电力电子技术实习报告.docx
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电力电子技术实习报告
第一章MATLAB基础……………………………………………………………………………2
第二章MATLAB/Simulink/PowerSystem工具箱简介…………………………………………2
第三章电力电子电路仿真……………………………………………………………………2
实习一单相半波可控整流电路仿真…………………………………………………………2
一、电路原理图…………………………………………………………………2
二、建立仿真模型………………………………………………………………2
三、设置模型参数………………………………………………………………3
四、模型仿真……………………………………………………………………5
五、仿真及波形分析……………………………………………………………7
实习二三相半波可控整流电路仿真…………………………………………………………7
一、电路原理图…………………………………………………………………7
二、建立仿真模型………………………………………………………………8
三、设置模型参数………………………………………………………………8
四、模型仿真……………………………………………………………………9
五、仿真及波形分析……………………………………………………………13
实习三三相桥式全控整流电路仿真…………………………………………………………13
一、电路原理图…………………………………………………………………13
二、建立仿真模型………………………………………………………………14
三、设置模型参数………………………………………………………………14
四、模型仿真……………………………………………………………………17
五、仿真及波形分析……………………………………………………………20
实习四三相桥式有源逆变电路仿真…………………………………………………………20
一、电路原理图…………………………………………………………………20
二、建立仿真模型………………………………………………………………21
三、设置模型参数………………………………………………………………21
四、模型仿真……………………………………………………………………21
五、仿真及波形分析……………………………………………………………23
第四章实习总结…………………………………………………………………………………23
第1章MATLAB基础
第二章MATLAB/Simulink/PowerSystem工具箱简介
Simulink工具箱的功能是在MATLAB环境下，把一系列模块连接起来，构成复杂的系统模型；电力系统（PowerSystem）仿真工具箱是在Simulink环境下使用的仿真工具箱，其功能非常强大，可用于电路、电力电子系统、电动机系统、电力传输等领域的仿真，它提供了一种类似电路搭建的方法，用于系统的建模。
本章以MATLAB6．1版本为基础，首先概述Simulink和PowerSystem工具箱所包含的模块资源和Simulink／PowerSystem的模型窗口；其次介绍Simulink／PowerSystem模块的基本操作。
第三章电力电子电路仿真
运用现代仿真技术是学习、研究和设计电力电子电路的高效便捷的方法。
实习一单相半波可控整流电路仿真
一、电路原理图
单相半波可控整流电路如图所示。
电路由交流电源、晶闸管、负载以及触发电路组成。
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、设置模型参数和观察仿真结果。
二、建立仿真模型
1．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，如图3－2所示。
在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。
图3－2仿真模型窗口
2．提取电路元器件模块。
在仿真模型窗口的菜单上点击
图标调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。
组成单相半波整流电路的元器件有交流电源、晶闸管、RLC负载。
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。
如图3－3所示。
三、设置模型参数
设置模型参数时保证仿真准确和顺利的重要一步。
有些参数由仿真任务决定，如电压、电流等，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．交流电源。
电压为220V，频率为50Hz，初始相位为0°，如图3－4所示。
2．晶闸管。
晶闸管直接使用了模型的默认参数，也可以另外设置，如图3－5所示。
3．负载RLC。
根据负载要求设置。
如图3－6所示。
