電力電子技術(shù)課程實習(xí)報告課件

1、電力電子技術(shù)課程實習(xí)學(xué) 生 姓 名： 許丹陽 指導(dǎo)教師： 丁麗娜 祝開艷（1班） 學(xué) 號： 0918120123 專業(yè)名稱： 自動化09-1 所在學(xué)院： 信息工程學(xué)院 時 間： 2012年6月410日 目錄1單相半波可控整流電路仿真32 三相半波可控整流電路仿真73 三相橋全控整流電路仿真124 三相橋式有源逆變電路仿真165 心得體會1819 電力電子電路仿真運用現(xiàn)代仿真技術(shù)是學(xué)習(xí)、研究和設(shè)計電力電子電路的高效便捷的方法。實習(xí)一 單相半波可控整流電路仿真一、電路原理圖單相半波可控整流電路如圖所示。電路由交流電源、晶閘管、負(fù)載以及觸發(fā)電路組成。改變晶閘管的控制角可以調(diào)節(jié)輸出直流電壓和電流的大小

2、。該電路的仿真過程可以分為建立仿真模型、設(shè)置模型參數(shù) 和觀察仿真結(jié)果。二、建立仿真模型1建立一個仿真模型的新文件。在MATLAB的菜單欄上點擊File，選擇New，再在彈出菜單中選擇Model，這時出現(xiàn)一個空白的仿真平臺，如圖32所示。在這個平臺上可以繪制電路的仿真模型。圖32 仿真模型窗口2提取電路元器件模塊。在仿真模型窗口的菜單上點擊圖標(biāo)調(diào)出模型庫瀏覽器，在模型庫中提取所需的模塊放到仿真窗口。組成單相半波整流電路的元器件有交流電源、晶閘管、RLC負(fù)載。3將電路元器件模塊按單相整流的原理圖連接起來組成仿真電路。如圖33所示。三、設(shè)置模型參數(shù)設(shè)置模型參數(shù)時保證仿真準(zhǔn)確和順利的重要一步。有些參數(shù)

3、由仿真任務(wù)決定，如電壓、電流等，有些參數(shù)是需要通過仿真來確定的。設(shè)置模型參數(shù)可以雙擊模塊圖標(biāo)，彈出參數(shù)設(shè)置對話框，然后按框中提示輸入，若有不清楚的地方可以借助help幫助。在本例中，參數(shù)設(shè)置如下：1交流電源。電壓為220V，頻率為50Hz，初始相位為0°，如圖34所示。2晶閘管。晶閘管直接使用了模型的默認(rèn)參數(shù)，也可以另外設(shè)置，如圖35所示。3負(fù)載RLC。根據(jù)負(fù)載要求設(shè)置。如圖36所示。 4晶閘管的觸發(fā)電路。本實習(xí)晶閘管的觸發(fā)采用簡單的脈沖發(fā)生器來產(chǎn)生。控制角以脈沖的延遲時間來表示，如圖37所示。四、模型仿真以及仿真波形分析在模型開始仿真前還必須首先設(shè)置仿真參數(shù)。在菜單中選擇Simul

4、ation，在下拉菜單中選擇Simulation parameters，在彈出的對話框中設(shè)置的項目很多。主要有開始時間、終止時間、仿真類型等。本實習(xí)的仿真參數(shù)設(shè)置如圖38所示。在參數(shù)設(shè)置完畢后即可以開始仿真。在菜單Simulation下選擇Start，立即開始仿真，若要中途停止仿真可以選擇Stop。在仿真計算完成后即可以通過示波器來觀察仿真的結(jié)果。在需要觀察的點上放置示波器，雙擊示波器圖標(biāo)，即彈出示波器窗口顯示輸出波形。1 電阻性負(fù)載時的仿真。電阻性負(fù)載仿真圖形：調(diào)試出：0°、30°、90°、150°時仿真波形。舉例：當(dāng)30°電源電壓、觸發(fā)脈沖

