《电气专业核心课综合课程设计》题目:基于MATLAB的电力电子技术仿真分析学校:院(系):专业班级:学生姓名:学号:指导教师:目录绪论………………………………………………………………………………………页码1.整流电路仿真………………………………………………………………………………页码1.1单相半波可控整流系统………………………………………………………………页码1.1.1晶闸管的仿真…………………………………………………………………页码1.1.2单相半波可控整流电路的仿真………………………………………………页码1.2晶闸管三相桥式整流系统的仿真…………………………………………………页码1.3相位控制的晶闸管单相交流调压器带系统的仿真………………………………页码2.斩波电路仿真………………………………………………………………………………页码2.1降压斩波电路(Buck变换器)………………………………………………………页码2.1.1可关断晶闸管(GTO)的仿真…………………………………………………页码2.1.2Buck变换器的仿真………………………………………………………页码2.2升压斩波电路(Boost变换器)………………………………………………………页码2.2.1绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的仿真…………………………………………页码2.2.2Boost变换器的仿真……………………………………………………………页码4.逆变电路仿真………………………………………………………………………………页码4.1晶闸管三相半波有源逆变器的仿真………………………………………………页码5.课程设计总结………………………………………………………………………………页码参考文献……………………………………………………………………………………页码电气专业核心课综合课程设计任务书一、设计(调查报告/论文)题目基于MATLAB的电力电子技术仿真分析二、设计(调查报告/论文)主要内容1.晶闸管的仿真模型及以单相半波整流器为例,说明晶闸管元件应用系统的建模与仿真方法;2.晶闸管三相桥式整流系统的建模与仿真;3.可关断晶闸管的仿真模型及以可关断晶闸管元件组成的Buck变换器为例的仿真过程;4.绝缘栅双极型晶体管元件的仿真模型及一个由IGBT元件组成的Boost变换器的建模与仿真;5.相位控制的晶闸管单相交流调压器带系统的建模与仿真;6.晶闸管三相半波有源逆变器的建模与仿真。三、原始资料MATLAB仿真软件四、要求的设计(调查/论文)成果1.根据课程设计要求熟练运用MATLAB仿真软件。2.完成设计中电力电子技术变换器的仿真,并分析。3.编写《电气专业核心课综合课程设计》报告,报告内容包括:(1)晶闸管的仿真模型、参数设定方法、以单相半波整流器为例说明晶闸管元件应用系统的建模与仿真方法,记录相应波形。(2)晶闸管三相桥式整流系统的建模过程与仿真调试,记录波形。(3)可关断晶闸管的仿真模型、参数设定方法、以可关断晶闸管元件组成的Buck变换器为例的建模、仿真过程,记录波形。(4)绝缘栅双极型晶体管元件的仿真模型、参数设定方法、及由IGBT元件组成的Boost变换器的建模与仿真,记录波形。(5)相位控制的晶闸管单相交流调压器系统的建模与仿真,记录波形。(6)晶闸管三相半波有源逆变器的建模与仿真,记录波形。(7)参考资料、参考书及参考手册。(8)《可编程控制器技术课程设计》报告可以手写,也可以用电脑编排打印,报告格式按照《华中科技大学武昌分校课程设计管理办法》执行。课程设计报告要求内容正确完整,图表清晰,叙述简明,语句通顺。(9)课程设计报告按封面、任务书、设计报告、成绩评定表的顺序装订。五、进程安排内容时间下达课程设计任务书。讲解课程设计的任务与要求、进度安排、指导时间、注意事项、提供参考资料1天搜集资料、学习并熟练MATLABSimulink/PowerSystem工具箱等相关内容4天典型电力电子器件的仿真模型建模及仿真实例1天典型电力电子变换器的应用仿真7天撰写课程设计报告1天答辩、课程设计总结1天共计15天(3周)六、主要参考资料[1]王兆安、刘进军.