Matlab电气仿真

1大连海事大学题目：电气系统的计算机辅助设计姓名：学号：学院：轮机工程学院专业班级：电气工程及其自动化（4）班指导老师：郑忠玖王宁2设计任务（一）一、实验目的：1、掌握Matlab/Simulink电气仿真的基本步骤；2、掌握Matlab/Simulink中SimPowerSystems工具箱的基本建模方法；3、利用Matlab/Simulink在整流电路方面的仿真设计。二、实验原理：220V50HZ交流电源经变压器降压，输出交流24V50HZ是交流电。经单相桥式整流电路加LC滤波电路后，由于电感和电容的作用，输出电压和电流无法突变，使输出电压波形在一定的电压附近形成正弦脉动。三、实验内容：1、单相桥式整流（1）设计要求：a)单相桥式整流加LC滤波电路，电源为220V,50Hz；b)整流电路输入为24V；c)负载为10Ω阻性负载；d)滤波电感L=100mH，滤波电容C=200uF；（2）设计电路图：3（3）仿真结果波形图：00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05-35-30-25-20-15-10-505timevoltage/current单项桥式整流加LC滤波电路VT3输出波形00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.050246810121416timevoltage单相桥式整流加LC滤波电路输出波形4（4）仿真结果分析：1.在变压器输出正弦波的正半周期，二极管VT1和二极管VT4导通，二极管VT2和二极管VT3被施以反压而截止；在变压器输出正弦波的负半周期，二极管VT2和二极管VT3导通，二极管VT1和二极管VT4施以反压而截止。由于电路中二极管的作用，负载两端的电压极性一定，达到整流的目的。2.二极管导通时管压降理想为零，电流波形与负载输出电流波形保持一致；二极管截止时，二极管承受反压，电压波形与变压器输出的负半周期的电压波形相一致，电流为零。3.由于电感和电容的作用，输出电压和电流不能突变。使输出电压波形形成正弦脉动。00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05-35-30-25-20-15-10-505timevoltage/current单项桥式整流加LC滤波电路VT4输出5设计任务（二）一、实验目的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在一阶、二阶电路、变压器方面进行仿真设计。二、实验原理1、通过对电感充电放电的过程，对一阶直流激励电路进行研究。2、通过对电容、电感充电放电的过程，对二阶直流激励RLC电路进行研究。3、二阶RLC交流激励下动态响应的研究。4、变压器稳态运行的分析。三、实验内容1、一阶直流激励RL充放电电路的研究(学号尾数为双数)（1）设计要求：a)自行设计电路，设计电路参数；b)自行选择所需显示的曲线，结果；c)根据仿真结果写出分析和结论；（2）实验参数设置：6（3）电路设计图：（4）仿真结果波形图：（5）仿真结果分析：由对理想开关的控制可知，在t=0.1s时开关闭合给电感充电,电感初始储能为0，电压迅速上升，其电压变化率最大，随着充电的进行，电感储能增加，电感中电压趋近U=12V。当电感充满电之后，current电感电流输出波形voltage电感电压输出波形timevoltage负载电压输出波形7相当于短路，其两端电压为零，通过的电流最大。在放电过程中，电感两端电压逐渐减小，后趋于稳定值0V。当电感放电过程中电流变化很快，放完电之后通过的电流为零。负载两端的电压在电感充电和放电过程中分别呈现先快速上升再缓慢上升和先快速下降和缓慢下降的趋势最终趋于稳态分别为12V和0V。2、二阶RLC直流激励下动态响应的研究（1）设计要求：a)自行设计电路，设计电路参数；b)自行选择所需显示的曲线，结果；c)根据仿真结果写出分析和结论；d)过阻尼情况（学号尾数为双数）（2）电路设计图800.20.4current二阶RLC直流激励下动态响应的研究（过阻尼）电感电流输出波形-1001020voltage二阶RLC直流激励下动态响应的研究（过阻尼）电感电压输出波形-2024current二阶RLC直流激励下动态响应的研究（过阻尼）电容电流输出波形00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2051015time二阶RLC直流激励下动态响应的研究（过阻尼）电感电压输出波形volatage（3）仿真波形图：（4）仿真结果分析：9由图可见，由于电路处于过阻尼状态，电感电压逐渐上升，无震荡，最终趋于稳态。二阶RLC交流激励下动态响应的研究（全体学生）（1）设计要求：a)自行设计电路，设计电路参数；b)自行选择所需显示的曲线，结果；c)根据仿真结果写出分析和结论；（2）设计电路图：（3）仿真波形图：10（4）仿真结果分析：二阶RLC交流激励的动态响应电感两端电压，电流波形为正弦波，其中，电流滞后于电压；电容两端电压为正弦波，而通过的电流在起始时刻波动之后趋于稳定值为零。4、变压器（无饱和，采用线性变压器模型）的稳态分析（1）设计要求：变压器（无饱和，采用线性变压器模型）的稳态分析：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。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；（2）实验参数设置：变压器原，副变参数计算：原边：11副边：励磁支路：变压器及负载参数配置：12（3）电路设计图及其仿真结果：（4）仿真结果分析:变压器为380V/220V10KVA60HZ理论计算原副边变比为1.727。