电力电子技术与电力系统分析matlab仿真

电气2013级卓班电力电子技术与电力系统分析课程实训报告评语：考勤（10）守纪（10）实训过程（20）实训报告（30分）答辩（30）总成绩（100）专业：电气工程及其自动化班级：姓名：学号：指导教师：兰州交通大学自动化与电气工程学院2016年1月日电力电子技术与电力系统分析课程实训报告-1-1电力电子技术实训报告1.1实训题目1.1.1电力电子技术实训题目一一．单相半波整流参考电力电子技术指导书中实验三负载，建立MATLAB/Simulink环境下三相半波整流电路和三相半波有源逆变电路的仿真模型。仿真参数设置如下：(1)交流电压源的参数设置和以前实验相关的参数一样。(2)晶闸管的参数设置如下：R=0.001Ω，Lon=0H，Vf=0.8V，Rs=500Ω，Cs=250e-9F(3)负载的参数设置RLC串联环节中的R对应Rd，L对应Ld，其负载根据类型不同做不同的调整。(4)完成以下任务：①仿真绘出电阻性负载（RLC串联负载环节中的Rd=Ω，电感Ld=0，C=inf，反电动势为0）下α=30°，60°，90°，120°，150°时整流电压Ud，负载电流Ld和晶闸管两端电压Uvt1的波形。②仿真绘出阻感性负载下（负载Rd=Ω，电感Ld为，反电动势E=0）α=30°，60°，90°，120°，150°时整流电压Ud，负载电流Ld和晶闸管两端电压Uvt1的波形。③仿真绘出阻感性反电动势负载下α=90°，120°，150°时整流电压Ud，负载电流Ld和晶闸管两端电压Uvt1的波形，注意反电动势E的极性。(5)结合仿真结果回答以下问题：①该三项半波可控整流电路在β=60°，90°时输出的电压有何差异?②在MATLAB/Simulink环境下仿真如何设置控制角？1.1.2仿真思路分析1)单相半波整流电路单相半波整流电路式全控整流电路实质上是三相半波共阴极组与共阳极组整流电路的串联。在任何时刻都必须有两个晶闸管导通才能形成导电回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，另一个晶闸管是共阳组的。6个晶闸管导通的顺序是按VT6–VT1→VT1–VT2→VT2–VT3→VT3–VT4→VT4–VT5→VT5–VT6依此循环，每隔60°有一个晶闸管换相。为了保证在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，采用了双脉冲触发电路，在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次，两次脉冲前沿的间隔为（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-2-60°。对于三相半波整流电路，在晶闸管和负载参数给定后，主要是脉冲发生器模块的参数设置，由于交流电压源的频率为25Hz，则Pulse模块的脉冲周期为0.04s，脉冲宽度设置为脉宽的50%，脉冲高度为1，脉冲移相角通过“相位角延迟”对话框进行设置。由于三项半波整流电路的移相角α零位定在三相交流电压的自然换流点，所以在计算延迟角时，还必须增加30°相位。且对于电阻性负载α∈(0°，150°)，对于阻感性负载α∈(0°，90°)，在电源频率为25Hz时，这一角度对应的延迟时间为0.0033s。另外，Pulse模块依次延迟120°，对应的时间为0.0132s。以下是不同的移相角对应的脉冲触发角：α=00°时,Pulse1=0.0033s，Pulse2=0.0166s，Pulse3=0.0300s。α=30°时,Pulse1=0.0066s，Pulse2=0.0200s，Pulse3=0.0333s。α=60°时,Pulse1=0.0100s，Pulse2=0.0233s，Pulse3=0.0366s。α=90°时,Pulse1=0.0133s，Pulse2=0.0266s，Pulse3=0.0400s。α=120°时,Pulse1=0.0166s，Pulse2=0.0300s，Pulse3=0.0433s。α=150°时,Pulse1=0.0200s，Pulse2=0.0333s，Pulse3=0.0466s。相对误差设置为0.001v，开始仿真时间为0，停止仿真时间为0.1。