的数学“映像” 系统的属性用变量表示，而系统的活动则用相互关联的变量间的数学 函数关系式来描述 不可能对系统作完全真实的描述，而只能根据研究目的对它作某种近 似简化的描述
第 1章 绪 论
系统 模型建立 仿真试验 模型 仿真模型建立 计算机
微分方程的数字解法、离散相似法是数字仿真的基础。
第 1章 绪 论1.Biblioteka 仿真的分类模型 物理仿真
数学仿真 半实物仿真
计算机类型 模拟计算机仿真
数字计算机仿真 数字模拟混合仿真
时钟比例关系 实时仿真
亚实时仿真 超实时仿真
系统模型的特性 连续系统仿真
离散事件系统仿真
第 1章 绪 论
1.3 计算机仿真
第 1章 绪 论
电子电路设计自动化（Electronic Design Automation, EDA） 已经渗入 到电子电路设计的各个领域，例如原理图设计、逻辑或模拟电路仿真、 优化设计、最坏条件分析、印刷电路板设计等 电力电子电路的EDA工具也得到了长足的发展。 此类工具大体包括： ①传统的电子电路设计软件。通过引入新的电力电子器件模型可将软件 的应用领域扩展到电力电子系统的设计之中，例如为我国电路设计人 员所熟知的PSpice； ②专用领域仿真软件。例如在控制系统仿真软件MATLAB中加入以理想 开关模型为代表的电力电子器件模型，从而使软件在原有研究领域中 面对采用电力电子装置的问题时仍可进行有效的仿真； ③开发新的电力电子系统专用仿真软件。例如以开关电源设计为目的的 SIMPLIS、PSIM等。