电力电子与电力系统报告兰州交通大学汇编.docx
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电力电子与电力系统报告兰州交通大学汇编
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企业课程实习与实训
（2）报告
评语：
实训过程（50分）
实训报告（40分）
答辩
（10）
总成绩
（100）
专业：
电气工程及其自动化
班级：
电气1301
姓名：
马清宗
学号：
201309431
指导教师：
张蕊萍
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2015年12月14日
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1实训报告
1.1实训题目1.1.1课题一：
三相桥式全控整流电路仿真
仿真三相晶闸管整流器，Us=220V（相电压），fs=50Hz,R=2丄=10mH，。
1.1.2课题二：
直流降压斩波电路仿真
已知直流电源200V，要求将电压降低到100V，负载为电阻电感反电动势负载，电阻为2，电感为5mH，反电动势为80V。
设计一个直流降压斩波器，并选择斩波频率、占空比。
1.1.3课题三：
单相电压型半桥逆变电路仿真
设计单相电压型半桥逆变电路模型，Ud1=Ud2=100V，脉冲周期为0.02s,以
及输出负载的电压电流波形。
1.1.4课题四：
单相交流调压电路（阻感负载）仿真
一单相交流调压器，输入交流电压为220V，50Hz,负载为电阻电感，其中
R=8，L=6。
仿真触发角为60时的输出电压、电流的波形。
1.1.5课题五：
同步发电机突然三相短路暂态过程的仿真
假设一台有阻尼绕组的同步发电机，PN=200MW,Un=13.8kV，f^50Hz，Xd=1.0，Xq=0.6，xd=0.30，xd=0.21，%=0.31，r=0.005，Xf=0.18，XaD=0.25，x$=0.1，Td0=5S，Td=2s，Tq°=1.4s。
若发电机空载，端电压为额定电压，端子突然发生三相短路，且a=0,利用MATLAB/Simulink建立仿真模型，并根据已知参数对各模块进行参数设置。
1）合理选择仿真算法和故障模块中的短路类型，仿真结束时间取为1s，试完
成同步发电机端发生突然三相短路故障的暂态过程仿真，并绘制：
1给出各个元件模块参数设置的窗口图；
2短路发生后的三相定子电流波形；
3短路发生后的定子电流的d轴和q轴分量id、iq以及励磁电流if的波形；
2）分析并回答
①对应a=0，故障模块中的短路发生时间该如何设置？
1.2详细设计及计算1.2.1课题一：
三相桥式整流电路仿真设计步骤
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（1）根据三相桥式整流电路原理图（如图1所示）组织仿真设计电路图（如图2所示）。
晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与ab、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。
编号如图示，晶闸管的导通顺序为VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6。
D
L
B/\
■
VI；VT.\也
图1三相桥式整流电路原理图
Synchrairized
AH
□
■ISiI
Gontinua>u«
\下VTVT^d,
图2三相桥式整流电路仿真电路图
1）电源参数设置：
三相电源Ua=220_V=311V，初相角设为0,Ub=311V,滞后A相120,Uc=311V,超前A相120。
2）三相晶闸管整流器参数设置：
使用默认值。
3）6脉冲发生器设置：
频率为50Hz，脉冲宽度取10%，取双脉冲触发方式。
4）触发角设置：
可以根据需要将alph设置为30°。
5）负载可以根据需要设成纯电阻、纯电感、阻感等，本次仿真中为阻感负载
R=2，L=10mH。
（3）设置仿真参数。
设置仿真时间为0.08s，仿真变步长算法为ode23tbb
Vdta^eirtvn
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（4）启动仿真，观察仿真结果。
仿真结果如图3
o
122课题二：
直流降压斩波器设计仿真步骤
（1）根据直流降压斩波器原理图（如图4所示）组织仿真设计电路图（如图5所示）0
降压斩波电路工作原理：
当V导通的时候，电源E向负载供电，负载电压uO=E,负载电流按指数曲线上升。
当V关断时，负载电流经二极管VD续流，负载电压uO近似为0,负载电流呈指数曲线下降。
T
Z-E
图4直流降压斩波器原理图
JUUI
LMflSurrert
Couhniious
pcwergui
图5直流降压斩波器仿真图
（2）设置元器件参数。
1）电源参数设置：
直流电源E=200V,反电动势为80V。
2）脉冲发生器设置：
脉冲周期为1ms，脉冲占空比：
。
3）负载L=5mH，R=2。
（3）设置仿真参数。
设置仿真时间为0.02s,仿真算法为ode23tbo
（4）启动仿真，观察仿真结果。
仿真结果如图6.
