电力电子的matlab仿真设计 精品.doc

第1章 前言1.1 设计目的1. 要求对电力电子技术有较全面和深刻的理解。2. 通过此次课程设计，使所学的电力电子技术进行全面的复习和总结，巩固所学的理论知识。3. 通过理论与实践相结合，提高分析问题和解决问题的能力。4. 学会使用规范、标准及有关设计资料。5. 初步掌握设计步骤和基本内容，掌握编写设计说明书的基本方法。6. 在绘制MATLAB仿真图得到了初步锻炼。1.2 设计的主要内容 1.建立单相半波可控整流电路仿真模型。 2.建立单相全控桥式整流电路仿真模型。 3.建立三相全控桥式整流电路仿真模型。1.3 电力电子技术简介电力电子技术是一种电能处理技术(Electrical Energy Processing)，即采用功率半导体器件（电力电子器件）和线路对电能进行转换(conversion)、控制(control)和高效利用(efficient use)的一门技术。广泛应用于各种电源系统、电气传动自动化系统及电力系统等工业生产和民用部门。主要研究内容（Power Electronics contents)：电力电子器件、电力电子电路、电力电子装置。1.4 MATLAB在电力电子中的应用MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。在本次电力电子技术仿真设计中，我们主要应用到matlab里的simulink工具库里的一些小工具模块，还有simulink power工具库。通过MATLAB，树立模型仿真，让我们清楚的了解电力电子技术的各种技巧。电力电子技巧仿真的所有原件模子都包括在MATLAB的电力体系模块中。第2章 单相半波可控整流电路仿真2.1单相半波可控整流电路（电阻性负载）单相半波可控整流电流（电阻性负载）原理图，晶闸管作为开关元件，变压器t器变换电压和隔离的作用，用u1和u2分别表示一次和二次电压瞬时值，二次电压u2为50Hz正弦波波形如图所示，其有效值为u2，如图2-1。图2-1单相半波可控整流电路（电阻性负载）2.1.1建立仿真模型根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，如图2-2。 图2-2单相半波可控整流电阻负载仿真电路2.1.2仿真参数设置选择ode45s算法，相对误差选择1e-3，开始时间为0，结束时间为0.1s。选择电源参数频率为50Hz，电压峰值为220v。R=1选择晶闸管参数R=0.0001，L=0,Vf=0，Ic=0，Rs=10，Cs=47e-62.1.3仿真结果设置触发脉冲分别为30、60。与其产生的相应波形分别如图2-3、图2-4、。在波形图中第一通道波为输出电流和电压波形（因为R=1所以电压和电流重合），第二通道波为晶闸管电压波形，第三通道波为脉冲和输入电压波形。图2-3触发角= 30图2-4触发角= 602.2 单相半波可控整流电路（阻-感性负载）2.2.1原理图单相半波阻-感性负载整流电路图如2-5所示，当负载中感抗远远大于电阻时成为阻-感性负载，属于阻-感性负载的有机的励磁线圈和负载串联电抗器等。阻-感性负载的等效电路可以用一个电感和电阻的串联电路来表示。图2-5单相半波可控整流电路（阻-感负载）2.2.2建立仿真模型根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，整体模型如图2-6。图2-6单相半波可控整流阻感负载仿真电路2.2.3仿真参数设置选择ode45s算法，相对误差为1e-3，开始时间为0，结束时间为0.1s。选择R=1，L=0.1H。选择电源频率为50Hz，电压峰值为220v。选择晶闸管参数，R=0.0001，L=0,Vf=0，Ic=0，Rs=10，Cs=47e-6。2.2.4仿真结果设置触发脉冲分别为30、60。与其产生的相应波形分别如图2-7、图2-8。在波形图中第一通道波为输出电流（脉动小的）和电压（脉动大的）波形，第二通道波为晶闸管电压波形，第三通道波为脉冲和输入电压波形。图2-7触发角= 30图2-8触发角= 60第3章 单相全控桥式整流电路仿真3.1单相全控桥可控整流电路（电阻性负载）单相全控桥可控整流电路的原理图如图3-1所示。