4．晶闸管的触发电路。
本实习晶闸管的触发采用简单的脉冲发生器来产生。
控制角以脉冲的延迟时间来表示，如图3－7所示。
四、模型仿真
在模型开始仿真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Simulationparameters，在弹出的对话框中设置的项目很多。
主要有开始时间、终止时间、仿真类型等。
本实习的仿真参数设置如图3－8所示。
在参数设置完毕后即可以开始仿真。
在菜单Simulation下选择Start，立即开始仿真，若要中途停止仿真可以选择Stop。
在仿真计算完成后即可以通过示波器来观察仿真的结果。
在需要观察的点上放置示波器，双击示波器图标，即弹出示波器窗口显示输出波形。
1．电阻性负载时的仿真波形。
调试出：
α＝0°、α＝30°、α＝90°、α＝150°时仿真波形。
2．电阻电感负载接续流二极管时的仿真。
如果要研究电感性负载时电路工作情况，只需重新设置负载参数。
设R的值为2Ω，L的值为，在负载并接二极管，仿真模型如图3－9所示。
调试出：
1、α＝0°时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形、
2、α＝90°时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形
3、α＝90°时晶闸管、二极管两端电压及流过晶闸管、二极管电流波形
五、仿真波形分析
带纯电阻负载输出电压要比带阻感负载输出电压的平均值要大，因为带阻感负载的电路中有阻感，阻感阻碍电流减小，使电源电压过零变负的时候，仍有电流，电流的大小与电感的大小有关系。
带纯电阻负载与带电感有续流二极管的输出电压的波形一样，不同的是电流的波形。
实习二三相半波可控整流电路仿真
一、三相半波可控整流电路原理图
三相半波可控整流电路原理图如图所示。
二、建立仿真模型
1．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，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。
2．提取电路元器件模块。
在仿真模型窗口的菜单上点击
图标调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。
3．将电路元器件模块按三相半波可控整流电路原理图连接起来组成仿真电路。
如图3－23所示。
三、设置模型参数
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。
仿真参数的设置与前相同。
四、模型仿真
在参数设置完毕后即可以开始仿真。
在菜单Simulation下选择Start，立即开始仿真，若要中途停止仿真可以选择Stop。
1．电阻性负载时的仿真波形。
调试出：
α＝30°时输出电压和电流波形，流过晶闸管电流及晶闸管两端电压波形
α＝90°时输出电压和电流波形，α＝90°时流过晶闸管电流及晶闸管两端电压波形
2．电阻电感负载时的仿真。
如果要研究电感性负载时电路工作情况，只需重新设置负载参数。
调试出：
α＝30°时输出电压和电流波形
α＝90°时输出电压和电流波形
α＝60°时流过晶闸管电流及晶闸管两端电压波形
3．电阻电感负载接续流二极管
在负载两端并接二极管，仿真模型如图3－24所示。
调试出：
α＝0°时输出电压、电流以及晶闸管两端电压波形
α＝60°时输出电压、电流以及晶闸管两端电压波形
α＝120°时输出电压、电流以及晶闸管两端电压波形
五、仿真波形分析
在带纯电阻负载的波形中：
由于是三相整流，输出电压和电流是每相输出的包络线。
输出电压和电流波形相同。
由于是电阻负载，所以对电流的阻碍小，没有续流的作用，所以Ud电压不可能出现负值。
在阻感负载的波形中：
负载为阻感负载时，由于电感的作用，对电流有续流作用。
当触发角小于30度时，整流电压波形与电阻负载时相同，因为这两种负载情况下，负载电流均连续。
当触发角大于30度时，电流不连续，输出电压出现负值。
当触发角为90度时，Ud波形中正负面积相等，Ud的平均值为零。
在阻感负载接续流二极管的波形中：
电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。
所以Ud有负值的情况，但当加上续流二极管时，当u2过零变负时，VDR导通，ud为零，所以不存在为负值的情况。
但输出电流为连续的。
实习三三相桥式全控整流电路仿真
一、三相桥式全控整流电路原理图
三相桥式全控整流电路原理图如图3－25所示。
二、建立仿真模型
1．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，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。
2．提取电路元器件模块。
在仿真模型窗口的菜单上点击
