Matlab电气仿真实验作业

Matlab电气仿真实验指导老师：学生姓名：爸爸专业班级：电气工程及其自动化1班学号：222012！！！！1本课程设计的目的：1、掌握Matlab/Simulink中SimPowerSystems工具箱的基本建模方法；2、掌握Matlab/Simulink电气仿真的基本步骤；3、利用Matlab/Simulink在基本电路与磁路、电力电子技术、电气传动等方面的仿真设计。实验一设计任务：单相桥式整流加LC滤波电路，电源为220V，50Hz，整流电路输入为24V，负载为10Ω阻性负载，滤波电感L=100mH，滤波电容C=200uF。实验步骤：在matlab/simulink中选取相应的器件，如图连接运行。注意事项：将全部示波器scope中的“limitdatapointtothelast”选项应该去掉。参数设置：交流电压源幅值：220*sqrt（2），频率：50HZ。变压器参数，容量S=200VA，变比k=220V/24V。电感：100mH；电容：200uF；电阻：10欧。实验结果：二极管Diode3电流电压曲线2结果分析：第一个图显示的为二极管电流I，第二个图显示为二极管电压U。当diode3导通时其电压接近为0V（管压降为0.7V），其电流有值；当diode3关断时，其电流值为0A，此时功率二极管承受反向电压，承受的最大反向电压幅值为24*sqrt（2）=33.94V。而电流图像上出现波动是因为电感L的值不是无穷大，会受频率电压幅值的影响，所以如图所示。二极管Diode4电压电流曲线结论分析：第一个图显示的为二极管电流I，第二个图显示为二极管电压U。当diode3导通时其电压接近为0V（管压降为0.7V），其电流有值；当diode3关断时，其电流值为0A，此时功率二极管承受反向电压，承受的最大反向电压幅值为24*sqrt（2）=33.94V。而电流图像上出现波动是因为电感L的值不是无穷大，会受频率电压幅值的影响，所以如图所示。理论计算：输出电压有效值：6.21249.09.0V2OUV负载电阻R电压曲线结果分析：实线为电压曲线，电压曲线前半段出现上升的情况是因为给电容C充电并且伴随着放电状态，而当稳定时形成RC震荡电路出现正弦波形。实验结论：上述两图中diode3与diode4两个功率二极管的电压电流在相位上差120°，而四个二极管各导通180°。在正向周期二极管diode1和diode4同时导通，而diode2和diode3承受反向压降。当为反向周期时diode2和diode3同时导通而diode1和diode4关断承受反向电压。3实验总结：与实际相比二极管的电流会有一定的毛刺，是由于电感不能无穷大而在其导通的时有0.7V的管压降。整流电路负载端电压接近直流。实验二电路部分：设计任务1：一阶直流激励RL充、放电电路的研究。实验步骤：在matlab/simulink中选取相应的器件，如图连接运行。注意事项：Timer和Idealswitch的使用方法是由相对应的Timer控制Idealswitch的开通和关断时间，同时控制Idealswitch的有效幅值。Timer参数设置time[00.010.02]amplitude[010]。R=3000ohms、L=1H(inductorinitialcurrent=0)、DC=10V。实验结果：负载L的电流电压曲线4结论分析：如图所示一阶直流激励RL充、放电电路负载L的电流电压曲线，电感L电压在通电时刻发生跃变，而电感L电流不能跃变，电源对电感充电，能量的储存与释放需要一个过程。所以在0.01s时刻，电压曲线发生跃变，电压达到10V，而电流曲线缓慢上升；在0.02s时刻电源断开，电感放电需要一定的时间，而二极管导通存在压降0.7V，所以在0.02s时刻负载承受反压。