分鐘MATLAB仿真PPT課件

1、本課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與基本要求 聽課: 掌握Matlab/Simulink中SimPowerSystems 工具箱的基本建模方法 獨(dú)立完成：基本電路與磁路的仿真設(shè)計(jì) 獨(dú)立完成：幾種典型的變流電路的仿真設(shè)計(jì) 獨(dú)立完成：交、直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì) 總結(jié)上述設(shè)計(jì)內(nèi)容，完成設(shè)計(jì)報(bào)告第1頁/共95頁第一章 Matlab/Simulink 中SimPowerSystems工具箱簡介第一節(jié) 基本操作一、進(jìn)入Matlab及Simulink 兩種方法：1、雙擊桌面上的快捷圖標(biāo) 第2頁/共95頁一、 進(jìn)入Matlab及Simulink 兩種方法：2、從“開始”“程序”菜單中 第3頁/共95頁進(jìn)入Simulink第4頁

2、/共95頁Simulink中已經(jīng)安裝的各種工具箱第5頁/共95頁電力系統(tǒng)各種工具箱基本Simulink模塊本次課程設(shè)計(jì)主要涉及的兩個(gè)部分第6頁/共95頁Simulink中包括的模塊第7頁/共95頁電力系統(tǒng)各種工具箱中所包含的各種模塊第8頁/共95頁二、根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路搭建模型建模的基本步驟：1、建立一個(gè)新的空白的Simulink文件（.mdl）2、從相應(yīng)的元件庫中選元件3、聯(lián)線4、設(shè)置參數(shù)5、運(yùn)行模型下面以一個(gè)單相半波整流電路為例進(jìn)行建模與仿真研究第9頁/共95頁（1）建立一個(gè)新的空白的Simulink文件（.mdl）1234默認(rèn)的保存路徑保存的文件名第10頁/共95頁當(dāng)前路徑當(dāng)前路徑的文件設(shè)

3、置當(dāng)前路徑第11頁/共95頁建立一個(gè)新的空白的Simulink文件（）第12頁/共95頁（2）從“Electrical Sourcs（電源）”庫中選電源所有電源模塊對(duì)所選模塊的解釋第13頁/共95頁選中所需電源，添加到新的Example1.mdl模型中： 方法1：直接拖曳。第14頁/共95頁方法2：右鍵單擊第15頁/共95頁第16頁/共95頁（3）從“Power Electronics（電力電子器件）”庫中選各種電力開關(guān)等器件二極管IGBTMOSFET第17頁/共95頁第18頁/共95頁雙擊選擇第19頁/共95頁第20頁/共95頁（4）從“Elements（元件）”庫中選各種元器件RLC 并聯(lián)

4、支路RLC 并聯(lián)負(fù)載RLC 串聯(lián)支路RLC 串聯(lián)負(fù)載斷路器第21頁/共95頁右鍵第22頁/共95頁第23頁/共95頁第24頁/共95頁（5）為了觀測電壓和電流波形，需要選擇電壓電流測量模塊電流測量模塊電壓測量模塊第25頁/共95頁第26頁/共95頁輸出：二極管的電壓和電流第27頁/共95頁（6）、在Simulink庫中選擇Scope（示波器）來觀測電壓和電流波形。示波器模塊第28頁/共95頁第29頁/共95頁若想在通過一個(gè)示波器觀測多路信號(hào)的波形，比如說4路信號(hào)，可以如下設(shè)置：信號(hào)的數(shù)目第30頁/共95頁數(shù)據(jù)大小的限制不想限制，去掉復(fù)選框第31頁/共95頁（7）從“Elements（元件）”庫

