电力电子实验.docx

电力电子实验.docx

《电力电子实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电子实验.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电力电子实验

电力电子学

实验报告册

姓名：

班级：

学号：

指导教师：

实验一内容：

见实验材料

重点：

三相桥式整流电路的建模与仿真、参数设置与调节

难点：

三相桥式整流电路的工作原理、六路脉冲波出现的顺序、触发角相位与输出电压的关系

实验一三相桥式全控整流

一实验目的

1.加深理解三相桥式全控整流电路的工作原理

2.掌握三相桥式全控整流电路的仿真方法，会设置各模块的参数

3.掌握触发角与输出电压的关系

二实验原理

三相桥式全控整流电路工作原理：

图1电路原理图

1带电阻负载时的工作情况

当a≤60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续。

波形图：

由上到下依次为：

三相电压波形、输出直流电压波形、晶闸管电流波形、晶闸管电压波形（下同）

当a>60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值波形图：

：

带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120。

a≤60

整流电压平均值为：

（1-1）

a>60

整流电压平均值为：

（1-2）

2对触发脉冲的要求：

（1）按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。

（2）共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。

同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。

（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。

（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲

可采用两种方法：

一种是宽脉冲触发；一种是双脉冲触发（常用）

（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。

三实验内容

1.三相桥式全控整流电路

2.在整流状态下，改变触发角，分析触发角与输出电压的关系

四实验步骤

1.实验模型搭建

在simulink中新建模型文件如图：

图2三相桥式整流仿真模型图

2.参数设置

1）三相交流电压设置线电压峰值380V，频率50Hz；负载参数设置：

R=45

2）通用桥模块设置如图3，注意下方的测量部分应该选择“测量所有电流与电压（allvoltagesandcurrents），方便通过万用表模块测量晶闸管电流与电压

图3通用桥参数设置图4六脉冲发生器参数设置

3）脉冲发生器参数设置如图4，为宽脉冲触发

4）万用表模块选择测量晶闸管VT1的电压与电流，如图5所示：

图5万用表模块参数设置

3.改变触发角，得到触发角与输出直流电压的关系，设定仿真时间为0.08s。

分别设定a=0，保存两示波器的输出波形为“alpha0_1.jpg”、“alpha0_2.jpg”，记录输出电压平均值；设定a=30，保存两示波器的输出波形为“alpha30_1.jpg”、“alpha30_2.jpg”，记录输出电压平均值；设定a=60，保存两示波器的输出波形为“alpha60_1.jpg”、“alpha60_2.jpg”，记录输出电压平均值；设定a=90，保存两示波器的输出波形为“alpha90_1.jpg”、“alpha90_2.jpg”，记录输出电压平均值。

