电力电子技术仿真实训

1电力电子技术仿真实训2009年仿真实训1——桥式整流电路仿真研究.............................2仿真实训2——直流降压变换器仿真研究..........................10仿真实训3——单相逆变器仿真研究..............................14仿真实训4——单相交流调压器仿真研究..........................172仿真实训1——桥式整流电路仿真研究一、准备工作1、预习Matlab/simulink仿真软件；2、预习整流电路的几种形式和原理，重点预习单相桥式全控整流电路。有能力的同学也可以预习其他各种形式的整流电路。二、操作方法1、带电阻性负载的仿真实验启动MATLAB7.0（或6.5）,进入SIMULINK后建新文档，绘制单相全波可控整流器结构模型图，如图1所示。双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。图1带电阻负载单相桥式全控整流电路模型（1）晶闸管元件参数设置双击晶闸管模块，本例元件参数对话框如图2所示。a）晶闸管元件内电阻Ron，单位为Ω。b）晶闸管元件内电阻Lon，单位为H。注意，电感不能设置为0。3图2可关断晶闸管元件的参数设置对话框c）晶闸管元件的正向管压降Vf，单位为V。d）电流下降到10％的时间tf，单位为秒（s）。e）电流拖尾时间Tq，单位为秒（s）。f）初始电流IC，单位为A，与晶闸管元件初始电流的设置相同。通常将IC设置为0。g）缓冲电阻Rs，单位为Ω，为了在模型中消除缓冲电路，可将缓冲电阻Rs设置为inf。h）缓冲电容Cs，单位为F，为了在模型中消除缓冲电路，可将缓冲电容Cs设置为0。为了得到纯电阻Rs，可将电容Cs参数设置为inf。（2）单个电阻、电容、电感元件的参数设置。双击RLC模块，整个电阻、电容、电感元件的参数设置对话框如图3所示。4本例中设置电阻R＝10Ω，电感L＝0H，电容C为inf。串联RLC分支与并联RLC分支的设置方法见表1。图3单个电阻、电容、电感元件的参数设置对话框表1单个电阻、电容、电感元件的参数元件串联RLC分支并联RLC分支类别电阻数值电感数值电容数值电阻数值电感数值电容数值单个电阻R0infRinf0单个电容0LinfinfL0单个电感00CinfinfC（3）固定时间间隔的脉冲发生器参数设置双击脉冲发生器模块（pulse），固定时间间隔的脉冲发生器参数设置对话框如图4所示。本例中振幅设置为5V，周期与电源电压设置一致，为0.02S（即频率为50Hz），脉冲宽度为2，初相位（控制角）为0.0025，（45°）。一定要注意触发脉冲控制角的设置，否则要烧坏晶闸管。5图4固定时间间隔的脉冲发生器参数设置对话框（4）电源电压的参数设置双击电源电压模块，参数设置对话框如图52所示。本例中电源电压的幅值为220V，初相位为0°，电源电压的周期与固定时间的脉冲发生器的周期都为0.02s。图5电源电压的参数设置对话框（5）仿真参数设置6选择仿真中仿真参数设计，出现仿真对话框如图6。不同版本的matlab，对话框有些不同。图6是在matlab7.0下的对话框。图6仿真参数设置对话框（6）信号标签的传递信号标签传递的方法有两种：（a）选择信号线并双击，在信号标签编辑框中输入“”,在此括号中输入信号标签即可传递信号标签,然后选择“Edit”菜单中的“UpdateDiagram”命令来刷新模型。（b）选择信号线，然后选择“Edit”菜单中的“SignalProperties”命令；或单击右键，选择弹出快捷菜单中的“SignalProperties”命令，出现如图7所示的对话框，在“SignalName”下写上信号线的名称，当一个带有标签的信号与Scope模块连接时，信号标签将作为标题显示。7图7SignalProperties对话框（7）仿真单击工具栏的按钮或“Simulation”菜单下的“Start”命令进行仿真，双击示波器模块，得到仿真结果如图8所示。图8电阻负载，控制角为45°是单相桥式整流器仿真结果8（8）示波器参数的设置单击示波器工具栏中图标，出现如图9所示“General”选项卡和“DataHistory”选项卡对话框，在本例中设置的坐标系数目为6，显示时间为0.1（设置的是横坐标），坐标系的标签为all。单击右键，选择弹出快捷菜单中的“Axesproperities”命令，出现如图10所示示波器的纵坐标参数设置对话框。本对话框中设置的是触发信号纵坐标。图9示波器参数设置对话框图10示波器的纵坐标参数设置对话框2、带电阻电感性负载的仿真带电阻电感性负载的仿真与带电阻性负载的仿真方法基本相同，但需要将RLC的串联分支设置为电阻电感性负载。本例中设置的电阻R＝1Ω，L＝0.01H，电容为inf。图11为电阻电感性负载仿真图。9图11电阻电感负载单相桥式全控整流仿真结果三、注意事项1、分析各种整流电路原理时要抓住相控控制方法的本质。2、仿真时要与实际电路联系起来，要知道所设置参数的含义。10仿真实训2——直流降压变换器仿真研究一、任务准备1、复习matlab中的simulink的使用。2、复习直流降压变换器的工作原理。