5、中選 “地”“地”第32頁/共95頁信號(hào)分解模塊（8）測量信號(hào)的分離：該模塊在Simulink庫中的“Commonly Used Blocks”中第33頁/共95頁有時(shí)候會(huì)將幾個(gè)波形放在一起以進(jìn)行對(duì)比，會(huì)需要“信號(hào)合成模塊”第34頁/共95頁（9）連線以完成模型左鍵拖曳右鍵拖曳第35頁/共95頁（10）各元件的參數(shù)設(shè)置：單擊該元件打開元件屬性對(duì)話框進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。電壓源參數(shù)設(shè)置對(duì)話框電壓源電壓幅值(最大值)電壓源電壓初始相位電壓源電壓頻率第36頁/共95頁二極管參數(shù)設(shè)置對(duì)話框可以暫時(shí)先取默認(rèn)值用來測量二極管的電壓和電流(觀察一下去掉“”后模塊的變化)第37頁/共95頁RL支路參數(shù)設(shè)置對(duì)話框設(shè)置R

6、值設(shè)置L值第38頁/共95頁（11）仿真運(yùn)行參數(shù)設(shè)置單擊第39頁/共95頁仿真開始時(shí)間仿真結(jié)束時(shí)間其他的暫時(shí)取默認(rèn)的參數(shù)第40頁/共95頁（12）運(yùn)行仿真模型單擊該“運(yùn)行按鈕”第41頁/共95頁雙擊該模塊，觀察結(jié)果（13）觀察運(yùn)行結(jié)果第42頁/共95頁（a）阻性負(fù)載情況下顯示的曲線不合適時(shí)，單擊此按鈕第43頁/共95頁(b)感性負(fù)載情況下第44頁/共95頁感性負(fù)載阻性負(fù)載第45頁/共95頁單擊該模塊默認(rèn)的名字然后輸入自己取的名字一些提醒：1、每個(gè)模塊的名字可根據(jù)需要進(jìn)行修改第46頁/共95頁雙擊連線，然后輸入名字一些提醒：2、連線的名字的標(biāo)記第47頁/共95頁連線的標(biāo)注反映到示波器曲線的標(biāo)注一

7、些提醒：3、示波器曲線的標(biāo)注如果示波器曲線中沒有標(biāo)注，點(diǎn)此圖標(biāo)，然后按“Apply”鍵第48頁/共95頁一些提醒：4、可以通過幫助文件了解模塊的使用方法a.右鍵單擊該模塊b. 單擊help第49頁/共95頁 c.于是可以得到該模塊的內(nèi)容介紹，如下圖所示第50頁/共95頁d.在該幫助文件的最后，會(huì)有該模型的例子模型，可以通過打開該模型進(jìn)一步了解該模塊的使用方法單擊此處即可打開相應(yīng)的例子模型第51頁/共95頁示波器一些提醒：5、測量電壓(流)必須經(jīng)由電壓(流)測量模塊進(jìn)入示波器Scope。電流測量模塊電壓測量模塊第52頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)1：單相橋式整流加LC濾波電路，電源為220V,50Hz,

8、整流電路輸入為24V，負(fù)載為10阻性負(fù)載，濾波電感L=100mH，濾波電容C=200uF。Discrete,Ts = 5e-005 s.powerguiVd_outv+-VdVI_diode4VI_diode3makDiode4makDiode3Diode2Diode1220V 50Hz 12200VA 220V/24V10ohms200 uF 100mH第53頁/共95頁所用線性變壓器的參數(shù)（僅作參考），可以自行調(diào)整注意此選項(xiàng)第54頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)2：基本電路與磁路的仿真設(shè)計(jì)：一階直流激勵(lì)RC充、放電電路的研究(學(xué)號(hào)尾數(shù)為單數(shù))一階直流激勵(lì)RL充、放電電路的研究(學(xué)號(hào)尾數(shù)為雙數(shù))二階RL

9、C直流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究：a.欠阻尼情況, R小（學(xué)號(hào)尾數(shù)為單數(shù)）b.過阻尼情況（學(xué)號(hào)尾數(shù)為雙數(shù)）二階RLC交流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究（全體學(xué)生）設(shè)計(jì)要求：1、自行設(shè)計(jì)電路、設(shè)計(jì)電路參數(shù)2、自行選擇所需顯示的曲線、結(jié)果3、根據(jù)結(jié)果寫出分析結(jié)果與結(jié)論CLR2第55頁/共95頁二階RLC直流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究位于Power Electronics位于Elements位于Measurements第56頁/共95頁二階RLC直流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究位于Measurements第57頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)2：基本電路與磁路的仿真設(shè)計(jì)變壓器（無飽和，采用線性變壓器模型）的穩(wěn)態(tài)分析設(shè)計(jì)要求：變壓器（無飽和，