由于原、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，所以实际变压器存在铁耗和铜耗等使得实际变压器原副边变比为1.64左右，负载两端的电压达不到期望值220V。尽管电路图设计与变压器二次侧折算到一次侧的T形等效电路还是不同的，因此在实际参数折算的时候要区分开；变压器参数配置时选择分数形式比小数形式更加准确；变压器负载参数配置是要注意下图所示的电感初始电流的设置，如若勾选即将电感初始电流设置为0则在变压器仿真运行时将会出现下图所示的警告。13设计任务（三）一、实验目的：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在整流、逆变、斩波等电力电子技术方面的仿真设计；二、实验原理1、三相桥式整流电路，晶闸管导通顺序为VT1—VT6,VT1—VT2,VT2—VT3,VT3—VT4,VT4—VT5,VT5—VT6。带阻感性负载时，若电感足够大，则负载电流不断续。负载输出波形随着触发角的变化而变化。2、三相PWM逆变电路，将直流电逆变为交流电。电压型逆变电路，直流侧为直流电压源，或并联大电容相当于电压源。由于直流电源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关，14输出电流波形和相位因负载情况的不同而不同。3、buck降压电路，是一个DC-DC变换器或者称为斩波电路，将直流电变为可调电压的直流电。通过PulseGenerator对开关器件的控制，实现直流-直流降压的作用，并且通过调整占空比可以改变输出电压平均值。4、boost升压电路，是一个DC-DC变换器或者称为斩波电路，将直流电变为可调电压的直流电。通过PulseGenerator对开关器件的控制，实现直流-直流升压的作用，并且通过调整占空比可以改变输出电压平均值。三、实验内容1、三相桥式整流电路（晶闸管）分析（1）设计要求：已知：3个交流电源，U=220+(学号%10)×10V，50Hz；串联负载分别为：R=1Ω，L=1mH；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；（2）电路设计图：15（3）仿真波形图：触发角：controlangle=0°-1000100200300400500600timevoltageub：负载电压输出波形00.010.020.030.040.050.060.070100200300400500600timecurrentib:负载电流输出波形16触发角：controlangle=30°-1000-5000500usw1-1000-5000500usw2-1000-5000500usw3-1000-5000500usw4-1000-5000500usw500.010.020.030.040.050.060.07-1000-5000500timeusw6-1000100200300400500600timevoltageub：负载电压输出波形00.010.020.030.040.050.060.070100200300400500600timecurrentib:负载电流输出波形17触发角：controlangle=60°-1000100200300400500600timevoltageub:负载电压输出波形00.010.020.030.040.050.060.070100200300400500timecurrentib：负载电流输出波形-100001000usw1-100001000usw2-100001000usw3-100001000usw4-100001000usw500.010.020.030.040.050.060.07-100001000timeusw618（4）仿真结果分析三相桥式整流电路，如图分别选取触发角为0°、30°、60°的情形。当触发角为0°时，总的整流输出电压为线电压在正半周的包络线；当触发角小于60°整流输出电压的每一段线电压推迟相应的角度，总的平均值降低，负载电压波形不会出现负的部分；当触发角等于60°时负载电压波形为临界状态。由理论可知当触发角大于60°时负载电压波形会出现负的部分。带阻感负载时，三相桥式整流电路触发角的移相范围为90°。由于电感作用，使得负载电流变得较为平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可以近似为一条直线。各晶闸管电压波形相同，由于导通时刻依次延迟60°故相位互差60°。-400-2000200400usw1-400-2000200400usw2-5000500usw3-400-2000200400usw4-400-2000200400usw500.010.020.030.040.050.060.07-5000500timeusw6192、三相PWM逆变（IGBT）（1）设计要求：已知：直流电压源电压U=100+（学号%10）×5V，输出频率50Hz；负载分别为：𝐿=2+j1Ω;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。（2）电路设计图：（3）实验参数设置：20根据实验要求中的设计提示对电路各器件参数进行设置，如上图所示：a)两个直流电压源串联，中间接地；（每个电压源根据学号设为110V）b)整流桥的桥臂数选3，ABC为输出；c)PWM发生器位于ExtraLibrary的DiscreteControlBlocks，载波频率取输出频率的20倍；d)需要Powergui模块；其中PWM发生器载波频率为1000HZ，调制比为0.4，负载输出频率为50HZ；三相桥桥臂为3，电力电子器件选IGBT，其他参数默认；21（4）仿真波形图：-150-100-5005