电力电子技术(第五版).北京:机械工业出版社,2009.[2]黄忠霖、黄京.控制系统MATLAB计算及仿真.北京:国防工业出版社,2010.[3]林飞、杜欣.电力电子应用技术的MATLAB仿真.北京:中国电力出版社,2009.[4]黄忠霖、黄京.电力电子技术的MATLAB实践.北京:国防工业出版社,2009.指导教师(签名):20年月日绪论本次课程设计包含了六个内容的建模与仿真:1.晶闸管的仿真模型及以单相半波整流器为例,说明晶闸管元件应用系统的建模与仿真方法;2.晶闸管三相桥式整流系统的建模与仿真;3.可关断晶闸管的仿真模型及以可关断晶闸管元件组成的Buck变换器为例的仿真过程;4.绝缘栅双极型晶体管元件的仿真模型及一个由IGBT元件组成的Boost变换器的建模与仿真;5.相位控制的晶闸管单相交流调压器系统的建模与仿真;6.晶闸管三相半波有源逆变器的建模与仿真。这六个内容基本包含了电力变换的四大类,从中能比较全面的掌握电力电子MATLAB仿真的方法。此仿真实验主要涉及到以下四个方面,而基于MATLAB的电力电子技术仿真则是一下几个内容很好的结合。电力电子器件:电力电子器件是一系列固态高电压、大电流的电子器件,被控对象的设备功率很大。按可控性可分为三类:不控器件(二极管)、半控器件(晶闸管)、全控器件(GTR、GTO、IGBT、MOSFET等)。电力电子技术应用:该技术广泛应用于多种形式的电源、电力拖动控制、电网电能质量技术提高以及大功率电能传输。MATLAB仿真:MATLAB程序设计语言是美国MathWorks公司在20世纪80年代中期推出的搞性能数值计算软件,2005年8月该公司就推出MATLAB7.1版,现已成为线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号分析与处理、动态系统仿真等各种课程的基本数学工具。电力电子技术MATLAB实践:电力电子技术中有关电能的变换与控制过程,有各种电路原理的分析与研究、大量的计算、电能变换的波形测量、绘制与分析等,都离不开MATLAB。首先,它的运算功能强大,应用于交流电的可控整流、直流电的有源逆变与无源逆变中存在的整流输出的平均值、有效值、与电路功率计算、控制角、导通角计算。其次,MATLAB的SimpowerSystems实体图形化仿真模型系统,把代表晶闸管、触发器、电阻、电容、电源、电压表等实物的特有符号连接成一个整流装置电路或是一个系统,更简单方便,节省设计制作时间和成本等。再有,交流技术讨论的电能转换与控制,需要对各种电压与电流波形进行测量、绘制与分析,MATLAB提供了功能强大且方便使用的图形函数,特别适合完成这项任务。最后。MATLAB界面友好,使得从事自动控制的技术工作者乐于和它接触,愿意使用它。1.整流电路仿真1.1单相半波可控整流系统1.1.1晶闸管的仿真⑴晶闸管模型晶闸管是一种门极信号触发导通的半导体器件。晶闸管有两个输入端和两个输出端,第一个输入与输出是阳极媏(a)与阴极端(k),第二个输入(g)是门极控制信号端如图①,当勾选“Showmeasurementport”项时便显示第二个输出端(m)如图②,这是晶闸管检测输出向量[IakUak]端,可连接仪表检测流经晶闸管的电流(Iak)与晶闸管的正向压降(Uak),晶闸管组件的符号和仿真模型图如图所示。图①图②晶闸管组件的符号和仿真模型⑵晶闸管参数及其设置在模型结构图中,当鼠标双击模型时,则弹出晶闸管参数对话框,如下图所示“ResistanceRon(Ohms)”:晶闸管导通电阻Ron(Ω)。“InductanceLon(H)”:晶闸管元件内电感Lon(H)。电感参数与电阻参数不能同时设为0“ForwardvoltageVf(V)”:晶闸管元件的正向管压降Vf(V)。“InitialcurrentIc(A)”:初始电流Ic(A)。