5、、負(fù)載兩端電壓和電流波形、晶閘管電壓 2電阻電感負(fù)載接續(xù)流二極管時的仿真。如果要研究電感性負(fù)載時電路工作情況，只需重新設(shè)置負(fù)載參數(shù)。設(shè)R的值為2，L的值為0.01H，在負(fù)載并接二極管，仿真模型如圖39所示。1. 電感性負(fù)載仿真圖形： 調(diào)試出：1、0°時電源電壓、觸發(fā)脈沖、負(fù)載兩端電壓和電流波形、2、90°時電源電壓、觸發(fā)脈沖、負(fù)載兩端電壓和電流波形3、90°時晶閘管、二極管兩端電壓及流過晶閘管、二極管電流波形 舉例：當(dāng)90°時電源電壓、觸發(fā)脈沖、負(fù)載兩端電壓和電流波形、晶閘管電壓五、仿真波形分析將得到的波形進行理論分析，得出結(jié)論。（1） 電阻性負(fù)載特性在

6、電源電壓正半波（0區(qū)間），晶閘管承受正向電壓，在t=處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導(dǎo)通，形成負(fù)載電流Id，負(fù)載上有輸出電壓和電流。在t=時刻，U2=0，電源電壓自然過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負(fù)載電流為0。在電源電壓負(fù)半波（2區(qū)間），晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)載上沒有輸出電壓，負(fù)載電流為0。直到電壓電源U2的下個周期的正半波，脈沖在t=2+處又觸發(fā)晶閘管，晶閘管再次被觸發(fā)導(dǎo)通，輸出電壓和電流有加在負(fù)載上，如此不斷反復(fù)。 （2）阻-感性負(fù)載帶續(xù)流二極管在電源電壓正半波，電壓u20，晶閘管uAK0。在t=處觸發(fā)晶閘管，使其導(dǎo)通，形成負(fù)載電流id，負(fù)載上有輸出電壓和電流，此間續(xù)流二極管V

7、D承受反向陽極電壓而關(guān)斷。在電源電壓負(fù)半波，電感感應(yīng)電壓使續(xù)流二極管VD導(dǎo)通續(xù)流，此時電壓u2 0， u2通過續(xù)流二極管VD使晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷，負(fù)載兩端的輸出電壓為續(xù)流二極管的管壓降，如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導(dǎo)通到下一周期晶閘管導(dǎo)通，使id連續(xù)，且id波形近似為一條直線。以上分析可看出，電感性負(fù)載加續(xù)流二極管后，輸出電壓波形與電阻性負(fù)載波形相同，續(xù)流二極管可起到提高輸出電壓的作用。在大電感負(fù)載時負(fù)載電流波形連續(xù)且近似一條直線，流過晶閘管的電流波形和流過續(xù)流二極管的電流波形是矩形波。對于電感性負(fù)載加續(xù)流二極管的單相半波可控整流器移相范圍與單相半波可控整流器電阻性負(fù)載相同，為0180

8、º，且有+=180º。實習(xí)二 三相半波可控整流電路仿真 一、三相半波可控整流電路原理圖三相半波可控整流電路原理圖如圖所示。二、建立仿真模型1建立一個仿真模型的新文件。在MATLAB的菜單欄上點擊File，選擇New，再在彈出菜單中選擇Model，這時出現(xiàn)一個空白的仿真平臺，在這個平臺上可以繪制電路的仿真模型。2提取電路元器件模塊。在仿真模型窗口的菜單上點擊圖標(biāo)調(diào)出模型庫瀏覽器，在模型庫中提取所需的模塊放到仿真窗口。3將電路元器件模塊按三相半波可控整流電路原理圖連接起來組成仿真電路。如圖323所示。三、設(shè)置模型參數(shù)雙擊模塊圖標(biāo)彈出參數(shù)設(shè)置對話框，然后按框中提示輸入，若有不清楚

9、的地方可以借助help幫助。仿真參數(shù)的設(shè)置與前相同。四、模型仿真在參數(shù)設(shè)置完畢后即可以開始仿真。在菜單Simulation下選擇Start，立即開始仿真，若要中途停止仿真可以選擇Stop。1 電阻性負(fù)載時的仿真。電阻性負(fù)載仿真圖形：調(diào)試出：30°時輸出電壓和電流波形，流過晶閘管電流及晶閘管兩端電壓波形60°時輸出電壓和電流波形，60°時流過晶閘管電流及晶閘管兩端電壓波形 舉例：當(dāng)30°時觸發(fā)脈沖、負(fù)載兩端電壓和電流波形、晶閘管電壓和電流 舉例當(dāng)60°時觸發(fā)脈沖、負(fù)載兩端電壓和電流波形、晶閘管電壓和電流2電阻電感負(fù)載時的仿真。電阻電感負(fù)載時的仿真

