电力电子技术仿真研究

电力电子技术仿真实训

2009年

仿真实训1——桥式整流电路仿真研究 (2)

仿真实训2——直流降压变换器仿真研究 (9)

仿真实训3——单相逆变器仿真研究 (12)

仿真实训4——单相交流调压器仿真研究 (15)

仿真实训1——桥式整流电路仿真研究

一、准备工作

1、预习Matlab/simulink 仿真软件；

2、预习整流电路的几种形式和原理，重点预习单相桥式全控整流电路。有能力的同学也可以预习其他各种形式的整流电路。

二、操作方法

1、带电阻性负载的仿真实验

启动MATLAB7.0（或6.5）, 进入SIMULINK后建新文档，绘制单相全波可控整流器结构模型图，如图1所示。双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。

图1带电阻负载单相桥式全控整流电路模型

（1）晶闸管元件参数设置

双击晶闸管模块，本例元件参数对话框如图2所示。

a）晶闸管元件内电阻R on，单位为Ω。

b）晶闸管元件内电阻L on，单位为H。注意，电感不能设置为0。

图2 可关断晶闸管元件的参数设置对话框

c）晶闸管元件的正向管压降V f，单位为V。

d）电流下降到10％的时间t f，单位为秒（s）。

e）电流拖尾时间T q，单位为秒（s）。

f）初始电流I C，单位为A，与晶闸管元件初始电流的设置相同。通常将I C 设置为0。

g）缓冲电阻R s，单位为Ω，为了在模型中消除缓冲电路，可将缓冲电阻R s 设置为inf。

h）缓冲电容C s，单位为F，为了在模型中消除缓冲电路，可将缓冲电容C s 设置为0。为了得到纯电阻R s，可将电容C s参数设置为inf。

（2）单个电阻、电容、电感元件的参数设置。

双击RLC模块，整个电阻、电容、电感元件的参数设置对话框如图3所示。

本例中设置电阻R＝10Ω，电感L＝0H，电容C为inf。串联RLC分支与并联RLC 分支的设置方法见表1。

图3 单个电阻、电容、电感元件的参数设置对话框

表1 单个电阻、电容、电感元件的参数

元件串联RLC分支并联RLC分支

类别电阻

数值

电感

数值

电容

数值

电阻

数值

电感

数值

电容

数值

单个

电阻

R 0 inf R inf 0

单个

电容

0 L inf inf L 0

单个

电感

0 0 C inf inf C

（3）固定时间间隔的脉冲发生器参数设置

双击脉冲发生器模块（pulse），固定时间间隔的脉冲发生器参数设置对话框如图4所示。本例中振幅设置为5V，周期与电源电压设置一致，为0.02S（即频率为50Hz），脉冲宽度为2，初相位（控制角）为0.0025，（45°）。一定要注意触发脉冲控制角的设置，否则要烧坏晶闸管。

图4 固定时间间隔的脉冲发生器参数设置对话框（4）电源电压的参数设置

双击电源电压模块，参数设置对话框如图52所示。本例中电源电压的幅值为220V，初相位为0°，电源电压的周期与固定时间的脉冲发生器的周期都为0.02s。

图5 电源电压的参数设置对话框

（5）仿真参数设置

选择仿真中仿真参数设计，出现仿真对话框如图6。不同版本的matlab，对话框有些不同。图6是在matlab 7.0下的对话框。

图6 仿真参数设置对话框

（6）信号标签的传递

信号标签传递的方法有两种：

（a）选择信号线并双击，在信号标签编辑框中输入“< >”,在此括号中输入信号标签即可传递信号标签,然后选择“Edit”菜单中的“Update Diagram”命令来刷新模型。

（b）选择信号线，然后选择“Edit”菜单中的“Signal Properties”命令；或单击右键，选择弹出快捷菜单中的“Signal Properties”命令，出现如图7所示的对话框，在“Signal Name”下写上信号线的名称，当一个带有标签的信号与Scope模块连接时，信号标签将作为标题显示。

图7 Signal Properties对话框

（7）仿真

单击工具栏的按钮或“Simulation”菜单下的“Start”命令进行仿真，双击示波器模块，得到仿真结果如图8所示。

图8 电阻负载，控制角为45°是单相桥式整流器仿真结果

（8）示波器参数的设置

单击示波器工具栏中图标，出现如图9所示“General”选项卡和“Data History”选项卡对话框，在本例中设置的坐标系数目为6，显示时间为0.1（设置的是横坐标），坐标系的标签为all。

