电气工程课程设计MATLAB仿真Word文件下载.docx

电气工程课程设计MATLAB仿真Word文件下载.docx

《电气工程课程设计MATLAB仿真Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电气工程课程设计MATLAB仿真Word文件下载.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

（1）交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题；

（2）此高级语言可用于技术计算；

　（3）此开发环境可对代码、文件和数据进行管理；

　（4）各种工具可用于构建自定义图形用户界面；

　（5）各种函数可将基于MATLAB的算法与外部应用程序和语言（如C、C++、Fortran、Java、COM以及MicrosoftExcel）集成；

　（6）数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等；

　（7）二维和三维图形函数可用于可视化数据；

2.2Matlab/Simulink的使用

Simulink是Matlab软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与Matlab语言的主要区别在于、它与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入的，从而使得用户可以把更多的经历系统模型的构建而非语言的编程上。

所谓模型化图形输入是指Simulink提供了一些功能分类的基本系统模块，用户只需要知道这些模块的输入、输出及模块的的功能，而不必考察模块内部是怎样实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析。

2.3Matlab/Simulink的启动方法

（1）启动Matlab后，单击Matlab主窗口模块按钮

来打开SimulinkLibraryBrowser窗口；

（2）在Matlab的命令窗口输入“Simulink”，结果是将在桌面上出现一个称为SimulinkLibraryBrowser的窗口，

3系统构建与仿真

3.1晶闸管元件应用系统的建模与仿真实例

晶闸管是一种可以通过门极信号触发导通的半导体器件。

晶闸管仿真模型由一个电阻R、一个电感L、一个直流电压源V，和一个开关串联组成。

开关受逻辑信号控制，该逻辑信号由电压、电流和门极触发信号（g）决定。

晶闸管元件的符号和仿真模型如图3-1所示。

图3-1晶闸管元件的符号和仿真模型

晶闸管模块还包括一个RC串联缓冲电路，它通常与晶闸管并联。

缓冲电路的R和C值可以设置，当指定C=inf时，缓冲电路为纯电阻；

当指定R=0时，缓冲电路为纯电容；

当指定R=inf或C=0时，缓冲电路去除。

如图3-2所示

（a）带缓冲电路的图标（b）不带缓冲电路的图标

图3-2晶闸管模块的图标

晶闸管单相半波可控整流电路图及原理如下：

图3-3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。

下面以一个单相半波整流器为例，来说明晶闸管元件应用系统的建模与仿真方法。

建模及仿真步骤如下：

（1）打开Matlab软件：

（2）双击图标“

”，打开SimulinkLibraryBrowser，点击文“File”下的“NewModel”，新建一个模型窗口，命名为“A1”；

（3）在SimulinkLibraryBrowser下面的搜索窗口分别输入相应模块的英文单词，将相应的模块添加到A1中，这些模块的名称分别是：

交流电压源（ACVoltageSource）、脉冲发生器（PulseGenerator）、晶闸管（thyristor）、示波器（Scope）、电压测量模块（VoltageMeasurement）、电流测量模块（CurrentMeasurement），Demux、RLC串联电路模块（SeriesRLCLoad）；

（4）适当连接后，可以得到仿真模型电路如下图3-4所示：

图3-4单相半波整流器仿真模型

（4）双击打开晶闸管对话框，按如下参数进行设置参数：

Ron=0.001Ω；

L=0H；

Vf=0.8V；

R5=20Ω；

C5=4e-6F；

（5）双击打开图3-4中的电压源模块，打开参数设置对话框，按要求设置参数：

Peakamplitude=220V,Phase=0，Frequency=50Hz；

（6）双击打开图3-4中的RLC串联电路模块，打开参数设置对话框，按要求设置参数：

Resistance=1Ω、Inductance=10mH、Capaaitance=inf；

注意：

晶闸管有一个以字母“m”命名的输出端口，该端口输出两路信号：

第一路为晶闸管的电流、第二路为晶闸管的电压，将一个两输出的信号分离器连接到晶闸管的m端上，再将信号分离器的两个输出信号接人四通道示波器，重命名该四通道示波器为Scope（在示波器特性／基础对话框中将轴数设置为4可得到四通道示波器）。