五实验结论与分析

（1）将不同触发角对应的输出波形图粘贴在下方；

（2）a=0

a=30

a=60

a=90

（2）将不同触发器得到的输出电压平均值的测量值与式（1-1）和（1-2）所计算的电压平均值比较，验证仿真结论的正确性；

实验二内容：

见实验材料

重点：

两种直流斩波电路的建模与仿真、参数设置与调节

难点：

MATLAB/Simulink中电力系统工具箱的应用，两种直流斩波电路的工作原理

实验二直流斩波电路的性能研究

一．实验目的

（1）熟悉直流斩波电路的工作原理

（2）熟悉Buck电路与Boost电路的组成和工作特点

二．实验原理

1.直流降压斩波电路的工作原理（Buck电路）

Buck电路产生低于直流输入电压Ud的平均输出电压Uo。

图1Buck电路结构

工作原理

t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压Uo=E，负载电流io按指数曲线上升。

t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。

通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。

数量关系

•

电流连续：

•负载电压平均值：

•

•负载电流平均值：

•

图2Buck电路波形图

2.直流升压斩波电路的工作原理（Boost电路）

Boost电路产生高于直流输入电压Ud的平均输出电压Uo。

图3Boost电路结构图

工作原理

假设L和C值很大。

V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。

V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。

图4Boost电路波形图

数量关系：

输出电流的平均值Io为：

三．实验内容

两种直流斩波电路的设计与测试

四．试验步骤

1.Buck电路的仿真

（1）启动matlab，进入simulink后新建文档，绘制Buck电路如图5所示；

（2）双击各模块设置参数。

电压源参数：

100V；电阻、电容参数设置：

C=1µF，L=100mH，R=1Ω；脉冲发生器模块（Pulse）：

振幅设置1V，周期0.001s，脉冲宽度50%；

（3）设置好参数后仿真，仿真时间2s，观察输出电压并保存示波器波形图，保存为jpeg格式，命名为“Buck50.JPG”；

图5Buck电路仿真模型图

仿真图形如下：

（4）在步骤

（2）的基础上修改脉冲模块的宽度，将50%改为80%，观察输出电压幅值并保存输出波形，命名为“Buck80.JPG”；

（5）在步骤

（2）的基础上修改脉冲模块的频率，将周期0.001s修改了0.01s，观察保存输出波形，命名为“Buck_Pluse.jpg”；

（6）在步骤

（2）的基础上修改电感，将100mH修改为10mH，观察负载电流并保存输出波形,命名为“Buck_Inductor.jpg”。

2.Boost电路的仿真

（1）启动matlab，进入simulink后新建文档，绘制Boost电路如图6所示；

（2）双击各模块设置参数。

电压源参数：

100V；电阻、电容参数设置：

C=0.7mF，L=100mH，R=10Ω；脉冲发生器模块（Pulse）：

振幅设置1V，周期0.002s，脉冲宽度20%；

（3）设置好参数后仿真，仿真时间2s，观察并保存示波器波形图,命名为“Boost20.jpg”；

图6Boost电路仿真模型图

（4）在步骤

（2）的基础上修改脉冲模块的宽度，将20%改为50%，观察输出电压幅值并保存输出波形,命名为“Boost50.jpg”；

（5）在步骤

（2）的基础上修改脉冲模块的频率，将周期0.001s修改了0.01s，观察输出波形并保存输出波形,命名为“Boost_Pluse.jpg”；

（6）在步骤

（2）的基础上修改电感，将100mH修改为10mH，观察输出电压并保存输出波形,命名为“Boost_Inductor.jpg”。

3.试验台验证

五．试验结论与分析

1.分析两种斩波电路占空比与输出电压幅值的关系

（1）Buck电路

A，将“Buck50.jpg”、“Buck80.jpg”的波形粘贴在下方，描述各波形参数的含义，分析电感电压与电源电压的关系。

B.通过导通比计算实验步骤1的（3）和（4）中输出电压的理想值，与仿真的显示值比较，验证仿真结果的正确性。

C.将“Buck_Inductor.jpg”的波形粘贴在下方，并分析电感减小后对输出的影响

（2）Boost电路

A.将“Boost20.jpg”和“Boost50.jpg”的波形粘贴在下方，描述各波形参数的含义，分析电感电压与电源电压的关系。

B.通过导通比计算试验步骤2的（3）、（4）中输出电压的理想值，与仿真的显示值比较，验证仿真结果的正确性。

C.将“Boost_Inductor.jpg”的波形粘贴在下方，并分析电感减小后对输出的影响。

2.分析PWM脉冲周期变化对输出的影响

将“Buck_Pluse.jpg”和“Boost_Pluse.jpg”的波形图粘贴在下方，并分析与上面各波形的异同点，并解释原因。

实验三内容：

见实验材料

重点：

单相SPWM逆变电路的建模与仿真、参数设置与调节

难点：

单相SPWM电路的工作原理、SPWM脉冲的产生

实验三单相正弦波脉宽调制逆变电路实验

一实验目的

（1）了解电压型单相全桥逆变电路的工作原理

（2）了解正弦脉宽调制（SPWM）调频、调压的原理

（3）研究单相全桥逆变电路触发控制的要求

二实验原理

1正弦脉宽调制（SPWM）控制的基本原理

控制思想：

利用逆变器的开关元件，由控制线路按照一定的规律控制开关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得一组等幅、等距不等宽的脉冲序列，脉宽基本按照正弦分布，以此脉冲序列来等效正弦电压波。

把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。

调制信号波：

正弦波；载波：

等腰三角波或锯齿波

1）单极性PWM控制方式

2）双极性PWM控制方式

电压型单相全桥逆变电路原理如图1所示：

图1单相全桥逆变电路

共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。

两对桥臂交替导通

三实验内容

（1）观测参考波Ur与调制波Uc的波形

（2）观测双极性脉宽调制控制信号的波形

（3）逆变电路输出电压波形的观测

四实验步骤

1双极性PWM控制方式仿真

图2双极性PWM控制发生电路模型图

（1）三角波与正弦波参数设置如图3和4，其余逻辑模块如图2：

图3三角波模块参数设置图4正弦波模块参数设置

（2）设置好模块参数后仿真，观测并保存波形图，命名为“UcUr.jpg”；

2电压型单相全桥逆变电路仿真

（1）绘制电压型单相全桥逆变电路仿真模型图，如图5所示：

图6单相SPWM逆变电路仿真结构图

（2）其中开关器件和二极管模块参数按照默认设定，直流电源（250V）与RL负载（R=10om，L=0.01H）如图6所示；

（3）图7为测量模块结构图，其中subsystem子模块结构如图8所示，其中函数f（u）表达式为：

f（u）=u

（1）*sin（2*pi*50*u（3）+pi*u

（2）/180）

图7测量模块图8子模块结构图

（4）设定仿真时间0.2s仿真，观察并保存输出波形，命名为“DCACPWM.jpg”，记录基波有效值；

（5）将载波频率减小为之前的一半，即参数改为下图所示，观察并保存输出波形；

五实验结论与分析

（1）将参考波Ur与调制波Uc的波形“UcUr.jpg”粘贴在下方；

（2）将“DCACPWM.jpg”粘贴在下方，并结合电路图分析脉冲与负载电压两者的关系，根据公式计算基波电压幅值，并与实验仿真结果比较；

实验四内容：

见实验材料

重点：

理解单项PWM交流调压电路结构和工作原理

难点：

实验平台的熟悉、工作原理的理解

实验四单项AC-AC斩波电路实验

一．实验目的

1．理解单项PWM交流调压电路结构。

2．理解单项PWM交流调压电路的工作原理。

二．实验内容

1．搭建交流斩波电路的Simulink模型。

2．观察输出电压波形。

3．观察占空比对输出电压大小的控制情况。

三．实验步骤

实验中的Simulink模型如下：

1.搭建Simulink模型，主要模块参数设置如下：

方波信号源和交流电源的初始设置

RMS测量模块的初始设置。

注意：

此处频率必须与电源模块中频率一致

观察并记录此时示波器1和2中的波形如下：

2.修改电源模块中的电压幅值，观察两个显示器中电压有效值的变化并列表记录。

要求记录五组不同数据如下：

3.修改电源模块中的频率值（必须相应修改RMS模块中参数），观察两个显示器中电压有效值的变化并列表记录。

要求记录五组不同数据如下：

4.修改方波信号源中的占空比大小，观察两个显示器中电压有效值的变化并列表记录。

要求记录十组不同数据如下：

四实验结论与分析

1.通过实验步骤1~4，分析输出电压大小或波形的影响因素

2.根据实验步骤4分析输出电压与输入电压以及占空比之间的关系