电力电子技术实习报告内容

目录

第一章MATLAB基础 (2)

第二章MATLAB/Simulink/Power System工具箱简介 (2)

2．1 Simulink工具箱简介 (2)

2．2Power System工具箱简介 (3)

第三章电力电子电路仿真 (3)

实习一单相半波可控整流电路仿真 (3)

一、电路原理图 (3)

二、建立仿真模型 (3)

三、设置模型参数 (4)

四、模型仿真 (6)

五、仿真及波形分析 (9)

实习二三相半波可控整流电路仿真 (10)

一、电路原理图 (10)

二、建立仿真模型 (10)

三、设置模型参数 (11)

四、模型仿真 (11)

五、仿真及波形分析 (14)

实习三三相桥式全控整流电路仿真 (15)

一、电路原理图 (15)

二、建立仿真模型 (15)

三、设置模型参数 (16)

四、模型仿真 (17)

五、仿真及波形分析 (19)

实习四三相桥式有源逆变电路仿真 (19)

一、电路原理图 (19)

二、建立仿真模型 (19)

三、设置模型参数 (21)

四、模型仿真 (21)

五、仿真及波形分析 (22)

第四章实习归纳总结 (22)

第1章MATLAB基础介绍

MATLAB是一种科学计算软件。MA TLAB是Matrix Laboratory(矩阵实验室)的缩写，这是一种以矩阵为基础的交互式程序计算语言。早期的MATLAB主要用于解决科学和工程的复杂数学计算问题。由于它使用方便、输入便捷、运算高效、适应科技人员的思维方式，并且有绘图功能，有用户自行扩展的空间，因此特别受到用户的欢迎，使它成为在科技界广为使用的软件，也是国内外高校教案和科学研究的常用软件。

第二章MATLAB/Simulink/Power System工具箱简介

2.1 Simulink工具箱简介

整个Simulink工具箱是由若干个模块组构成的。在规范的Simulink工具箱中，包含连续模块组(Continuous)、离散模块组(Discrete)、函数与表模块组(Function&Tables)、数学运算模块组(Math)、非线性模块组(Nonlinear)、信号与系统模块组(Signals&Systems)、输出模块组(Sinks)、信号源模块组(Sources)和子系统模块组(Subsystems)等。现简要介绍电力电子电路仿真要使用的模块组和模块。电力电子电路使用的模块组有连续模块组、数学运算模块组、非线性模块组、信号与系统模块组、输出模块组、信号源模块组和子系统模块组等

通过选择Slover可以改变算法，对于不同的电路模块，要想得到输出的波形需要设置不同的算法。

2.2 Power System工具箱简介

在MATLAB命令窗口中键入“powerlib”命令，则将得到如图2－8所示的工具箱。

图2－8 电力系统工具箱界面

在该工具箱中有很多模块组，主要有电源、元件、电力电子、电机系统、连接器、测量、附加、演示等模块组。双击每一个图标都可打开一个模块组。

第三章电力电子电路仿真

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(触发脉冲的延迟时间)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。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。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。如图一所示。

图一

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help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°，如图二所示。

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，如图三所示。

3．负载RLC。根据负载要求设置。如图四所示。

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，如图五所示。

图二

图三

图四

图五

四、模型仿真

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工程很多。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，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波形。

调试出：α＝0°、α＝30°（图六）、α＝90°（图七）、α＝150°时仿真波形。

图六：纯电阻负载α＝30°

图七：纯电阻负载α＝90°

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2Ω，L 的值为0.01H，在负载并接二极管，如图八所示。

图八

调试出：1、α＝0°时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形

2、α＝90°时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形

3、α＝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

带电阻电感负载α＝0°

带电阻电感负载α＝90°

带电阻电感负载接续流二极管α＝90°

五、仿真波形分析

带纯电阻负载输出电压要比带阻感负载输出电压的平均值要大，因为带阻感负载的电路中有阻感，阻感阻碍电流减小，使电源电压过零变负的时候，仍有电流，电流的大小与电感的大小有关系。带纯电阻负载与带电感有续流二极管的输出电压的波形一样，不同的是电流的波形。

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

原理图：

二、建立仿真模型

三、设置模型参数

四、模型仿真

1．电阻性负载时的仿真波形。

调试出：

α＝30°时输出电压和电流波形，流过晶闸管电流及晶闸管两端电压波形（如图所示）α＝90°时输出电压和电流波形，流过晶闸管电流及晶闸管两端电压波形（如图所示）

带电阻性负载α＝30°

带电阻性负载α＝90°

2．电阻电感负载时的仿真。

调试出：α＝30°时输出电压和电流波形（如图所示）

α＝90°时输出电压和电流波形（如图所示）

α＝60°时流过晶闸管电流及晶闸管两端电压波形（如图所示）

带电阻电感负载α＝30°

带电阻电感负载α＝90°

带电阻电感负载α＝60°3．电阻电感负载接续流二极管

调试出：α＝0°时输出电压、电流以及晶闸管两端电压波形α＝60°时输出电压、电流以及晶闸管两端电压波形

α＝120°时输出电压、电流以及晶闸管两端电压波形

带电阻电感负载接续流二极管α＝0°

带电阻电感负载接续流二极管α＝60°

带电阻电感负载接续流二极管α＝120°五、仿真波形分析

在带纯电阻负载的波形中：由于是三相整流，输出电压和电流是每相输出的包络线。输出电压和电流波形相同。由于是电阻负载，所以对电流的阻碍小，没有续流的作用，所以Ud电压不可能出现负值。

在阻感负载的波形中：负载为阻感负载时，由于电感的作用，对电流有续流作用。当触发角小于30度时，整流电压波形与电阻负载时相同，因为这两种负载情况下，负载电流均连续。当触发角大于30度时，电流不连续，输出电压出现负值。当触发角为90度时，Ud波形中正负面积相等，Ud的平均值为零。

在阻感负载接续流二极管的波形中：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。所以Ud有负值的情况，但当加上续流二极管时，当u2过零变负时，VDR导通，ud为零，所以不存在为负值的情况。但输出电流为连续的。

实习三三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

二、建立仿真模型

三、设置模型参数

电源电压的参数设置

触发角参数设置

四、模型仿真

1．电阻性负载时的仿真波形。

调试出：α＝0°时输出电压和电流波形

α＝60°时输出电压和电流波形（如图所示）

α＝90°时输出电压和电流波形（如图所示）

带纯电阻负载α＝60°

带纯电阻负载α＝90°2．电阻电感负载时的仿真。

调试出：α＝0°时输出电压和电流波形

α＝30°时输出电压和电流波形（如图所示）

α＝90°时输出电压和电流波形（如图所示）

带阻感负载α＝30°

带阻感负载α＝90°

五、仿真波形分析

对于三相桥式全控整流电路，整流输出电压Ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样。在电阻负载的波形中：因为电阻负载时id的波形与Ud的波形一致，一旦Ud降到零，id也降至零，晶闸管关断，输出电压为零因此Ud波形不能出现负值。在阻感负载的波形中：此时由于电感的作用，Ud波形会出现负的部分。

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下：

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有源逆变原理图连接起来组成仿真电路。如下图所示：