MATLAB软件应用及仿真Word文档格式.docx

MATLAB软件应用及仿真Word文档格式.docx

《MATLAB软件应用及仿真Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MATLAB软件应用及仿真Word文档格式.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

1.王兆安、刘进军.电力电子技术（第五版）.北京：

机械工业出版社，2010.

2.周渊深.电力电子技术与MATLAB仿真.北京：

中国电力出版社,2005.

3.林飞、杜欣.电力电子应用技术的MATLAB仿真.北京：

中国电力出版社,2009.

4.洪乃刚.电力电子、电机控制系统的建模和仿真.北京：

机械工业出版社,2010.

指导教师（签名）：

20年月日

1.单相半波可控整流系统………………………………………………………………………1

晶闸管的仿真………………………………………………………………………………1

晶闸管模型………………………………………………………………………………1

晶闸管参数及其设置……………………………………………………………………1

单相半波可控整流电路的仿真……………………………………………………………2

电路图及工作原理………………………………………………………………………2

建立仿真模型……………………………………………………………………………2

模型参数简介与设置……………………………………………………………………3

仿真结果…………………………………………………………………………………5

2.晶闸管三相桥式整流系统的仿真……………………………………………………………9

电路图及工作原理…………………………………………………………………………9

建立仿真模型………………………………………………………………………………9

模型参数简介与设置………………………………………………………………………10

仿真结果……………………………………………………………………………………12

3.降压斩波电路（Buck变换器）………………………………………………………………14

可关断晶闸管（GTO）的仿真………………………………………………………………14

可关断晶闸管模型………………………………………………………………………14

可关断晶闸管参数及其设置……………………………………………………………14

Buck变换器的仿真…………………………………………………………………………15

电路图及工作原理………………………………………………………………………15

建立仿真模型……………………………………………………………………………15

模型参数简介与设置……………………………………………………………………16

仿真结果……………………………………………………………………………………17

4.升压斩波电路（Boost变换器）……………………………………………………………18

绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的仿真……………………………………………………18

绝缘栅双极型晶体管模型……………………………………………………………18

绝缘栅双极型晶体管参数及其设置…………………………………………………18

Boost变换器的仿真………………………………………………………………………19

电路图及工作原理………………………………………………………………………19

建立仿真模型……………………………………………………………………………19

模型参数简介与设置……………………………………………………………………19

仿真结果……………………………………………………………………………………20

5.相位控制的晶闸管单相交流调压器带系统的仿真…………………………………………21

电路图及工作原理…………………………………………………………………………21

建立仿真模型………………………………………………………………………………21

模型参数设置………………………………………………………………………………21

仿真结果……………………………………………………………………………………22

6.课程设计总结…………………………………………………………………………………24

参考文献………………………………………………………………………………………25

1.单相半波可控整流系统

晶闸管的仿真

晶闸管模型

晶闸管是一种门极信号触发导通的半导体器件。

晶闸管有两个输入端和两个输出端，第一个输入与输出是阳极媏（a）与阴极端（k），第二个输入（g）是门极控制信号端如图①，当勾选“Showmeasurementport”项时便显示第二个输出端（m）如图②，这是晶闸管检测输出向量[IakUak]端，可连接仪表检测流经晶闸管的电流（Iak）与晶闸管的正向压降（Uak），晶闸管组件的符号和仿真模型图如图所示。