2)三相有源逆变电路要使整流电路工作于逆变状3)直流降压斩波电路要使整流电路工作于逆变状4)单相交流调压电路要使整流电路工作于逆变状态，必须有两个条件：①变流器的输出Ud能够改变极性。因为晶闸管的单向导电性，电流Id不能改变方向，为了实现有源逆变，必须去改变Ud的电极性。只要使变流器的控制角α90°即可。②必须要有外接的直流电源E，并且直流电源E也要可以改变极性，并且|E||Ud|。上述条件必须同时满足，才能实现有源逆变。所以，三相有源逆变电路的设置基本和三相半波整流电路相同，只是E设置为120V，且要求晶闸管的控制角α90°,Ud为负值，直流电动势的极性和晶闸管的导通方向一致，其值大于变流器直流侧的平均电压即|Ed||Ud|。1.1.3电路原理图及MATLAB/Simulink环境下仿真模型（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-3-(1)三相半波整流电路1)三相半波整流电路系统原2)三相半波整流电路系统模型图如图2所示：图2三相半波整流电路系统模型图(2)三相有源逆变电路1)三相有源逆变电路系统原理图如图3所示：（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-4-M+-LaidbudEMLBcLBLBiVT1iVT2iVT3VT1VT2VT3图3三相有源逆变电路系统原理图2)三相有源逆变电路系统模型图如图4所示：图4三相有源逆变电路系统模型图2)运行结果见附录一。1.1.4回答以下思考题：（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-5-①如何解决主电路和触发电路的同步问题?在本实验中，主电路三相电源的相序可任意设定吗?答：采用宽脉冲触发或双脉冲触发发式。在本实验中使脉冲宽度大于1/6个周期。在除法某个晶闸管的同时，前一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄脉冲替代宽脉冲。②在本实验的整流及逆变时，对角有什么要求？为什么?答：在本实验的整流时，移相角度角度为0-90°，这是因为当移相角度α超过90°就会进入逆变状态。1.1.5结合仿真结果，回答以下问题①该三相半波可控逆变电路在β=60°，90°时输出的电压有何差异?答：因为Ud=2.34U2cosβ，所以β为90°时Ud为0。而为60°时是有输出电压的。②在MATLAB/Simulink环境下仿真如何设置控制角？答：α=0°时,Pulse1=0.0033s，Pulse2=0.0166s，Pulse3=0.0300s。α=30°时,Pulse1=0.0066s，Pulse2=0.0200s，Pulse3=0.0333s。α=60°时,Pulse1=0.0100s，Pulse2=0.0233s，Pulse3=0.0366s。α=90°时,Pulse1=0.0133s，Pulse2=0.0266s，Pulse3=0.0400s。α=120°时,Pulse1=0.0166s，Pulse2=0.030s，Pulse3=0.0433s。α=150°时,Pulse1=0.0200s，Pulse2=0.033s，Pulse3=0.0466s。2电力电子技术实训报告2.1实训题目2.1.1电力电子技术实训题目一题目：单相交流—交流变换电路1)单相交流调压电路(1)带电阻性负载的单相交流调压电路仿真首先绘制单相交流调压电路原理图，并在MATLAB/Simulink环境下建立其仿真模型。参数设置：①交流电压源的参数设置交流电压峰值：100~400V之间；初始相位：0；电源频率：50Hz②晶闸管的参数设置Rn=0.001Ω，Lon=0H，Vf=0.8，Rs=500Ω，Cs=3.0e-7F（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-6-③负载的参数设置（RLC串联环节）R=100~500Ω，L=0H，C=inf④脉冲发生器模块（Pulse）的参数设置取=0°和30°（或45°、60°）分别设置Pulse模块参数（自己考虑）。