中南大学工厂供电课程设计报告16

中南大学工程训练报告

课题名称：基于MATLAB的电力电子系统仿真

专业班级：自动化0801班

学号：**********

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指导老师：桂武鸣老师

（一）交流.直流变流器

交流-直流变流器又称整流器、AC-DC 变流器，其作用是将交流电转变为直流电，一般也称整流，并且在整流的同时还对直流电压电流进行调节，以符合用电设备的要求。常用的整流器有单相和兰相整流器，从控制角度区分，有不控、半控和全控整流电路之分，从输出直流的波形来区分，又有半波和全波整流之分。二极管、晶闸管是常用的整流器件，现在采用全控型器件的 PWM 方式整流器也越来越多。整流电路的仿真可以用 powersys 模型库中的二极管和晶闸管等模块来构建，对三相整流电路模型库中有 6-pulse diode bridge 、6-pulse thyristorbridge 、 universal bridge 等模块可以调用，使用这些模块可以使仿真更方便。复杂的大功率多相整流器可以在三相桥的基础上构建。这里主要介绍常用的单相和三相的相控整流电路的仿真。

1. 1 单相桥式全控整流电路仿真

单相桥式全控整流电路如图 1-1 所示，电路由交流电源 U 1 、整流变压器 T、晶闸管 VT1 - VT4 、负载电阻 R 以及触发电路组成。在变压器二次电压的的正半周触发晶闸管 VT1和 VT3，在剧的负半周触发晶闸管 VT2和VT4 ，在负载上可以得到方向不变的直流电，

改变晶闸管的控制

角可以调节输出直

流电压和电流的大

小。该电路的仿真过

程可以分为建立仿

真模型(或称为绘制

仿真电路)，设置模

型参数和观测仿真结果图1-1 单相桥式全控整流原理电路

等几个主要阶段，现分步叙述如下。

1.建立仿真模型

(1)首先建立一个仿真模型的新文件。在 MATLAB 的菜单栏上点击 File ，选择 New ，再在弹出菜单中选择 Model ，这时出现一个空白的仿真平台，在这平台上可以绘制电路的仿真模型。同时也可以在File 菜单下给文件命名，在本例的文件名为 rectifierl 。

(2) 提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单栏上点击圄图标调出模型库浏览器，在模型库中提取适合的模块放到仿真平台上(见图 1-2) 。组成单相桥式整流电路的主要元器件有交流电源、晶闸管、 RLC 负载等，提取元器件模块的路径见表 1-1 。

表 1-1 元器件名称及路径

图 1-2 提取整流电路元器件

(3)将电路元器件模块按单相整流的原理图连接起来组成仿真电路。首先将元器件移动到合适的位置，将光标箭头指向需移动的元器件，按住鼠标左键将元器件移动到指定位置。单相桥需要 4 个晶闸

管模块，这可以使用模块的复制办法，以鼠标左键单击晶闸管模型图标，模型图标的四角出现四个小黑块(.)，表明该模块已被选中，这时同时按住键盘中的 Ctrl 键以及鼠标的左键，移动鼠标则可以将晶闸管模块复制到其他位置。同时点击元器件模块的名称可以修改模块的名称，如将thyristor 改名为 VT1等。

连接模块只需要以光标移向模块的输出端，以左键点住并移动鼠标即可拖拉出一条连线，将连线拉到另一元器件的输入端，松开鼠标即完成一条接线。在本例中，需要将电源AC 的输出端和晶闸管模块VT4 的输出端 k ，同时连接晶闸管模块 VTl 的输入端 a ，这需要使用T 形接头，同样v'口的输入端 a 与 V白的输出端 k 和电源的负极端的连接也要使用T 形接头。为了连接T 形接头1'2与交流电源负极的两个输入端，使用了中性节点(Neutral output)。

在 SIMULINK模型库中没有专门的单相桥式整流器触发模型，这里使用了两个脉冲发生器来分别产生VTl 和 VT3、 VT2和 VT4 的触发脉冲。整流器的负载选用了 RLC 串联电路，可以通过参数设置来改变电阻、电感和电容的组合。连接完成的单相桥式整流电路模型如图 1-3 所示，为了简化仿真过程，在本例中省略了整流变压器。

模型中使用了两种测量仪器，示波器( Scope) 和多路测量器(Multimeter)。示波器可以观测它连接点上的波形，多路测量器(Multimeter) 可以接收一些模块发送出来的参数信号并通过示波器观测，接上观测器后的仿真电路如图 1-4 所习亏。

图 1-3 单相桥式整流电路模型

图 1-4 连接了示波器的单相整流电路模型

2. 设置模型参数。设置模型参数是保证仿真准确和顺利的重要一步，有些参数是由仿真任务规定的，如本例仿真中的电源电压、电阻值等，有些参数是需要通过仿真来确定的。设置模型参数可以双击模块图标弹出参数设置对话框，然后按框中提示输入，若有不清楚的地方可以借助Help 帮助。在本例中，参数设置如下:

(1)交流电压源 u2 ， (即图 1-4 中 u2) 电压为 220V ，频率为 50Hz ，初始相位为 0°。在电压设置中要输入的是电压峰值，在该栏中键入 "220 x sqrt ( 2 )"。在对话框最后的测量选择选中电压"volt唔 e ，"这样，u2 数据可以送入多路测量器(Multimeter) 。

(2) 晶闸管 VTl - VT4 直接使用了模型的默认参数，也可以另外设置。

(3)负载 RLC ， R 的值 2n ， L 的值 0 ， C 的值为 inf ，并在参数页最后的测量选择中选择， "voltage and current" ，这样负载 R 的电压和电流可以通过多路测量器(Multimeter) 观测o

(4) 本例晶闸管的触发采用简单的脉冲发生器(Pu lse Generator) 来产生，脉冲发生器的脉冲周期 T 必须和交流电源 u2 同步。晶闸管的控制角α以脉冲的延迟时间 t 来表示， t = αT/360°，其中，α为控制角， T = 11/, /为交流电源频率。本例在α= 30。时的脉冲发生器参数设置见表 1-2 。