10、圖形：如果要研究電感性負(fù)載時電路工作情況，只需重新設(shè)置負(fù)載參數(shù)。調(diào)試出：0°時輸出電壓和電流波形90°時輸出電壓和電流波形60°時流過晶閘管電流及晶閘管兩端電壓波形舉例當(dāng)0°時觸發(fā)脈沖、負(fù)載兩端電壓和電流波形、晶閘管電壓和電流舉例當(dāng)30°時觸發(fā)脈沖、負(fù)載兩端電壓和電流波形、晶閘管電壓和電流 3電阻電感負(fù)載接續(xù)流二極管電阻電感負(fù)載接續(xù)流二極管仿真圖形：在負(fù)載兩端并接二極管，仿真模型如圖324所示。調(diào)試出：0°時輸出電壓、電流以及晶閘管兩端電壓波形60°時輸出電壓、電流以及晶閘管兩端電壓波形120°時輸出電壓、電流以及

11、晶閘管兩端電壓波形 舉例當(dāng)0°時觸發(fā)脈沖、負(fù)載兩端電壓和電流波形、晶閘管電壓和電流 舉例當(dāng)60°時觸發(fā)脈沖、負(fù)載兩端電壓和電流波形、晶閘管電壓和電流五、仿真波形分析將得到的波形進行理論分析，得出結(jié)論。 （1）電阻性負(fù)載特性a =0°時的工作原理分析：晶閘管的電壓波形，由3段組成： 第1段，VT1導(dǎo)通期間，為一管壓降，可近似為uT1=0 第2段，在VT1關(guān)斷后，VT2導(dǎo)通期間，uT1=ua-ub=uab，為一段線電壓。 第3段，在VT3導(dǎo)通期間，uT1=ua-uc=uac ，為另一段線電壓。a = 30°時的波形負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)，各相仍

12、導(dǎo)電120° 。a > 30°的情況，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120° 。 （2） 阻-感性負(fù)載特性 a 30°時，整流電壓波形與電阻負(fù)載時相同。 a >30°時，u2過零時，VT1不關(guān)斷，直到VT2 的脈沖到來才換流，由VT2導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時向VT1施加反壓使其關(guān)斷，因此ud波形中會出現(xiàn)負(fù)的部分。 id波形有一定的脈動，但為簡化分析及定量計算，可將id近似為一條水平線。阻感負(fù)載時的移相范圍為90° 。實習(xí)三 三相橋式全控整流電路仿真一、三相橋式全控整流電路原理圖三相橋式全控整流電路原理圖如圖325所示。二、建立

13、仿真模型1建立一個仿真模型的新文件。在MATLAB的菜單欄上點擊File，選擇New，再在彈出菜單中選擇Model，這時出現(xiàn)一個空白的仿真平臺，在這個平臺上可以繪制電路的仿真模型。2提取電路元器件模塊。在仿真模型窗口的菜單上點擊圖標(biāo)調(diào)出模型庫瀏覽器，在模型庫中提取所需的模塊放到仿真窗口。3將電路元器件模塊按三相橋式全控整流電路原理圖連接起來組成仿真電路。如圖326所示。三、設(shè)置模型參數(shù)雙擊模塊圖標(biāo)彈出參數(shù)設(shè)置對話框，然后按框中提示輸入，若有不清楚的地方可以借助help幫助。仿真參數(shù)的設(shè)置與前相同。四、模型仿真在參數(shù)設(shè)置完畢后即可以開始仿真。在菜單Simulation下選擇Start，立即開始仿