图①图②

晶闸管组件的符号和仿真模型

晶闸管参数及其设置

在模型结构图中，当鼠标双击模型时，则弹出晶闸管参数对话框，如下图所示

“ResistanceRon（Ohms）”：

晶闸管导通电阻Ron（Ω）。

“InductanceLon（H）”：

晶闸管元件内电感Lon（H）。

电感参数与电阻参数不能同时设为0

“ForwardvoltageVf（V）”：

晶闸管元件的正向管压降Vf（V）。

“InitialcurrentIc（A）”：

初始电流Ic（A）。

“SnubberresistanceRs（ohms）”：

缓冲电阻Rs（Ω）。

“SnubbercapacitanceCs（F）”：

缓冲电容Cs（F）。

可对Rs与Cs设置不同的数值以改变或者取消吸收电路。

“Showmeasurementport”为设置是否显示检测端（m）。

需要说明的是，含有晶闸管模型的电路仿真时，最好采用特定的算法Ode23tb与Oder15s，而当电路进行离散化处理时，晶闸管的内电感量应设为0。

单相半波可控整流电路的仿真

电路图及工作原理

单相半波可控整流电路（阻-感性负载）图

如上图所示，当晶闸管VT处于断态时，电路中电流Id=0，负载上的电压为0，U2全部加在VT两端，在触发角α处，触发VT使其导通，U2加于负载两端，由于电感L的存在使电流id不能突变，id从0开始增加同时L的感应电动势试图阻止id增加，这时交流电源一方面供给电阻R消耗的能量，一方面供给电感L吸收的电磁能量，到U2由正变负的过零点处处id已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍处于导通状态，当id减小至零，VT关断并承受反向压降，电感L延迟了VT的关断时刻使Ud波形出现负的部分。

建立仿真模型

根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，整体模型如图所示

单相半波晶闸管可控整流电路（阻感负载）的仿真模型

仿真参数：

选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3

开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为，如下图所示

模型参数简介与设置

1交流电压源

提取路径：

Simulink\SimPoweSysten\Electrical\ACVoltageSource

“Peakamplitude”:

正弦电压峰值Um，单位V，

“Phase”：

正弦电压初相角φ,单位度，

“Frequency”：

正弦电压频率f，单位Hz，

“Sampletime”：

采样时间，单位s，

本实验参数设置为频率50Hz，电压幅值220V，其他为默认设置，如右图所示。

②晶闸管

Simulink\SimPoweSysten\PowerElectronics\Thyristor

设置“SnubberresistanceRs（ohms）”缓冲电阻Rs=500Ω，

缓冲电容Cs为无穷大inf

其他为默认设置，如右图所示

③RLC元件

Simulink\SimPoweSysten\Elements\SeriesRLCBranch

设置“Resistance（Ohms）”

电阻R=1Ω，

“InductanceLon（H）”

电感L=5e-3H，

“capacitance（F）”

电容为无穷大inf，

“measurements”测量选None

如右图所示

④脉冲信号发生器

Simulink\Simlink\Source\PulseGenerator

“Amplitude”：

脉冲幅值，

“Period（secs）”：

周期（秒），

“PulseWidth（%ofPeriod”：

脉冲宽度（周期的百分数），

“Phasedelay（secs）”：

相位延迟（秒）。

振幅A=3V，周期T=，占空比10%，时相延迟（1/50）x（α/360）s，如右图所示，α为移相控制角

⑤示波器

设置Numberofaxes为5，

显示5段波形，分别为脉冲电压Ug，晶闸管两端电压UVT，负载电流id，负载电压ud，电源电压U2。

⑥电压电流测量

无需设置直接使用

仿真结果

设置触发脉冲α分别为0°

、30°

、60°

、90°

、120°

。

其产生的相应波形分别如图所示。

在波形图中第一列为脉冲电压Ug波形，第二列为晶闸管两端电压UVT波形，第三列为负载电流id波形，第四列为负载电压ud波形，第五列为电源电压U2波形。

阻感负载触发角ɑ=0°

阻感负载触发角ɑ=30°

阻感负载触发角ɑ=60°

阻感负载触发角ɑ=90°

阻感负载触发角ɑ=120°

将阻感性负载改为电阻性负载，再分别设置触发脉冲α为0°

电阻负载触发角ɑ=0°

电阻负载触发角ɑ=30°

电阻负载触发角ɑ=60°

电阻负载触发角ɑ=90°

电阻负载触发角ɑ=120°

2.晶闸管三相桥式整流系统的仿真

以α=0°

为例，6个晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，触发脉冲为宽脉冲宽度大于60°

，保证了每个时刻均有两个晶闸管导通，当VT1-VT2导通时桥臂输出电压为Uac，然后VT2-VT3导通输出电压为Ubc，VT3-VT4导通输出电压为Uba，VT4-VT5导通输出电压为Uca，VT5-VT6导通输出电压为Ucb，VT6-VT1导通输出电压为Uab。