实验总结：如一阶直流激励RL充、放电电路所示，电路导通时电感电流不越变，只有电源对电感充电，当充电充满时负载电流为0.003333A，0.02s时电源断开电感放电，直至电流降到0A。设计任务2：二阶RLC直流激励下动态响应的研究（过阻尼情况）。实验步骤：在matlab/simulink中选取相应的器件，如图连接运行。直流激励：过阻尼情况参数设置：L=10mH、C=100uF，过阻尼情况下Ω201001000022uFuHCLR，取R=50Ω。实验结果：电容C上的电压及电流曲线5理论分析：二阶RLC直流激励下的响应，在过阻尼状态电压不会出现超调，但响应速度稍慢，时间长。设计任务3：二阶RLC交流激励下动态响应的研究实验步骤：在matlab/simulink中选取相应的器件，如图连接运行。交流激励：参数设置：Timer参数设置time[00.010.015]，amplitude[101]。R=10ohms，L=1mH(inductorinitialcurrent=0)，AC=220V/50HZ。实验结果：电容、电感上的电压及电流曲线6电阻上的电压及电流曲线结果分析：在交流激励下，如图所示电路，开关闭合后，由于电源频率为50Hz，属于低频，感抗远远小于容抗，故电容电流很小。开关断开后，电容和电感并联谐振，谐振频率：KHzuFmHLC59.11012121f；开关闭合，电阻上的电压、电流波形与交流电源的相同；开关断开，电阻上的电压电流值为0。任务2、3结论：在直流激励下，二阶RLC串联电路中，电阻R=50Ω.电路为过阻尼状态，没有超调量。在交流激励下，由于电源频率低，开关闭合之前，电感几乎将电容短路，故电容电压近似为零。开关断开后，电感、电容并联谐振如图中的0.01~0.015时间段并联谐振。磁路部分：变压器（无饱和，采用线性变压器模型）的稳态分析设计任务1：一台10kVA，60Hz，380V/220V单相变压器，原、副边的漏阻抗分别为：Zp=0.14+j0.22Ω,Zs=0.035+j0.055Ω,励磁阻抗Zm=30+j310Ω，负载阻抗ZL=4+j5Ω。实验要求:利用Simulink建立仿真模型，计算在高压侧施加额定电压时(a)分别计算原、副边的电流的有效值。(b)副边的负载上电压的有效值。理论值计算：通过等效电路，可以计算求得原边电流有效值：A34.20I1，副边电流有效值：A49.33I2，负载电压有效值Vd4.214U。7实验步骤：在matlab/simulink中选取相应的器件，如图连接运行。参数设置:由设计要求可知容量：KVA10Sn频率：Hz60f原边电压有效值：V380U1副边电压有效值：V220U2原边漏阻抗对应的电阻、电感：14.01R；HfXL00058357.0222.011副边漏阻抗对应的电阻、电感：35.02R；HfXL00014589.02055.022因为英文版的励磁绕组为并联，中文版的为串联，所以关系转换如下：励磁电阻：33.323330310302222mmmMRXRR其标幺值：44.1410/380/)(22KsvzbasebasebaseMR'MR/zbase=224.5励磁电感：9.312310310302222mmmMXXRX其标幺值：MX'=MX/zbase=21.7负载电阻：R=5HfXLM0132629.0.0258变压器参数设置为：仿真结果:原边电流：副边电流：负载电压：效率：%74.92%100*41.20*3805.33*7.214%100*PP12实验结论：用ode23s算法，变压器二次电压为214.7V。带负载情况下，受内阻压降的影响，二次侧端电压有所降低。符合实际情况。由于仿真计算对损耗的考虑不全面，与理论值存在微小的差别。本设计过程中，还可取额定容量和额定电压为基值，推算其他参数的标幺值，各参数用标幺值表示。9实验三三相桥式整流电路（晶闸管）分析设计任务1：3个交流电源（单独的），U=240V，50Hz。串联负载分别为R=1Ω，L=1mH。