电力电子技术概诉.docx

1、电力电子技术概诉电力电子技术课程实习学 生 姓 名： 指导教师： 丁丽娜 祝开艳 学 号： 专业名称： 自动化09 所在学院： 信息工程学院 时 间： 2012年6月410日 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Ne

2、w，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31所示。在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。图31 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32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h

3、elp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。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。3负载RLC。根据负载要求设置。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。四、模型仿真以及仿真波形分析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Simulation parameters，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。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

4、，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。电阻性负载仿真图形：图32 电阻性负载调试出：0、30、90、150时仿真波形。举例：当30电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形、晶闸管电压图33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2，L的值为0.01H，在负载并接二极管，仿真模型如图34所示。1.电感性负载仿真图形：图34 接续流二极管的仿真模型调试出：1、0时电源电压、触发脉

5、冲、负载两端电压和电流波形、2、90时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形3、90时晶闸管、二极管两端电压及流过晶闸管、二极管电流波形举例：当90时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形、晶闸管电压图34 仿真波形五、仿真波形分析将得到的波形进行理论分析，得出结论。（1） 电阻性负载特性在电源电压正半波（0区间），晶闸管承受正向电压，在t=处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流Id，负载上有输出电压和电流。在t=时刻，U2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为0。在电源电压负半波（2区间），晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，负载电流为

6、0。直到电压电源U2的下个周期的正半波，脉冲在t=2+处又触发晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流有加在负载上，如此不断反复。 （2）阻-感性负载带续流二极管在电源电压正半波，电压u20，晶闸管uAK0。在t=处触发晶闸管，使其导通，形成负载电流id，负载上有输出电压和电流，此间续流二极管VD承受反向阳极电压而关断。在电源电压负半波，电感感应电压使续流二极管VD导通续流，此时电压u2 0， u2通过续流二极管VD使晶闸管承受反向电压而关断，负载两端的输出电压为续流二极管的管压降，如果电感足够大，续流二极管一直导通到下一周期晶闸管导通，使id连续，且id波形近似为一条直线。以上分析可看出

7、，电感性负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同，续流二极管可起到提高输出电压的作用。在大电感负载时负载电流波形连续且近似一条直线，流过晶闸管的电流波形和流过续流二极管的电流波形是矩形波。对于电感性负载加续流二极管的单相半波可控整流器移相范围与单相半波可控整流器电阻性负载相同，为0180，且有+=180。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见电力电子技术教材。 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

8、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321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。电阻性负载仿真图形：图321 电阻性负载调试出：30时输出电压和电流波形，流过晶闸管电流及晶闸管

9、两端电压波形60时输出电压和电流波形，60时流过晶闸管电流及晶闸管两端电压波形 举例：当30时触发脉冲、负载两端电压和电流波形、晶闸管电压和电流图322 30时波形 举例当60时触发脉冲、负载两端电压和电流波形、晶闸管电压和电流图323 60时波形2电阻电感负载时的仿真。电阻电感负载时的仿真图形：图323 阻感负载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：30时输出电压和电流波形90时输出电压和电流波形60时流过晶闸管电流及晶闸管两端电压波形举例当30时触发脉冲、负载两端电压和电流波形、晶闸管电压和电流图324阻感负载仿真波形 3电阻电感负载接续流二极管电阻电感负载接续

10、流二极管仿真图形：图325 阻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325所示。调试出：0时输出电压、电流以及晶闸管两端电压波形60时输出电压、电流以及晶闸管两端电压波形120时输出电压、电流以及晶闸管两端电压波形 举例当0时触发脉冲、负载两端电压和电流波形、晶闸管电压和电流图326 仿真波形 举例当60时触发脉冲、负载两端电压和电流波形、晶闸管电压和电流图32660五、仿真波形分析将得到的波形进行理论分析，得出结论。 （1）电阻性负载特性a =0时的工作原理分析：晶闸管的电压波形，由3段组成： 第1段，VT1导通期间，为一管压降，可近似为uT1=0 第2段，在VT1关断后，VT

11、2导通期间，uT1=ua-ub=uab，为一段线电压。 第3段，在VT3导通期间，uT1=ua-uc=uac ，为另一段线电压。a = 30时的波形负载电流处于连续和断续之间的临界状态，各相仍导电120 。a 30的情况，负载电流断续，晶闸管导通角小于120 。 （2） 阻-感性负载特性 a 30时，整流电压波形与电阻负载时相同。 a 30时，u2过零时，VT1不关断，直到VT2 的脉冲到来才换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断，因此ud波形中会出现负的部分。 id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。阻感负载时的移相范围为90 。实习三 三

12、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见电力电子教材。 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331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

13、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 电阻性负载时的仿真图形图331 仿真电路模型调试出：0时输出电压和电流波形60时输出电压和电流波形 90时输出电压和电流波形举例当0时输出电压和电流波形图3320仿真波形 举例当60时输出电压和电流波形图33360仿真波形2电阻电感负载时的仿真。 电阻电感负载时的仿真图形：图334 阻感负载调试出：0时

14、输出电压和电流波形30时输出电压和电流波形90时输出电压和电流波形举例当0时输出电压和电流波形图3350仿真波形举例当90时输出电压和电流波形图33690仿真波形五、仿真波形分析将得到的波形进行理论分析，得出结论。（1） 电阻性负载特性当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a 60时，ud波形每600中有一段为零。一旦ud降为零，id也降为零，流过晶闸管的电流即降为零，晶闸管关断，输出整流电压ud为零，波形ud不能出现负值。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 （2） 阻-感性负载特性 当a 60时， ud波形均连续，电路的工作情况与带

15、电阻负载十分相似。阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流id的波形可近似为一条水平线。 a 60时， 阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。电阻负载时，ud波形不会出现负的部分，阻感负载时，ud波形会出现负的部分。 带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为90 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329所示。图340 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

16、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341所示。图341 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

17、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：当90时输出电压和电流波形图342 90仿真波形当120时输出电压和电流波形图343 120仿真波形五、仿真波形分析将得到的波形进行理论分析，得出结论。通过以上的仿真过程分析,可以得到下列结论:有源逆变电路实质上是整流电路工作于移相控制角/ 2 ,且存在一个极性与晶闸管导通方向一致的反电动势时的特殊情况。本文利用Simulink 对三相半波有源逆变电路的仿真结果进行了详细分析,与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 对三相半波或三相桥式全控有源逆变电路进行仿真分析,避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程,得到了一种较为直观、快捷分析有源逆变电路的新方法。同时,该电路模型也适用于整流电路的仿真,只需改变负载参数及移相控制角范围就可实现,因此实用性较强。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