因此输出整流电压Ud波形为线电压在正半周的包络线

根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，整体模型如下图所示

三相桥式全控整流系统（电阻负载）的仿真模型

仿真参数：

开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为，

①交流电压源

三相交流电源通过三个频率为50Hz、幅值为220V、相位两两相差120°

，A相的设置如右图所示，另外两相设置为B相相位滞后A相120°

，Phase设置为-120°

，C相相位超前A相120°

，Phase设置为120°

，测量“measurements”三相都要选Voltage，以便使用万用表测量电压

②通用桥

输入端A,B,C为三相交流的相电压输入端子，输入端g为触发脉冲输入端子，+,-为整流器输出正负极端子。

“Numberofbridgearms”：

通用整流桥臂的相数，

缓冲电阻Rs（Ω），

缓冲电容Cs（F），

“PowerElectronicdevice”：

电力电子器件的种类，默认晶闸管

“Ron（Ohms）”：

器件内电阻（Ω），

“Lon（H）”：

器件内电感（H），

整流桥门槛电压（伏）.

在测量“Measurements”选“Allvoltagesandcurrents”（全部电压和电流）以便测量桥臂内晶闸管的电压和电流，其他参数为默认值.如上图所示

③常量

三相桥式全控整流系统仿真模型要使用两个常量模块，一个提供触发角ɑ的值，一个设置为0连接同步6脉冲触发器的使能端Block，使其能正常工作。

④同步6脉冲触发器

输入端alpha_deg为移相控制角给定信号，用常量模块constant输入控制角α，

输入端AB,BC,CA是同步线电压输入端，

输入端Block是触发器的使能端，当此端置0时，则输出脉冲，

输出端Pulse是触发脉冲的输出，它是一个6维向量，即6个触发脉冲

“Frequencyofsynchronisationvoltages（Hz）”：

同步电压频率（Hz）,

“Pulsewidth（degrees）”：

脉冲宽度（度）

频率设置为50Hz，脉冲用宽脉冲设置为80°

，如右图所示

⑤万用表

三相桥式全控整流系统仿真模型使用了两个万用表，其中一个万用表的参数如右图所示，选中Isw1和Usw1，点击【>

>

】移入右侧的对话框中，分别测量iVT1，uVT1

另一个万用表选择Usrc：

A，Usrc：

B，

Usrc：

C，分别测量A,B,C三相电压

⑥示波器

三相桥式全控整流系统仿真模型使用了两三个示波器，最主要的一个设置Numberofaxes为4，显示4段波形，分别为负载电压ud，负载电流id，脉冲信号电压Ug，

A,B,C三相电压，与万用表连接的示波器，设置Numberofaxes为2，显示2段波形，分别为晶闸管VT1的电压和电流，另一个示波器设置Numberofaxes为3，显示3段波形，分别为A,B,C三相的电流

⑦电压电流测量

由于同步6脉冲触发器的AB,BC,CA端为同步线电压输入端，而三相电源提供的是相电压所以要通过三个电压表进行转换，其他电流电压测量无需设置直接使用

⑧RLC

R=10Ω，L=0H,C=inf（无穷大）

设置触发脉冲α=0°

，负载电压ud，负载电流id，脉冲信号电压Ug，A,B,C三相电压

晶闸管VT1的电压和电流

通过A,B,C三相的电流

设置触发脉冲α分别为30°

、110°

，产生的相应波形分别如图所示，

第一列为负载电压ud波形，第二列负载电流id波形，第三列脉冲信号第四列电压Ug波形，A,B,C三相电压波形。

电阻负载触发角ɑ=110°

3.降压斩波电路（Buck变换器）

可关断晶闸管（GTO）的仿真

可关断晶闸管模型

与晶闸管类似，可关断晶闸管导通条件同传统晶闸管，但是可在门极信号为0的任意时刻关断，可关断晶闸管模型有两个输入端和两个输出端，第一个输入与输出是阳极媏（a）与阴极端（k），第二个输入（g）是门极控制信号端如图①，当勾选“Showmeasurementport”项时便显示第二个输出端（m）如图②，这是可关断晶闸管检测输出向量[IakUak]端，可连接仪表检测流经可关断晶闸管的电流（Iak）与正向压降（Uak），可关断晶闸管组件的符号和仿真模型图如图所示。