（9）建立给晶闸管thyristor提供触发信号的同步脉冲发生器模型。

仿真窗口中，命名为Pulse，并将其输出连接到thyristor的门极上。

thyristor的触发脉冲受电源控制。

一个周期，给晶闸管thyristor提供一个触发角为a的触发脉冲，双击“pulse”模块，参数设置如下图3-5所示：

图3-5Pulse参数设置对话框

（10）单击图标“

”，然后双击示波器，并单击“

”，就得到单相半波整流器仿真结果图如下图3-6所示：

图3-6单相半波整流器仿真结果图

3.2可关断晶闸管元件组成的Buck变换器仿真

步骤如下：

（4）适当连接后，可以得到仿真模型电路如下图3-7所示：

图3-7可关断晶闸管元件组成的Buck变换器仿真模型

参数设置如下：

（5）双击打开图3-7中的电压源模块，打开参数设置对话框，按要求设置参数：

Amplitude=80；

（6）双击打开图3-7中的RLC串联电路模块，打开参数设置对话框，按要求设置参数：

Resistance=5Ω、Inductance=20mH、Capaaitance=inf；

（7）双击打开图3-7中的Pulse，打开参数设置对话框，按要求设置参

数：

Amplitude=1，Period=0.0002secs，PulseWidth=50，PhaseDelay=0；

（8）双击打开图3-4中的Diode，打开参数设置对话框，按要求设置参

ResistanceRon=0.001，Inductance=0，Forwardvoltage=0.08，Initialcurrent=0，SnubberresistanceRs=500，Snubbercapacitancy=250e-9；

（9）参数设置完后，单击图标“

”，就得到单相半波整流器仿真结果图如下图3-8所示：

图3-8单相半波整流器仿真结果图

3.3晶闸管单相交流调压电路的建模和仿真

操作步骤如下：

”，打开SimulinkLibraryBrowser，点击文“File”下的“NewModel”，新建一个模型窗口，命名为“A2”；

交流电压源（ACVoltageSource）、脉冲发生器（（PulseGenerator）、晶闸管（thyristor）、示波器（Scope）、电压测量模块（VoltageMeasurement）、RLC串联电路模块（Series

RLCLoad）、电流测量模块（CurrentMeasurement）、地（Ground）；

（4）适当连接后，可以得到仿真模型电路如下图3-9所示：

图3-9晶闸管单相交流调压器电路的仿真模型

（4）分别双击打开晶闸管Thyristor和Thyristor1对话框，参数设置为：

R=0.001Ω；

Vf=0.8；

R=500Ω；

C=250e-9F,

（5）双击打开图3-9中的电压源模块，打开参数设置对话框，按要求设置参数：

Peakamplitude=100V,Phase=0，Frequency=50Hz；

（6）双击打开图3-9中的RLC串联电路模块，打开参数设置对话框，按要求设置参数：

（7）双击打开图3-9中的Pulse1，打开参数设置对话框，按要求设置参

Amplitude=1，Period=0.02secs，PulseWidth=40，PhaseDelay=1/150；

（8）双击打开图3-9中的Pulse2，打开参数设置对话框，按要求设置参

Amplitude=1，Period=0.02secs，PulseWidth=40，PhaseDelay=1/250；

”，就得到如图3-10所示的仿真图：

图3-10晶闸管单相交流调压器电路的仿真图

3.4晶闸管三相桥式整流器的建模和仿真

”，打开SimulinkLibraryBrowser，点击文“File”下的“NewModel”，新建一个模型窗口，命名为“A3”；

（3）在SimulinkLibraryBrowser下面的搜索窗口分别输入相应模块的英文单词，将相应的模块添加到A1中，这些模块的名称分别是：

交流电压源（ACVoltageSource）、6脉冲发生器（Synchronized6-PulseGenerator）、通用桥（UniversalBridge）、示波器（Scope）、电压测量模块（VoltageMeasurement）、电流测量模块（CurrentMeasurement），RLC串联电路模块（SeriesRLCLoad）、