⑤仿真时间和误差参数设置设相误差为1.0e-3~1.0e-4之间；开始仿真时间：0；结束仿真时间：0.1~0.2之间（即5~10个电源周期）；⑥完成以下任务：仿真绘制出不同值时的负载电压、负载电流、流过某只晶闸管电流、晶闸管端电压以及某只晶闸管上的触发信号的波形。(2)带阻感性负载的单相交流调压电路仿真首先绘制单相交流调压电路原理图，并在MATLAB/Simulink环境下建立其仿真模型。参数设置：①交流电压源的参数设置交流电压峰值：100~400V之间；初始相位：0；电源频率：50Hz②晶闸管的参数设置Rn=0.001Ω，Lon=0H，Vf=0.8，Rs=500Ω，Cs=3.0e-7F③负载的参数设置（RLC串联环节）R=100~500Ω，L=0.1~0.2H，C=inf④脉冲发生器模块（Pulse）的参数设置取=0°和30°及=φ（或=45°、60°）分别设置Pulse模块参数（自己考虑）。⑤仿真时间和误差参数设置设相误差为1.0e-3~1.0e-4之间；开始仿真时间：0；结束仿真时间：0.1~0.2s之间（即5~10个电源周期）；⑥完成以下任务：仿真绘制出不同值时的负载电压、负载电流、流过某只晶闸管电流、晶闸管端电压以及某只晶闸管上的触发信号的波形。2)单相交流调功电路(1)带电阻性负载的单相交流调功电路仿真（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-7-首先绘制单相交流调功电路原理图，并在MATLAB/Simulink环境下建立其仿真模型。参数设置：①交流电压源的参数设置交流电压峰值：100~400V之间；初始相位：0；电源频率：100Hz②晶闸管的参数设置Rn=0.001Ω，Lon=0H，Vf=0.8，Rs=500Ω，Cs=3.0e-7F③负载的参数设置（RLC串联环节）R=100~500Ω，L=0H，C=inf④脉冲发生器模块（Pulse）的参数设置取调功电路占空比分别为0.25和0.5，自行设置Pulse模块参数。⑤仿真时间和误差参数设置设相误差为1.0e-3~1.0e-4之间；开始仿真时间：0；结束仿真时间：0.1~0.2之间（即10~20个电源周期）；⑥完成以下任务：仿真绘制出不同占空比时的负载电压、流过某只晶闸管电流、晶闸管端电压以及某只晶闸管上的触发信号的波形。(2)分析并回答①交流调压与交流调功的电路结构是否相同，控制方式有何不同？②两者对脉冲发生器模块（Pulse）的参数设置有何不同？3)单相斩控式交流调压电路首先绘制电阻性负载单相交流调压电路原理图，并在MATLAB/Simulink环境下建立其仿真模型。参数设置：交流电压源的参数设置①交流电压峰值：100~400V之间；初始相位：0；电源频率：50Hz②负载的参数设置（RLC串联环节）R=100~300Ω，L=0H，C=inf③脉冲发生器模块（Pulse）的参数设置取触发信号的脉冲宽度为20%和50%，分别设置Pulse模块参数（自己考虑）。④仿真时间和误差参数设置（电力电子技术与电力系统分析）课程实训报告-8-设相误差为1.0e-3~1.0e-4之间；开始仿真时间：0；结束仿真时间：0.1~0.2之间（即5~10个电源周期）；⑤完成以下任务：仿真出触发信号的脉冲宽度为20%和50%时的电源电压、负载电压、负载电流、流过某只IGBT的电流、IGBT端电压以及IGBT上的触发信号的波形。(2)分析并回答①比较斩控式交流调压电路与相控交流调压电路的功率因数有何不同？②两者对脉冲发生器模块（Pulse）的参数设置有何不同？2.1.2仿真思路分析1)单相交流调压电路所谓交流调压就是将两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，在每半个周期内通过控制晶闸管的开通相位，可以方便的调节输出电压的有效值。当为电阻负载时，电路图中的晶闸管VT1和VT2也可以用一个双向晶闸管代替。在交流电源U1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的触发延迟角进行控制就可以调节输出电压。换言之，在仿真过程中设置晶闸管脉冲频率与电源频率相同，通过控制晶闸管脉冲的相位滞后角即可改变触发角α的大小从而调节输出电压。当为阻感负载时，由于电感的作用，使得其输出电压不仅与晶闸管的触