图6直流降压斩波器仿真结果
1.2.3课题三：
电压型单相半桥逆变电路设计仿真步骤
（1）根据单相电压型半桥逆变电路原理图（如图7所示）组织仿真设计电路图
（如图8所示）。
电压型半桥逆变电路有两个桥臂，每个桥臂由一个可控器件和一个反并联二极管组成。
在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，两个电容的连接点便成为直流电源的中点。
3
身丰上ZSVD,
图7电压型单相半桥逆变电路原理图
Udi
Ud2
图8电压型单相半桥逆变电路仿真图
（2）设置元器件参数。
1）电源参数设置：
设置Ud1=Ud2=Ud/2=100V
2）晶闸管整流器参数设置：
使用默认值。
3）触发脉冲设置：
周期为0.02s,脉冲宽度为50%。
5）负载在本次仿真中为阻感负载R=2,L=0.01H。
（3）设置仿真参数。
设置仿真时间为0.1s，仿真算法为ode23tb。
（4）启动仿真，观察仿真结果。
仿真结果见附录I图3.
输出电压uo为矩形波，其幅值为Um=Ud/2。
电路带阻感负载，t2时刻给V1关断信号，给V2开通信号，则V1关断，但感性负载中的电流io不能立即改变方向，于是VD2导通续流，当t3时刻io降零时，VD2截止，V2开通，io开始反向,由此得出电流波形如图9所示
图9电压型单相半桥逆变电路仿真结果
1.2.4课题四：
单相交流调压电路（阻感负载）设计仿真步骤
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（1）根据单相交流调压电路（阻感负载）电路原理图（如图10所示）组织仿真设计电路图（如图11所示）。
工作过程：
若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于u1的角度
图10单相交流调压电路（阻感负载）电路原理图
vri
IMP
Trfli
JbOJb-y
■jntriuoLS
为，当用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后。
图11单相交流调压电路（阻感负载）电路仿真图
（2）设置元器件参数。
1）电源参数设置：
电源U=220~V=311V，初相角设为0。
2）晶闸管整流器参数设置：
使用默认值。
3）脉冲发生器设置：
频率为50Hz,脉冲宽度取30%，触发角设置为60°。
4）负载可在本次仿真中为阻感负载R=8，由于一一，贝U
L=o
（3）设置仿真参数。
设置仿真时间为0.1s，仿真变步长算法为ode23tb。
（4）启动仿真，观察仿真结果。
仿真结果如图12.
时，先计算晶闸管的导通角
_Q
sin（0.6435）=sin（0.6435）翫'
33D
解上式可得晶闸管导通角为：
二二2.727二156.2
cos；：
si2727cosj0.64352.72）7
f3
0.8
-1355（A）
Iin=loi2lvt-19.16（A）
1.2.5课题五：
同步发电机突然三相短路暂态过程的仿真
⑴同步发电机突然三相短路暂态过程的数值计算
利用MATLAB对突然三相短路后的定子电流进行计算的基本步骤如下:
①首先计算各衰减时间常数。
查阅资料可得
Ta=0.16s，Td，0.72s，T/'=0.34s，Td^1.64s。
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由于空载时，Eq（o）=Eq（0）=Eq（o）=U（°）=1,E"d（0）=0,40=0,其中Eq（°）、U（°）为短路前瞬间的空载电势、机端电压，所以可得a相定子电流表达式为
_2.97t0.608t
ia--cos（―：
°）—1.43ecos（，t—：
o）—2.34ecos（，tj：
：
o）
4e".3tcos（-:
0）0.77e_6.3tcos（2t-：
0）
②利用MATLAB对上式进行数值计算并绘图的m文件程序清单见附录。
运行程序得到发电机端突然发生三相短路时的a相定子电流，以及基频分量、
倍频分量和非周期分量的波形见附录I图1,并且短路后的冲击电流标幺值为9.1927。
⑵同步发电机突然三相短路暂态过程的仿真
1）同步发电机端突然发生三相短路故障的暂态过程仿真
（1）同步发电机突然三相短路暂态过程的仿真模型如图13所示。
（2）各个元件模块参数设置的窗口图。
同步发电机模块的参数设置如图14所示，升压变压器模块的参数设置如图15所示，利用Powergui模块的潮流计算和电机初始化窗口计算初始参数如图16所示。
图14同步发电机模块的参数设置
图15升压变压器模块的参数设置
图16利用Powergui模块的潮流计算和电机初始化窗口计算初始参数
・BlaekParam^T^rc：
1丹『电4P杵皐豊Fsuit
FhU*F*.-ulTl&LIk1■皿:
：
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Qhi«bleek-tfic-t：
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dirtfitLy土ratTht-dialer（Kxg*azan-L-Ait■KtTfm.il.C-£~cal弓trri白：
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图17故障模块的参数设置
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2.1.5MATLAB/Simulink环境下仿真波形及分析回答
1）同步发电机端突然发生三相短路故障的暂态过程仿真波形
（1）发电机端突然三相短路时的定子电流仿真波形图见附录I,图2所示。
⑵发电机端突然三相短路时id、q以及if的电流仿真波形图见附录I，图3所示。
2）分析回答
①对应00=0,故障模块中的短路发生时间该如何设置？
答：
从图12可以看出，a相电流滞后a相电压4.43?