“SnubberresistanceRs(ohms)”:缓冲电阻Rs(Ω)。“SnubbercapacitanceCs(F)”:缓冲电容Cs(F)。可对Rs与Cs设置不同的数值以改变或者取消吸收电路。“Showmeasurementport”为设置是否显示检测端(m)。需要说明的是,含有晶闸管模型的电路仿真时,最好采用特定的算法Ode23tb与Oder15s,而当电路进行离散化处理时,晶闸管的内电感量应设为0。1.1.2单相半波可控整流电路的仿真⑴电路图及工作原理1u2uVTTududiTrULUR单相半波可控整流电路(阻-感性负载)图如上图所示,当晶闸管VT处于断态时,电路中电流Id=0,负载上的电压为0,U2全部加在VT两端,在触发角α处,触发VT使其导通,U2加于负载两端,由于电感L的存在使电流id不能突变,id从0开始增加同时L的感应电动势试图阻止id增加,这时交流电源一方面供给电阻R消耗的能量,一方面供给电感L吸收的电磁能量,到U2由正变负的过零点处处id已经处于减小的过程中,但尚未降到零,因此VT仍处于导通状态,当id减小至零,VT关断并承受反向压降,电感L延迟了VT的关断时刻使Ud波形出现负的部分。(2)建立仿真模型根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图,整体模型如图所示单相半波晶闸管可控整流电路(阻感负载)的仿真模型仿真参数:选择ode23tb算法,将相对误差设置为1e-3开始仿真时间设置为0,停止仿真时间设置为0.12,如下图所示⑶模型参数简介与设置①交流电压源提取路径:Simulink\SimPoweSysten\Electrical\ACVoltageSource“Peakamplitude”:正弦电压峰值Um,单位V,“Phase”:正弦电压初相角φ,单位度,“Frequency”:正弦电压频率f,单位Hz,“Sampletime”:采样时间,单位s,本实验参数设置为频率50Hz,电压幅值220V,其他为默认设置,如右图所示。②晶闸管提取路径:Simulink\SimPoweSysten\PowerElectronics\Thyristor设置“SnubberresistanceRs(ohms)”缓冲电阻Rs=500Ω,“SnubbercapacitanceCs(F)”:缓冲电容Cs为无穷大inf其他为默认设置,如右图所示③RLC元件提取路径:Simulink\SimPoweSysten\Elements\SeriesRLCBranch设置“Resistance(Ohms)”电阻R=1Ω,“InductanceLon(H)”电感L=5e-3H,“capacitance(F)”电容为无穷大inf,“measurements”测量选None如右图所示④脉冲信号发生器提取路径:Simulink\Simlink\Source\PulseGenerator“Amplitude”:脉冲幅值,“Period(secs)”:周期(秒),“PulseWidth(%ofPeriod”:脉冲宽度(周期的百分数),“Phasedelay(secs)”:相位延迟(秒)。振幅A=3V,周期T=0.02,占空比10%,时相延迟(1/50)x(α/360)s,如右图所示,α为移相控制角⑤示波器设置Numberofaxes为5,显示5段波形,分别为脉冲电压Ug,晶闸管两端电压UVT,负载电流id,负载电压ud,电源电压U2。⑥电压电流测量无需设置直接使用⑷仿真结果设置触发脉冲α分别为0°、30°、60°、90°、120°。其产生的相应波形分别如图所示。在波形图中第一列为脉冲电压Ug波形,第二列为晶闸管两端电压UVT波形,第三列为负载电流id波形,第四列为负载电压ud波形,第五列为电源电压U2波形。阻感负载触发角ɑ=0°阻感负载触发角ɑ=30°阻感负载触发角ɑ=60°阻感负载触发角ɑ=90°阻感负载触发角ɑ=120°1.2晶闸管三相桥式整流系统的仿真⑴电路图及工作原理以