单击右键，选择弹出快捷菜单中的“Axes properities”命令，出现如图10所示示波器的纵坐标参数设置对话框。本对话框中设置的是触发信号纵坐标。

图9示波器参数设置对话框图10示波器的纵坐标参数设置对话框

2、带电阻电感性负载的仿真

带电阻电感性负载的仿真与带电阻性负载的仿真方法基本相同，但需要将RLC的串联分支设置为电阻电感性负载。本例中设置的电阻R＝1Ω，L＝0.01H，电容为inf。

图11为电阻电感性负载仿真图。

图11 电阻电感负载单相桥式全控整流仿真结果

三、注意事项

1、分析各种整流电路原理时要抓住相控控制方法的本质。

2、仿真时要与实际电路联系起来，要知道所设置参数的含义。

仿真实训2——直流降压变换器仿真研究

一、任务准备

1、复习matlab中的simulink的使用。

2、复习直流降压变换器的工作原理。

二、实施方法

1、启动MATLAB6.5（7.0），进入SIMULINK后建新文档，绘制直流降压变换器仿真模型图，如图1所示，双击个模块，在出现的对话框内设置相应的参数。

图1电直流降压变换器仿真模型图

2、仿真步骤

1）参数设置

模块参数名参数值

直流电源Vs

Amplitud

e/V

200

电感模块L

Inductan

ce/H

0.01

电阻模块Resistan 5

R ce/

0.002

脉冲模块PeridodT

S/s

50

Pulse Pulse

Width（%）

模型中IGBT和二极管的参数可以保持蕴含值，电源电压和负载电阻可以根据实际情况设定，驱动脉冲宽度和电感值可以根据对输出电压电流的脉动要求选择。

2）设置仿真时间为0.05s，算法ode15s。

3）起动仿真，仿真结果如图2所示。其中图2—a为变换器输出电压波形，IGBT的开关频率为500Hz，占空比为0.5。b为负载波形；c为加滤波器的波形。

a）换器输出电压仿真波形：

b)负载输出波形

c)滤波后的仿真波形

图2直流降压变换器仿真结果（9）记录仿真结果，写在实训报告中。

三、注意事项

1、注意遵守实验室使用规范

2、每个同学独立完成此项任务。

任务小结

本任务对直流降压变换器的进行了仿真研究。

仿真实训3——单相逆变器仿真研究

一、任务准备

1、复习电压型单相全桥逆变电路的工作原理

2、复习正弦波脉宽调制（SPWM）调频、调压的原理。

3、研究单相全桥逆变电路触发控制的要求。

二、实施方法

1、采用正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频。交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路，逆变部分（DC/AC）有四只IGBT管组成单相桥式逆变电路径，电路采用双极性控制方式。输出经LC低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。

启动MATLAB6.5（7.0），进入SIMULINK后建新文档，绘制电压型单相全桥逆变电路仿真模型图，如图1所示，双击个模块，在出现的对话框内设置相应的参数。

图1电压型单相全桥逆变电路仿真模型图

（1）交流电压源参数设置。

设置交流峰值电压为220V, 频率为50Hz。

（2）IGBT的参数设置

按下列数据设置参数R n＝0.001Ω，L on=1e-6H，U f=0.8，R s=10Ω，C s=250e-6（250×10-6）F

（3）电阻R的参数设置

R＝1000Ω，L=0H， C=inf。

（4）电容C的参数设置

R＝0Ω，L=0H， C=100μF。

（5）感性负载的参数设置

R＝10Ω，L=1H， C=inf。

（8）普通桥的参数设置，如图2所示。

图2普通桥的参数设置对话框

单击仿真按钮进行仿真。双击示波器模块，得到如图3所示仿真结果。

图3电压型单相全桥逆变电路仿真结果

（9）记录仿真结果，写在实训报告中。

三、注意事项

1、注意遵守实验室使用规范

2、每个同学独立完成此项任务。

任务小结

本任务对单相逆变器的各种拓扑结构进行了研究，并针对典型电路进行了仿真研究。

仿真实训4——单相交流调压器仿真研究

一、准备工作

1、预习Matlab/simulink 仿真软件；

2、预习单相交流调压电路的原理，有能力的同学也可以预习三相交流调压电路。

二、实施方法

1、带电阻性负载的仿真实验

启动MATLAB7.0（或6.5）, 进入SIMULINK后建新文档，绘制单相交流调压系统模型图，如图1所示。双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。

（1）交流电压源参数设置

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。设置交流峰值电压为220V，频率为50Hz。

（2）晶闸管的参数设置

R

＝0.001Ω，L on＝0H，V f＝0.8Ω，R s＝500，C s＝250e－9（250×10-9）

n

F。

（3）负载的参数设置

R＝450Ω，L＝0H，C＝inf。

图1单相交流调压系统模型图

（4）脉冲发生器模块（pulse）的参数设置

α＝0°时，pulse设置为0，pulse1设置为0.01。

α＝60°时，pulse设置为0.00334，pulse1设置为0.01334。

打开仿真/参数窗，选择ode23tb算法，将相无偿设置为1e－3（1×10-3），开始仿真时间为0，停止时间设置为0.1。

设置好各模块参数后，单击工具栏的按钮，得到如图2（a）和2（b）的仿真结果。

（a）控制角为0°（b）控制角为60°

图2 带电阻性负载单相交流调压系统仿真结果

2、带电感性负载的仿真

各模块参数设置同上，但负载模块的参数设置为：R＝450Ω，L＝0.1H，C＝inf。

3（a）和3（b）的仿真结果。

（a）控制角为0°（b）控制角为60°

图3带电感性负载单相交流调压系统仿真结果

3、在报告中要包括以下内容

（1）交流调压的应用场合概述。

（2）本任务的目的。

（3）记录仿真模型和仿真结果。

（4）分析电阻电感性负载时，α角和 角相应关系的变化对调压器工作的影响。

（5）分析仿真中出现的各种问题。

三、注意事项

1、将仿真结果用全屏拷贝的方式复制到U盘中，写报告用。

2、严格执行相关实验实训室的规定。