，即电流与电压波形的过零点相差0.25ms。
因此在故障模块中设置0.02025S寸发生三相短路故障（讥=：
0），其他参数采用默认设置。
2总结
经过三个星期的课程设计，经过不断的从一无所知到查资料，到自己的慢慢理解，吸收，到最终能灵活的运用一开始觉得陌生的知识后。
我觉得这三周过得很充实，很有意义。
同时也发现了自己的很多不足。
首先，课程设计是培养我们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，是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程，这次课程设计，我从中学到很多的东西，同时巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
其次，通过这次课程设计使我懂得了理论联系实际的重要性，电子电子技术MATLAB仿真涉及三相半波整流电路，有源逆变电路，交流调压电路、交流调功电路、斩控式交流调压电路，通过绘制电路原理图，在simulink环境下建立其仿真模型并进行参数设置，利用示波器观察输入、输出及器件的电压电流波形，加深了对相关电路的认识，并逐渐掌握了simulink仿真方法。
只有把所学的理论知识与实践相结合起来，在实践中得出结论，才能更好的提高自己的独立思考的能力。
在设计的过程中，我们会遇到各种各样的问题，会发现自己的很多的不足，自己知识的缺乏，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固等问题，这使得我们以后学习会更加细致，更加认真的对待学习中遇到的每一个问题。
3参考文献
[1]李传琦•电力电子技术计算机仿真实验[M].北京：
电子工业出版社,2007.
[2]于群,曹娜等.MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真[M].北京:
机械工业出版社,2012.
[3]王兆安，刘进军等•电力电子技术[M].北京:
机械工业出版社,2009.
[4]于永源，杨绮雯等•电力系统分析[M].北京：
中国电力出版社,2007.
附录I同步发电机突然三相短路暂态过程的仿真
MATLAB/Simulink下系统模型图及运行结果
程序
%%******************************************************************
N=48;
t1=（0:
0.02/N:
1.00）;
fai=0*pi/180;%空载短路全电流表达式
Ia=（-cos（2*pi*50*t1+fai）-1.43*exp（-2.97*t1）.*cos（2*pi*50*t1+fai）-2.34*exp（-0.608*t1）.*cos（2*pi*
基频分
50*t1+fai）+4*exp（-6.3*t1）.*cos（-fai*pi/180）+0.77*exp（-6.3*t1）.*cos（2*2*pi*50*t1+fai））;%量
Ia1=-cos（2*pi*50*t1+fai）-1.43*exp（-2.97*t1）.*cos（2*pi*50*t1+fai）-2.34*exp（-0.608*t1）.*cos（2*pi*50*t1+fai）;%倍频分量
Ia2=0.77*exp（-6.3*t1）.*cos（2*2*pi*50*t1+fai）;%非周期分量Iap=4*exp（-6.3*t1）.*cos（-fai*pi/180）;
subplot（4,1,1）;%绘制空载短路全电流波形图
plot（t1,Ia）;
gridon;
axis（[01-1010]）;
ylabel（'Ia（p.u.）'）;
subplot（4,1,2）;%绘制基频分量波形图
plot（t1,Ia1）;
gridon;
axis（[01-1010]）;
ylabel（'Ia1（p.u.）'）;
subplot（4,1,3）;%绘制倍频分量波形图
plot（t1,Ia2）;
gridon;
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axis（[O1-11]）;
ylabel（'la2（p.u.）'）;
subplot（4,1,4）;%绘制非周期分量波形图
plot（t1,lap）;
gridon;
axis（[01-1010]）;
ylabel（'Iap（p.u.）'）;
xlabel（'t/s'）;
程序运行结果：
（1）发电机端突然三相短路时的a相定子电流仿真波形:
图1发电机端突然发生三相短路时的a相定子电流波形图
（2）发电机端突然三相短路时的定子电流仿真波形：
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图2发电机端突然三相短路时的定子电流仿真波形图
⑶发电机端突然三相短路时id、iq以及if的电流仿真波形:
图3发电机端突然三相短路时id、iq以及if的电流仿真波形图
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