电力电子技术仿真实验指导

电力电子技术仿真实验指导 主编 金石 龚淑秋 申永山

沈阳工业大学

电工理论与新技术及生物医学工程系

电力电子技术课程组

电力电子实验室注意事项

1. 学生进入实验室必须遵守实验记律，听从实验室老师的安排。

2. 实验课和课堂教学一样，应按时进入实验室，不得无故迟到和早退。

3. 进入实验室，注意人身安全，不要随意触摸电源及开关，爱护实验仪器设备。

4. 实验前一定要按要求进行预习，了解实验要求及步骤和方法。

5. 实验结束后，请把仪器设备检查好归位，让老师认可后方可离开。

6. 注意实验室卫生，不得随地吐谈，乱仍废纸及杂物。

目录

仿真实验一单相桥式全控整流电路 (1)

仿真实验二三相桥式全控整流电路 (8)

仿真实验三Cuk升降压变换电路 (11)

仿真实验四三相电压型SPWM逆变器 (13)

仿真实验五单相电流跟踪型逆变器 (16)

仿真实验六单相交流调压器 (19)

仿真实验七无中线星形联结三相交流调压电路 (22)

仿真实验一单相桥式全控整流电路

一、仿真实验目的

1. 熟悉Matlab仿真软件和Simulink模块库。

2. 掌握单相桥式全控整流电路的工作原理、工作情况和工作波形。

二、仿真实验原理

单相桥式全控整流电路如图1-1所示，电路由交流电源u1、整流变压器T、晶闸管VT1~4、负载R以及触发电路组成。在变压器二次电压u2的正半周触发晶闸管VT1和VT3，在u2的负半周触发晶闸管VT2和VT4，由于晶闸管的单向可控导电性能，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。晶闸管触发电路输出脉冲与电源同步是电路正常工作的重要条件。

图1-1 单相桥式全控整流电路原理图

三、仿真实验内容

电路的仿真分为建立仿真模型、设置模型参数和仿真参数、观测仿真结果等几个主要步骤，现叙述如下：

1. 建立仿真模型

（1）打开Simulink仿真平台在Matlab的菜单栏上点击File，选择New，在拉出菜单中选择Model，这时出现一个名为untitled的空白仿真平台，如图1-2所示，在这个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。

图1-2 Simulink仿真平台

（2）提取电路元件模块在仿真平台窗口的菜单栏上点击图标，调出模型库浏览器Simulink Library Browser，在模型库中逐级打开子模型库，选取适合的模块，将其拖拉到仿真平台上，如图1-3所示。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，如表1-1所示。

图1-3 提取仿真模块

表1-1 元器件名称及路径

（3）将电路元器件模块按单相整流的原理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，移动鼠标将元器件拖拉到指定位置。如果需要多个相同模块，例如单相桥需要4个晶闸管模块，这可以使用模块的复制

方法，以鼠标单击晶闸管模块图标，模块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Ctrl键和鼠标左键，移动鼠标，将模块拖拉到复制位置后松开鼠标，则可以将晶闸管模块复制到其他位置。若点击元件模块的名称，可以修改模块名，如将thyristor 改名为VT等。

连接模块只需要将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，将连线拉到另一元件的输入端，松开鼠标即完成一条接线。

在Simulink模型库中没有专用的单相桥式整流电路的触发模块，这里使用了三相桥的触发器（Synchronized 6-Pulse Generator）来产生晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3的触发脉冲，如图1-4所示。用电压测量器取得变压器二次电压信号作为触发器的同步信号，同步信号从触发器AB端输入，触发器的BC、CA端和Block端用常数模块置“0”。Synchronized 6-Pulse Generator产生6路触发信号，通过Demux分解并与变压器二次电压的相位比较，如图1-4所示，图1-4上为变压器二次电压波形，中为第6路触发脉冲，下为第4路触发脉冲，将脉冲相位与正弦波比较，这两路信号可以满足单相桥的触发和移相控制要求，因此将第6路触发脉冲连接VT1和VT4控制极，第4路触发脉冲连接VT2和VT3控制极。

整流器的负载选用了RLC串联电路，通过对话框来改变电阻、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1-5所示。模型中用示波器（Scope）观测连接点上的波形，示波器ud、id观察负载电压和电流，示波器uVT1、iVT1观察晶闸管VT1的电压和电流，示波器pulse观察电源电压和触发脉冲，并且通过Mean Value计算负载两端的电压平均值（示波器Ud）。

图1-4 脉冲与电源同步关系

图1-5 单相桥式晶闸管整流电路模型

2. 设置模块参数

设置模块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

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。设置模块参数可以双击

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。在本仿真中参数设置如下：

1）交流电压源AC，电压为220V，频率为50Hz，初始相位为0°。在电压设置中要求输

220，在该栏中键入220*sqrt(2)，如图1-6a所示。若选择了对话框最后的

入的是电压峰值2

测量项Measurment，电压数据可以通过多路测量仪multimeter观察。

2）变压器参数如图1-6b所示，一次电压为220V（有效值），二次电压为100V（有效值）。

变压器

a) 交流电源 b)

图1-6 交流电源和变压器参数

3）晶闸管VT1~4直接使用了模型的默认参数，也可以另外设置。

4）负载RLC的参数设置，双击模块弹出对话框，如图1-7所示，在对话框第一栏Brabch

type中有多种选择，本仿真选择R或RL，参数设置见对话框。

5）脉冲发生器Synchronized 6-pulse generator的参数设置如图1-8所示，同步频率为50Hz，

脉冲的宽度取10°。