14、真，若要中途停止仿真可以選擇Stop。在仿真計算完成后即可以通過示波器來觀察仿真的結(jié)果。在需要觀察的點上放置示波器，雙擊示波器圖標(biāo)，即彈出示波器窗口顯示輸出波形。1 電阻性負(fù)載時的仿真 電阻性負(fù)載時的仿真圖形調(diào)試出：0°時輸出電壓和電流波形60°時輸出電壓和電流波形 90°時輸出電壓和電流波形 舉例當(dāng)0°時輸出電壓和電流波形 舉例當(dāng)60°時輸出電壓和電流波形2 電阻電感負(fù)載時的仿真。 電阻電感負(fù)載時的仿真圖形： 調(diào)試出：0°時輸出電壓和電流波形30°時輸出電壓和電流波形90°時輸出電壓和電流波形舉例當(dāng)0°

15、時輸出電壓和電流波形舉例當(dāng)90°時輸出電壓和電流波形五、仿真波形分析將得到的波形進行理論分析，得出結(jié)論。（1） 電阻性負(fù)載特性當(dāng)a 60°時，ud波形均連續(xù)，對于電阻負(fù)載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù)a >60°時，ud波形每600中有一段為零。一旦ud降為零，id也降為零，流過晶閘管的電流即降為零，晶閘管關(guān)斷，輸出整流電壓ud為零，波形ud不能出現(xiàn)負(fù)值。帶電阻負(fù)載時三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120° （2） 阻-感性負(fù)載特性 當(dāng)a 60°時， ud波形均連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負(fù)載十分相似。阻感負(fù)載時，由于電感的作用

16、，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時候，負(fù)載電流id的波形可近似為一條水平線。 a >60°時， 阻感負(fù)載時的工作情況與電阻負(fù)載時不同。電阻負(fù)載時，ud波形不會出現(xiàn)負(fù)的部分，阻感負(fù)載時，ud波形會出現(xiàn)負(fù)的部分。 帶阻感負(fù)載時，三相橋式全控整流電路的a角移相范圍為90° 實習(xí)四 三相橋式有源逆變電路仿真一、三相橋式有源逆變電路原理圖三相橋式有源逆變電路原理圖如圖329所示。圖329 三相橋式有源逆變電路原理圖二、建立仿真模型1建立一個仿真模型的新文件。在MATLAB的菜單欄上點擊File，選擇New，再在彈出菜單中選擇Model，這時出現(xiàn)一個空白的仿真平臺，在這

17、個平臺上可以繪制電路的仿真模型。2提取電路元器件模塊。在仿真模型窗口的菜單上點擊圖標(biāo)調(diào)出模型庫瀏覽器，在模型庫中提取所需的模塊放到仿真窗口。3將電路元器件模塊按三相橋式有源逆變原理圖連接起來組成仿真電路。如圖330所示。圖330 三相橋式有源逆變電路仿真模型三、設(shè)置模型參數(shù)雙擊模塊圖標(biāo)彈出參數(shù)設(shè)置對話框，然后按框中提示輸入，若有不清楚的地方可以借助help幫助。仿真參數(shù)的設(shè)置與前相同。四、模型仿真在參數(shù)設(shè)置完畢后即可以開始仿真。在菜單Simulation下選擇Start，立即開始仿真，若要中途停止仿真可以選擇Stop。在仿真計算完成后即可以通過示波器來觀察仿真的結(jié)果。在需要觀察的點上放置示波器

18、，雙擊示波器圖標(biāo)，即彈出示波器窗口顯示輸出波形。調(diào)試出：當(dāng)90°時輸出電壓和電流波形當(dāng)120°時輸出電壓和電流波形五、仿真波形分析將得到的波形進行理論分析，得出結(jié)論。通過以上的仿真過程分析,可以得到下列結(jié)論:有源逆變電路實質(zhì)上是整流電路工作于移相控制角>/ 2 ,且存在一個極性與晶閘管導(dǎo)通方向一致的反電動勢時的特殊情況。本文利用Simulink 對三相半波有源逆變電路的仿真結(jié)果進行了詳細(xì)分析,與采用常規(guī)電路分析方法所得到的輸出電壓波形進行比較,進一步驗證了仿真結(jié)果的正確性。采用Matlab/ Simulink 對三相半波或三相橋式全控有源逆變電路進行仿真分析,避免了常規(guī)分析方法中繁瑣的繪圖和計算過程,得到了一種較為直觀、快捷分析有源逆變電路的新方法。同時,該電路模