电力电子与电力系统报告-兰州交通大学

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（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-1-1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=2Ω,L=10mH，α=30°。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2Ω，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=8Ω，ωL=6Ω。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，MWPN200，kVUN8.13，HzfN50，0.1dX，6.0qX，30.0'dx，21.0''dx，31.0''qx，005.0r，18.0fx，25.0aDx，1.0Qx，sTd5'0，sTD2，sTq4.1''0。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α0=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α0=0，故障模块中的短路发生时间该如何设置？（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-2-1.2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(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a、b、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。图1三相桥式整流电路原理图图2三相桥式整流电路仿真电路图(2)设置元器件参数。1)电源参数设置：三相电源Ua=220√2V=311V，初相角设为0°，Ub=311V，滞后A相120°，Uc=311V，超前A相120°。（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-3-2)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=2Ω，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ode23tb。(4)启动仿真，观察仿真结果。仿真结果如图3。图3α=30°是三相整流电路仿真结果1.2.2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）。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u0=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u0近似为0，负载电流呈指数曲线下降。图4直流降压斩波器原理图（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-4-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：α=50%。3)负载L=5mH，R=2Ω。(3)设置仿真参数。设置仿真时间为0.02s，仿真算法为ode23tb。(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（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-5-为直流电源的中点。图7电压型单相半桥逆变电路原理图图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=2Ω，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。（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-6-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(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的角度为φ，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10单相交流调压电路（阻感负载）电路原理图图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。（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-7-1)电源参数设置：电源U=220√2V=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=8Ω，由于ω=2π𝑇=2π0.02=100𝜋，则L=6100𝜋=0.02𝐻。(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.图12单相交流调压电路（阻感负载）电路仿真图负载阻抗及负载阻抗角分别为：1022LXRZ，87.366435.0)86arctan()arctan(RXL因此开通角α的变化范围为：，即6435.0当α=60°时，先计算晶闸管的导通角etan)6435.03sin()6435.03sin(解上式可得晶闸管导通角为：2.156727.2cos)2cos(sin21VTZUI（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-8-8.0)727.26435.032cos(727.2sin727.2102220)(55.13A)(16.19v2AItIoIin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sTa16.0，sTd72.0''，sTq34.0''，sTd64.1'。由于空载时，1''')0()0()0()0(UEEEqqq，0'')0(dE，00，其中)0(qE、)0(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)2cos(77.0)cos(4)cos(34.2)cos(43.1)cos(03.603.60608.0097.20teetetetitttta②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。（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-9-图13同步发电机突然三相短路暂态过程的仿真模型图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（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-10-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图17故障模块的参数设置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。(2)发电机端突然三相短路时id、iq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α0=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时发生三相短路故障(00)，其他参数采用默认设置。（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-11-2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.（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-12-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%