二、实施方法1、启动MATLAB6.5（7.0），进入SIMULINK后建新文档，绘制直流降压变换器仿真模型图，如图1所示，双击个模块，在出现的对话框内设置相应的参数。图1电直流降压变换器仿真模型图2、仿真步骤1）参数设置模块参数名参数值直流电源VsAmplitude/V200电感模块LInductance/H0.01电阻模块Resistan511Rce/脉冲模块PeridodTS/s0.002PulsePulseWidth（%）50模型中IGBT和二极管的参数可以保持蕴含值，电源电压和负载电阻可以根据实际情况设定，驱动脉冲宽度和电感值可以根据对输出电压电流的脉动要求选择。2）设置仿真时间为0.05s，算法ode15s。3）起动仿真，仿真结果如图2所示。其中图2—a为变换器输出电压波形，IGBT的开关频率为500Hz，占空比为0.5。b为负载波形；c为加滤波器的波形。a）换器输出电压仿真波形：12b)负载输出波形c)滤波后的仿真波形图2直流降压变换器仿真结果（9）记录仿真结果，写在实训报告中。三、注意事项1、注意遵守实验室使用规范2、每个同学独立完成此项任务。任务小结本任务对直流降压变换器的进行了仿真研究。1314仿真实训3——单相逆变器仿真研究一、任务准备1、复习电压型单相全桥逆变电路的工作原理2、复习正弦波脉宽调制（SPWM）调频、调压的原理。3、研究单相全桥逆变电路触发控制的要求。二、实施方法1、采用正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频。交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路，逆变部分（DC/AC）有四只IGBT管组成单相桥式逆变电路径，电路采用双极性控制方式。输出经LC低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。启动MATLAB6.5（7.0），进入SIMULINK后建新文档，绘制电压型单相全桥逆变电路仿真模型图，如图1所示，双击个模块，在出现的对话框内设置相应的参数。图1电压型单相全桥逆变电路仿真模型图（1）交流电压源参数设置。设置交流峰值电压为220V,频率为50Hz。（2）IGBT的参数设置按下列数据设置参数Rn＝0.001Ω，Lon=1e-6H，Uf=0.8，Rs=10Ω，Cs=250e-6（250×10-6）F15（3）电阻R的参数设置R＝1000Ω，L=0H，C=inf。（4）电容C的参数设置R＝0Ω，L=0H，C=100μF。（5）感性负载的参数设置R＝10Ω，L=1H，C=inf。（8）普通桥的参数设置，如图2所示。图2普通桥的参数设置对话框单击仿真按钮进行仿真。双击示波器模块，得到如图3所示仿真结果。16图3电压型单相全桥逆变电路仿真结果（9）记录仿真结果，写在实训报告中。三、注意事项1、注意遵守实验室使用规范2、每个同学独立完成此项任务。任务小结本任务对单相逆变器的各种拓扑结构进行了研究，并针对典型电路进行了仿真研究。17仿真实训4——单相交流调压器仿真研究一、准备工作1、预习Matlab/simulink仿真软件；2、预习单相交流调压电路的原理，有能力的同学也可以预习三相交流调压电路。二、实施方法1、带电阻性负载的仿真实验启动MATLAB7.0（或6.5）,进入SIMULINK后建新文档，绘制单相交流调压系统模型图，如图1所示。双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。（1）交流电压源参数设置打开参数设置对话框，按要求进行参数设置，主要的参数有交流峰值电压、相位和频率。设置交流峰值电压为220V，频率为50Hz。（2）晶闸管的参数设置Rn＝0.001Ω，Lon＝0H，Vf＝0.8Ω，Rs＝500，Cs＝250e－9（250×10-9）F。（3）负载的参数设置R＝450Ω，L＝0H，C＝inf。图1单相交流调压系统模型图（4）脉冲发生器模块（pulse）的参数设置α＝0°时，pulse设置为0，pulse1设置为0.01。18α＝60°时，pulse设置为0.00334，pulse1设置为0.01334。打开仿真/参数窗，选择ode23tb算法，将相无偿设置为1e－3（1×10-3），开始仿真时间为0，停止时间设置为0.1。设置好各模块参数后，单击工具栏的按钮，得到如图2（a）和2（b）的仿真结果。（a）控制角为0°（b）控制角为60°图2带电阻性负载单相交流调压系统仿真结果2、带电感性负载的仿真各模块参数设置同上，但负载模块的参数设置为：R＝450Ω，L＝0.1H，C＝inf。设置好各模块参数后，单击工具栏的按钮，得到如图3（a）和3（b）的仿真结果。19（a）控制角为0°（b）控制角为60°图3带电感性负载单相交流调压系统仿真结果3、在报告中要包括以下内容（1）交流调压的应用场合概述。（2）本任务的目的。（3）记录仿真模型和仿真结果。（4）分析电阻电感性负载时，α角和角相应关系的变化对调压器工作的影响。20（5）分析仿真中出现的各种问题。三、注意事项1、将仿真结果用全屏拷贝的方式复制到U盘中，写报告用。2、严格执行相关实验实训室的规定。