实验要求：利用Simulink建立仿真模型，观察：(a)各个晶闸管的电压。(b)负载上的电流、电压。模型和曲线要有标注实验步骤：在matlab/simulink中选取相应的器件，如图连接运行。参数设置：电源电压有效值U=240V，且三个电源互差120°，本设计中令A项电源的初始相位为0°，B项电源的初始相位为-120°，C项电源的初始相位为120°。f=50Hz，负载R=1Ω、L=1mH。而晶闸管的触发角ɑ由“constant”决定。理论值计算：负载电压：当ɑ=0°时：6.5610cos24034.2cosU34.2U2dVAARUd6.56116.561Id当ɑ=30°时：V4.48630cos24034.2cosU34.2U2dAARUd4.48614.486Id实验结果：当a=0°时：10负载电压电流曲线晶闸管电压曲线当ɑ=30°时：负载电压波形和电流曲线11晶闸管电压曲线实验结论：本次三相桥式整流电路（晶闸管）的仿真，与实际运行中晶闸管的电压，负载的电压电流波形大体相同，达到了预期的效果。三（或单）相PWM逆变电路分析设计任务2：直流电压源电压U=110V，输出频率50Hz。负载分别为：Zl=2+j1Ω。实验要求：利用Simulink建立仿真模型，观察：负载上的电流、电压。模型和曲线要有标注。实验步骤：在matlab/simulink中选取相应的器件，如图连接运行。12参数设置：直流电源电压U=110V，输出频率f=50Hz，负载ZL=2+j1Ω。实验结果：负载电压曲线负载电流曲线结果分析：逆变时一定要加负载电阻R，因为电容电压不能突变。两个直流电压源串联，中间取参考点，即可得到正负电源。且电容越大，输出电压越平滑。13Buck降压电路分析设计任务3：直流电压源电压U=110V。负载为：Rl=50Ω，滤波电容C=0.3mF。实验要求：利用Simulink建立仿真模型，观察：(a)IGBT的电流、电压。(b)负载上的电流、电压。模型和曲线要有标注。实验步骤：在matlab/simulink中选取相应的器件如图连接参数设置：直流电压VDC=110V，电感L=1H，滤波电容C=0.3mF，负载电阻Rl=50Ω，开关频率f=10KHz，占空比ɑ=0.6。理论值计算：输出电压：VVE661106.0Uo负载电流：AARUo32.15066Io实验结果：IGBT电压电流曲线14负载电压电流曲线结果分析：输出负载电压值约为65V，前期的波动是因为电感和电容充放电不完全引起的，负载电流约为1.30A，前期的波动与电压波动情况相同，电压电流都基本符合理论值。另外通过增大或减小占空比ɑ可以改变输出电压Ud。Boost升压电路分析设计任务4：直流电压源电压U=110V。负载为：Rl=100Ω，滤波电容C=0.3mF。实验要求：利用Simulink建立仿真模型，观察：(a)IGBT的电流、电压。(b)负载上的电流、电压。模型和曲线要有标注。实验步骤：在matlab/simulink中选取相应的器件，如图连接运行。15参数设置：直流电压VDC=110V，电感L=1H，滤波电容C=0.3mF，负载电阻Rl=100Ω，开关频率f=10KHz，占空比ɑ=0.6。理论值计算：输出电压：VVE2751106.0-11-11Uo负载电流：AARUo75.2100275Io实验结果：IGBT电流电压曲线负载电压电流曲线16结果分析：波形波动是因为电容充放电，待波形稳定后输出电压值为273V，电流为2.70A，理论电压值为275V，电流值为2.75A.仿真结果与理论值基本吻合。另外通过增大或减小占空比ɑ可以改变输出电压Ud。实验四鼠笼式异步电机直接起动的研究设计任务1：三相交流电压源，线电压为380V，频率为50Hz。电动机机械转矩T=10.32N·m。实验要求：利用Simulink建立仿真模型，观察：A相转子电流Ira、A相定子电流Isa、转速(rp