10、采用線性變壓器模型）的穩(wěn)態(tài)分析：一臺(tái)10kVA，60Hz，380V/220V單相變壓器，原、副邊的漏阻抗分別為：Zp=0.14+j0.22, Zs=0.035+j0.055,勵(lì)磁阻抗Zm=30+j310，負(fù)載阻抗ZL=4+j5。要求: 利用Simulink建立仿真模型，計(jì)算在高壓側(cè)施加額定電壓時(shí)， (a)分別計(jì)算原、副邊的電流的有效值。 (b) 副邊的負(fù)載上電壓的有效值第58頁/共95頁幾點(diǎn)說明：設(shè)計(jì)任務(wù)2：基本電路與磁路的仿真設(shè)計(jì)1、Simulink線性變壓器模型中的電阻和電感的參數(shù)是。quantityofvaluebasevalueAutualunitperQuantity標(biāo)幺值實(shí)際值(任

11、意單位)基值(與實(shí)際值同單位)per-unit system 第59頁/共95頁basebaseNbaseIVSSbasebasebaseIVZ/basebasebaseSVZ/)(2Or Single-phase systemRated power額定功率(apparent power) The values of Vbase and Ibase change at a transformer according to its turns ratio. 變壓器兩側(cè)的電壓（流）基值不同（由于變比）。 PNbasePVVSNbaseSVVSPSNPNbaseSbasePNNVVVV第60頁/共9

12、5頁baseSSpuSZRR_baseSSpuSZXX_baseSSpuSLLL_baseSbaseSLZbaseSSpuSZfLL2_2、線性變壓器等效電路中，勵(lì)磁支路國內(nèi)中文版采用的串聯(lián)式（本設(shè)計(jì)中給出的就是），國外英文版采用的是并聯(lián)式，因此需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換：即根據(jù)給出的Rm和Xm的值，求出相應(yīng)的RC和XM （及LM）的值，然后根據(jù)上述公式計(jì)算出相應(yīng)的標(biāo)幺值。第61頁/共95頁mRPVmXmIPRPjXLPEPIPESRSjXSSII1SVLZSIPVmIPRPjXLPEPIPESRSjXSSII1SVLZSICRMjXehIMI英文版中常采用的等效電路國內(nèi)教材常采用的等效電路勵(lì)磁電阻(反映鐵

13、耗)鐵耗電阻磁化電抗勵(lì)磁電抗(反映磁化過程)第62頁/共95頁mRPVmXmIPRPjXLPEPIPESRSjXSSII1SVLZSIPVmIPRPjXLPEPIPESRSjXSSII1SVLZSICRMjXehIMImmmCRXRR22mmmMXXRX22第63頁/共95頁3、有效值的測量方法：根據(jù)電流(壓)測量模塊得到的是電流(壓)的瞬時(shí)值，將其再通過一個(gè)rms計(jì)算模塊即可直接計(jì)算出有效值(rms值)。就是這個(gè)模塊第64頁/共95頁4、前面是通過示波器Scope得到波形結(jié)果，數(shù)字的顯示要用數(shù)值顯示器Display模塊。就是這個(gè)模塊第65頁/共95頁5、仿真運(yùn)行參數(shù)設(shè)定第66頁/共95頁6、

14、最終結(jié)果原邊電流有效值副邊電流有效值負(fù)載電壓有效值第67頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)3：1、整流電路2、逆變電路3、boost升壓電路4、buck降壓電路第68頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)3： 三相橋式整流電路（晶閘管）分析設(shè)計(jì)要求：已知：3個(gè)交流電源，U = 220 + (學(xué)號(hào)%10)20V，50Hz。串聯(lián)負(fù)載分別為：R = 1，L= 1mH。要求: 利用Simulink建立仿真模型，觀察： (a) 各個(gè)晶閘管的電壓。 (b) 負(fù)載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注。提示：(1) Synchronized 6-Pulse Generator 位于Extra Library 的 Control Blocks。