图标调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。
3．将电路元器件模块按三相桥式全控整流电路原理图连接起来组成仿真电路。
如图3－26所示。
三、设置模型参数
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。
仿真参数的设置与前相同。
四、模型仿真
在参数设置完毕后即可以开始仿真。
在菜单Simulation下选择Start，立即开始仿真，若要中途停止仿真可以选择Stop。
在仿真计算完成后即可以通过示波器来观察仿真的结果。
在需要观察的点上放置示波器，双击示波器图标，即弹出示波器窗口显示输出波形。
1．电阻性负载时的仿真波形。
调试出：
α＝0°时输出电压和电流波形
α＝60°时输出电压和电流波形
α＝90°时输出电压和电流波形
2．电阻电感负载时的仿真。
调试出：
α＝0°时输出电压和电流波形
α＝30°时输出电压和电流波形
α＝90°时输出电压和电流波形
五、仿真波形分析
将得到的波形进行理论分析，得出结论。
实习四三相桥式有源逆变电路仿真
一、三相桥式有源逆变电路原理图
三相桥式有源逆变电路原理图如图3－29所示。
图3－29三相桥式有源逆变电路原理图
二、建立仿真模型
1．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，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。
2．提取电路元器件模块。
在仿真模型窗口的菜单上点击
图标调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。
3．将电路元器件模块按三相桥式有源逆变原理图连接起来组成仿真电路。
如图3－30所示。
图3－30三相桥式有源逆变电路仿真模型
三、设置模型参数
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。
仿真参数的设置与前相同。
四、模型仿真
在参数设置完毕后即可以开始仿真。
在菜单Simulation下选择Start，立即开始仿真，若要中途停止仿真可以选择Stop。
在仿真计算完成后即可以通过示波器来观察仿真的结果。
在需要观察的点上放置示波器，双击示波器图标，即弹出示波器窗口显示输出波形。
调试出：
α＝90°时输出电压和电流波形
α＝120°时输出电压和电流波形
五、仿真波形分析
逆变和整流的区别仅仅是控制角的不同，整流时的触发角在0~90度之间，逆变状态时触发角在90~180度之间。
整流时的触发角与逆变的逆变角是互补的。
第四章实习总结
通过仿真和分析，可知三相桥式全控整流电路的输出电压受控制角α和负载特性的影响，文中应用Matlab的可视化仿真工具simulink对三相桥式全控整流电路的仿真结果进行了详细分析，并与相关文献中采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。
采用Matlab／Simulink对三相桥式全控整流电路进行仿真分析，避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程，得到了一种直观、快捷分析整流电路的新方法。
应用Matlab／Simulink进行仿真，在仿真过程中可以灵活改变仿真参数，并且能直观地观察到仿真结果随参数的变化情况。
应用Matlab对整流电路故障仿真研究时，可以判断出不同桥臂晶闸管发生故障时产生的波形现象，为分析三相桥式整流电路打下较好的基础，是一种值得进一步应用推广的功能强大的仿真软件，同进也是电力电子技术实验较好辅助工具。
从本文上述系统仿真结果波形可以看出，利用SIMULINK对系统建模及仿真的结果（波形）具有真实性和极高的可信度。
利用该方法还能对非常复杂的电路、电力电子变流系统、电力拖动自动控制系统进行建模仿真。
系统的建模和实际系统的设计过程非常的相似，用户不用进行编程，也无需推导电路、系统的数学模型，就可以很快得到系统的仿真结果。
通过对仿真结果分析就可以将系统结构进行改进或将有关参数进行修改使系统达到要求的结果和性能，这样就大大加快了系统的分析或设计过程[6]。
本文还反映出利用Matlab提供的电力系统工具箱，可以方便、快捷地对所研究的电力电子电路进行各种暂态和稳态仿真。
这对于电路工作状态分析和电路设计指导都有很大帮助,尤其是Simulink在复杂的具有各种控制策略的电力电子系统方面有很大潜力。
仿真结果的可靠性主要取决于系统Matlab模型的正确程度,但Simulink不能直接解决具有不同电路初始状态的仿真问题。
随着仿真技术在电力科学研究中的普及和发展,使用基于图形界面仿真建模方式的仿真软件Matlab适用范围极广,几乎可用于所有工程领域的仿真[7]。
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