常量（Constant）、Multimeter；

（4）适当连接后，可以得到仿真模型电路如下图3-11所示：

图3-11晶闸管三相桥式整流器的仿真模型

（5）打开图3-11中的电源模块组，重新命名为A,B,C；

打开参数设置对话框，按要求进行参数设置，主要的参数有交流峰值电压、相位和频率。

三相电源的相位互差120度。

峰值220V，频率50Hz；

（6）打开图3-11的测量模块组，重新命名为Vab、Vac、Vbc，用于测量三相交流线电压，获得同步电源。

（7）双击打开图3-11中的RLC串联电路模块，打开参数设置对话框，按要求设置参数：

（8）双击打开图3-11中的同步6脉冲触发器模块，按要求设置同步6脉冲触发器参数：

（9）双击打开图3-11中的晶闸管通用桥模块，按要求设置晶闸管通用桥参数：

Rs=1e5，Cs=inf，RonL=1e-3Ω,Forwardvoltage=0；

在Numberofbridgearms的下拉菜单中选择3，在PowerElectronicdevice的下拉菜单中选择晶闸管Thysistor；

（10）参数设置完后，单击图标“

”，就得到单相半波整流器仿真结果图如下图3-12所示：

图3-12晶闸管三相桥式整流器的仿真结果图

3.5绝缘栅双极型晶体管构成的Boost直流变换器仿真

升压式（Boost）变换器的建模与仿真步骤如下：

”，打开SimulinkLibraryBrowser，点击文“File”下的“NewModel”，新建一个模型窗口，命名为“Boost”；

直流电压源（DCVoltageSource）、脉冲发生器（PulseGenerator）、IGBT模块、二极管Diode模块、示波器（Scope）、电压测量模块（VoltageMeasurement）、电流测量模块（CurrentMeasurement），Demux、RLC串联电路模块（SeriesRLCLoad）；

（4）适当连接后，可以得到仿真模型电路如下图3-13所示：

图3-13IGBT元件组成的Buck变换器仿真模型

（5）双击打开图3—13中的电压源模块，打开参数设置对话框，按要求设置参数：

Amplitude=100；

（6）双击打开图3-13中的3个RLC串联电路模块，打开参数设置对话框，按要求设置参数：

R1=0Ω、L1=2e-3、C1=inf；

R2=0Ω、L2=0mH、C2=2e-3；

R3=0Ω、L3=20mH、C3=inf；

（7）双击打开图3-13中的Pulse，打开参数设置对话框，按要求设置参

Amplitude=1，Period=0.0001secs，PulseWidth=50，PhaseDelay=0；

（8）双击打开图3-13中的Diode，打开参数设置对话框，按要求设置参

ResistanceRon=0.001，Inductance=0，Forwardvoltage=0.8，Initialcurrent=0，SnubberresistanceRs=500，Snubbercapacitancy=250e-9；

”，就

得到如图3-14升压式（Boost）变换器的建模与仿真图：

图3-14升压式（Boost）变换器的建模与仿真图

4课程设计总结

这次课程设计历时二个星期多左右，通过这两个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。

课程设计是培养学生综合运用所学知识发现、提出、分析和解决实际问题锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

随着科学技术发展的日新日异，电子技术已经成为当今世界空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。

因此作为二十一世纪的大学来说掌握电子的开发技术是十分重要的。

而仿真软件matlab中的simulink模块中的simpowersystem是专门针对电力系统而设置的专业仿真模块，通过该软件搭建的仿真电路，观察波形输出，初学者可以学到不少东西，由于现实器件的限制，模拟仿真就给我们提供了一个准确理解学习理论的良好途径。

与传统授课方式相比，通过利用Simulink仿真软件，只要对模块的参数作相应的修改，不需再重新构建仿真模型，便可得到各输出量对应不同条件下（如负载不同、控制角不同）的波形，使教学更具有实时性、直观性，也一改传统教学中出现的静止不变的电压和电流波形，使学生可以观测到动态的电压、电流波形，有助于理论知识的理解，更好的掌握课程所授内容。

还记得以前做实验的时候，每当碰到什么问题总是期许马上能得到老师的解答和指导，但往往是如此，自己总是缺少锻炼的机会，缺少独立思考，独立解决问题的方法。

经过这次课程设计后让我懂得了遇到问题首先要冷静下来思考分析，而不是盲目地去寻求别人帮助。

只有经过自己冷静分析后，才能将问题看得更加透彻，跟加清晰，一点点排除问题所在的原因及位置，追根溯源，这样问题自然也就迎刃而解了。

在此过程中，我们通过查找资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了自己独立思考，在各种其它能力上也都有了提高。

在设计过程中，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。

学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

5参考资料

[1]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.

[2]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.

[3]王正林、王胜开、陈国顺.MATLAB/Simulink与控制系统仿真.北京：

电子工业出版2005.

[4]周渊深.电力电子技术与MATLAB仿真.北京：

中国电力出版社,2005.

[5]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.