15、其Block端輸入為0(選constant模塊)，頻率為50Hz。 (2) 整流橋選Universal Bridge，位于power electronics 模塊中。第69頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)3： 三（或單）相PWM逆變電路分析（IGBT）設(shè)計(jì)要求：已知：直流電壓源電壓U = 100 + (學(xué)號(hào)%10)20V，輸出頻率50Hz。負(fù)載分別為：ZL= 2+j1。要求: 利用Simulink建立仿真模型，觀察： 負(fù)載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注。提示：(1) 兩個(gè)直流電壓源串聯(lián)，中間接地。 (2) 整流橋的橋臂數(shù)選3，ABC為輸出。 (3) PWM發(fā)生器位于Extra Library 的 Di

16、screte Control Blocks，載波頻率取輸出頻率的20倍。 第70頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)3： 單相PWM逆變電路分析（IGBT）第71頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)3： 單相PWM逆變電路分析（IGBT）第72頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)3： buck降壓電路分析設(shè)計(jì)要求：已知：直流電壓源電壓U = 100 + (學(xué)號(hào)%10)20V。負(fù)載為：RL= 50，濾波電容C=0.3mF。要求: 利用Simulink建立仿真模型，觀察： (a) IGBT的電流、電壓。 (b) 負(fù)載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注。提示：脈沖發(fā)生器位于Simulink 的 Sources，周期取0.0001s，脈沖寬度取60

17、%。第73頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)3： boost升壓電路分析設(shè)計(jì)要求：已知：直流電壓源電壓U = 100 + (學(xué)號(hào)%10)20V。負(fù)載為：RL= 100，濾波電容C=0.3mF。要求: 利用Simulink建立仿真模型，觀察： (a) IGBT的電流、電壓。 (b) 負(fù)載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注。提示：脈沖發(fā)生器位于Simulink 的 Sources，周期取0.0001s，脈沖寬度取60%。第74頁/共95頁Boost converter circuitvLVSiLRLCvvOiOBuck converter circuit第75頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)4：1、鼠籠型異步電機(jī)直接起動(dòng)的

18、研究2、繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)的研究第76頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)4： 鼠籠型異步電機(jī)直接起動(dòng)的研究設(shè)計(jì)要求：已知：三相交流電壓源(線電壓取值：學(xué)號(hào)單號(hào)為220V，雙號(hào)為380V)，頻率(單號(hào)：60Hz，雙號(hào)為50Hz)。電動(dòng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩T = 10 + (學(xué)號(hào)%100)/100Nm。要求: 利用Simulink建立仿真模型，觀察： A相轉(zhuǎn)子電流Ira、A相定子電流Isa、轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)、電磁轉(zhuǎn)矩。模型和曲線要有標(biāo)注。提示：(1) 電機(jī)要選擇Asynchronous Machine SI Units。 (2) 電源和電機(jī)的電壓、頻率需要設(shè)置。第77頁/共95頁Three-Phase V-I M

19、easurement 位于的 MeasurementsConstant 位于Simulink 的 Sources第78頁/共95頁Machines Measurement Demux位于Machines參數(shù)如何設(shè)置？提示：注意觀察輸出！第79頁/共95頁Selector位于Simlink Signal Routing第80頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)4： 繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)的研究設(shè)計(jì)要求：已知：三相交流電壓源(線電壓取值：學(xué)號(hào)單號(hào)為220V，雙號(hào)為380V)，頻率(單號(hào)：60Hz，雙號(hào)為50Hz)。電動(dòng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩T = 10 + (學(xué)號(hào)%100)/100Nm。串聯(lián)電阻R = 3要求: 利用S