图①图②

可关断晶闸管组件的符号和仿真模型

可关断晶闸管参数及其设置

由图可知，GTO的参数设置与晶闸管参数设置几乎完全相同，只是多了两项

“Current10%falltimeTf（s）”：

电流下降时间Tf。

“CurrenttailtimeTt（s）”：

电流拖尾时间Tt。

对于可关断晶闸管GTO模型的电路仿真时，同样宜采用Ode23tb与Oder15s算法。

Buck变换器的仿真

在t=0时刻驱动GTO导通，电源E向负载供电，由于电感L的存在，负载电流i0缓慢上升（电流不能突变），当t=t1时刻，控制GTO关断负载电流经二极管续流，电感L释放电能，负载电流i0下降，至一个周期结束再驱动GTO导通重复上一个周期过程，当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，此时负载电压平均值为

U0=ton*E/（ton+tof）=αE

降压斩波电路（阻感负载）原理图

选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3，

开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为。

①直流电压源

直流电压幅值，单位V.

测量“measurements”选择是否测量电压

设置A=100V，“measurements”选None（不测量电压），如右图所示

②二极管

晶闸管元件内电感Lon（H），电感参数与电阻参数不能同时设为0。

缓冲电容Cs（F），可对Rs与Cs设置不同的数值以改变或者取消吸收电路。

勾选Showmeasurementport其他均为默认设置

③脉冲信号发生器④可关断晶闸管

振幅A=3V，周期T=，所有设置均为默认设置

占空比40%，时相延迟0s，

如下图所示

⑤RLC元件⑥示波器

R=50Ω，L=,C=inf（无穷大）设置Numberofaxes为4，显示4段波

如图所示形，Ug，iVD，i0，u0，如图所示

产生的相应波形分别如图所示。

在波形图中第一列为脉冲电压Ug波形，第二列为二极管电流iVD波形，第三列为负载电流i0波形，第四列为负载电压u0波形，

4.升压斩波电路（Boost变换器）

绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的仿真

绝缘栅双极型晶体管模型

绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是一种栅极信号触发导通的全控型器件。

晶闸管模型有两个输入端和两个输出端，第一个输入与输出是集电极（C）与发射极（E），第二个输入（g）是栅极控制信号端如图①，当勾选“Showmeasurementport”项时便显示第二个输出端（m）如图②，这是IGBT检测输出向量[IakUak]端，可连接仪表检测流经IGBT的电流（Iak）与正向压降（Uak），IGBT组件的符号和仿真模型图如图所示。

绝缘栅双极型晶体管的符号和仿真模型

绝缘栅双极型晶体管参数及其设置

由图可知，IGBT的参数设置与普通晶闸管的参数设置几乎完全相同，另有2个参数类似GTO参数设置。

“Current10%falltimeTf（s）”：

“CurrenttailtimeTt（s）”：

对于绝缘栅双极型晶体管（IGBT）模型的电路仿真时，同样宜采用Ode23tb与Oder15s算法。

Boost变换器的仿真

首先假设电路中电感L的值很大，电容C值也很大。

当IGBT处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1，同时电容C上的电压向负载R供电。

因C值很大，基本保持输出电压u0为恒值，记为U0。

设IGBT处于通态的时间为ton，此阶段电感L上积蓄的能量为EI1ton。

当IGBT处于断态时E和L共同向电容C充电并向负载R提供能量。

设IGBT处于断态的时间为toff，则在此期间电感L释放的能量为（U0-E）I1toff。

当电路工作升压斩波电路（电阻负载）原理图

于稳态时，一个周期T中电感L上积蓄的能量与释

放的能量相等EI1ton=（U0-E）I1toff化简为U0=T*E/toff输出电压高于电源电压

①直流电压源②脉冲信号发生器

设置A=100V，“measurements”设置振幅A=3V，周期T=，

选None（不测量电压），如右图所示占空比40%，时相延迟0s，如图所示

③绝缘栅双极型晶体管（IGBT）④二极管

勾选“Showmeasurementport”项勾选“Showmeasurementport”项其他为默认设置，如图其他为默认设置，如图

⑤RLC元件⑥示波器

R=50Ω,L=，C=3e-6F，如图设置Numberofaxes为5，显示5段波形，如图

仿真结果

产生的相应波形分别如图所示。

在波形图中第一列为通过电感的电流i1波形，第二列为负载电