20、imulink建立仿真模型，對(duì)比未串聯(lián)和串聯(lián)電阻起動(dòng)效果，觀察： A相轉(zhuǎn)子電流Ira、A相定子電流Isa、轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)、電磁轉(zhuǎn)矩。模型和曲線要有標(biāo)注。第81頁/共95頁此為子系統(tǒng)，可以不采用子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而按此接線，直接接電動(dòng)機(jī)上。電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻接線的提示(修改下圖的電動(dòng)機(jī)類型)第82頁/共95頁Discrete,Ts = 5e-005 s.powerguiVd_outv+-VdVI_diode4VI_diode3makDiode4makDiode3Diode2Diode1220V 50Hz 12200VA 220V/24V10ohms200 uF 100mH設(shè)計(jì)任務(wù)歸納設(shè)計(jì)任務(wù)1：單相橋式整

21、流加LC濾波電路，電源為220V,50Hz, 整流電路輸入為24V，負(fù)載為10阻性負(fù)載，濾波電感L=100mH，濾波電容C=200uF。第83頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)2：基本電路與磁路的仿真設(shè)計(jì)：一階直流激勵(lì)RC充、放電電路的研究(學(xué)號(hào)尾數(shù)為單數(shù))一階直流激勵(lì)RL充、放電電路的研究(學(xué)號(hào)尾數(shù)為雙數(shù))二階RLC直流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究：a.欠阻尼情況（學(xué)號(hào)尾數(shù)為單數(shù)）b.過阻尼情況（學(xué)號(hào)尾數(shù)為雙數(shù)）二階RLC交流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究（全體學(xué)生）設(shè)計(jì)要求：1、自行設(shè)計(jì)電路、設(shè)計(jì)電路參數(shù)2、自行選擇所需顯示的曲線、結(jié)果3、根據(jù)結(jié)果寫出分析結(jié)果與結(jié)論CLR2第84頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)2：基本電路與磁路的仿

22、真設(shè)計(jì)變壓器（無飽和，采用線性變壓器模型）的穩(wěn)態(tài)分析設(shè)計(jì)要求：1、變壓器（無飽和，采用線性變壓器模型）的穩(wěn)態(tài)分析：一臺(tái)10kVA，60Hz，380V/220V單相變壓器，原、副邊的漏阻抗分別為：Zp=0.14+j0.22, Zs=0.035+j0.055,勵(lì)磁阻抗Zm=30+j310，負(fù)載阻抗ZL=4+j5。要求: 利用Simulink建立仿真模型，計(jì)算在高壓側(cè)施加額定電壓時(shí)， (a)分別計(jì)算原、副邊的電流的有效值。 (b) 副邊的負(fù)載上電壓的有效值第85頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)3：1、整流電路2、逆變電路3、boost升壓電路4、buck降壓電路第86頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)3： 三相橋式整流電路（

23、晶閘管）分析設(shè)計(jì)要求：已知：3個(gè)交流電源，U = 220 + (學(xué)號(hào)%10)20V，50Hz。串聯(lián)負(fù)載分別為：R = 1，L= 1mH。要求: 利用Simulink建立仿真模型，觀察： (a) 各個(gè)晶閘管的電壓。 (b) 負(fù)載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注。提示：(1) Synchronized 6-Pulse Generator 位于Extra Library 的 Control Blocks。其Block端輸入為0 (選constant模塊)，頻率為50Hz。 (2) 整流橋選Universal Bridge第87頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)3： 三（單）相PWM逆變電路分析（IGBT）設(shè)計(jì)要

24、求：已知：直流電壓源電壓U = 100 + (學(xué)號(hào)%10)20V，輸出頻率50Hz。負(fù)載分別為：ZL= 2+j1。要求: 利用Simulink建立仿真模型，觀察： 負(fù)載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注。提示：(1) 兩個(gè)直流電壓源串聯(lián)，中間接地。 (2) 整流橋的橋臂數(shù)選3，ABC為輸出。 (3) PWM發(fā)生器位于Extra Library 的 Discrete Control Blocks，載波頻率取輸出頻率的20倍。 (4) 需要Powergui模塊。第88頁/共95頁設(shè)計(jì)任務(wù)3： buck降壓電路分析設(shè)計(jì)要求：已知：直流電壓源電壓U = 100 + (學(xué)號(hào)%10)20V。負(fù)載為：RL= 50，濾波電容C=0.3mF。要求: 利用Simulink建立仿真模型，觀察： (a) IGBT的電流、電壓。 (b) 負(fù)載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注。