在单相桥式全控整流电路中，晶闸管和组成一对桥臂，和组成一对桥臂。在征半周，若四个晶闸管均不导通，负载电流=0，=0，、串联承受电压，设、的漏电流相等，则个承受的一半。若在触发角处给和加触发脉冲，和就会导通，电流从电源a端经、R、流回电源b端。当过零时，流经晶闸管的电流也降到零，和关断。在的负半周期是和重复和的状态。图3-1单相全控桥可控整流电路（电阻负载）3.1.1建立仿真模型根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，如图3-2。图3-2 单相全控桥式整流电阻电路仿真图3.1.2仿真参数设置选择ode45s算法，相对误差为1e-3，开始时间为0，结束时间为0.1s。选择电源频率为50Hz，电压峰值220v。选择晶闸管参数R=0.0001，L=0,Vf=0，Ic=0，Rs=10，Cs=47e-6。脉冲参数设置是两个互差180度。3.1.3 仿真结果设置触发脉冲分别为60、90。与其产生的相应波形分别如图3-3、图3-4、在波形图中第一通道晶闸管电压输出波形，第二列波为流过负载电流波形，第三列波负载两端的电压波形。图3-3触发角= 60图3-4触发角= 903.2单相全控桥可控整流电路（阻-感性负载）单相半波阻-感性负载整流电路图如3-4所示，当负载中感抗远远大于电阻时成为阻-感性负载，属于阻-感性负载的有机的励磁线圈和负载串联电抗器等。阻-感性负载的等效电路可以用一个电感和电阻的串联电路来表示。图3-5单相全控桥可控整流电路（阻-感负载）3.2.1建立仿真模型根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，如图3-5。图3-6 单相全控桥式整流阻-感电路仿真图3.2.2仿真参数设置选择ode45s算法，相对误差为1e-3，开始时间为0，结束时间为0.1s。选择电源频率为50Hz，电压峰值220v。选择晶闸管参数R=0.0001，L=0,Vf=0，Ic=0，Rs=10，Cs=47e-6。脉冲参数设置是两个互差180度。3.2.3 仿真结果设置触发脉冲分别为60、90。与其产生的相应波形分别如图3-7、图3-8。在波形图中第一列晶闸管电压输出波形，第二列波为流过负载电流波形，第三列波负载两端的电压波形。图3-7触发角= 60 图3-8触发角= 90第4章 三相全控桥式整流电路仿真4.1三相全控桥式可控整流电路（电阻性负载）三相桥式全控整流电路（电阻负载），其原理图如图4-1所示，习惯将其中的阴极连接在一起的三个晶闸管（、)称为共阴极组；阳极连在一起的三个晶闸管（4、6、2)称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通。为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的三个晶闸管分别为、，共阳极组与a、b、c三相电源相接的三个晶闸管分别为4、6、2。图4-1 三相全控桥可控整流电路（电阻负载）4.1.1建立仿真模型根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，如图4-2。图4-2 三相全控桥式可控整流电阻负载仿真电路4.1.2仿真参数设置选择ode23s算法，相对误差为1e-3，开始时间为0，结束时间为0.06s。选择电源频率50Hz，电压220v。选择晶闸管参数R=0.0001，L=0,Vf=0，Ic=0，Rs=10，Cs=47e-6。脉冲参数设置1-6的顺序是依次相差60。4.1.3 仿真结果 设置触发脉冲分别为30、60。与其产生的相应波形分别如图4-3、图4-4。在波形图中第一列晶闸管电压输出波形，第二列波为流过负载电压（上面的）、电流（下面的）波形。图4-3 触发角=30图4-4 触发角=60 4.2三相全控桥式可控整流电路（阻-感性负载）单相半波阻-感性负载整流电路图如2-5所示，当负载中感抗远远大于电阻时成为阻-感性负载，属于阻-感性负载的有机的励磁线圈和负载串联电抗器等。阻-感性负载的等效电路可以用一个电感和电阻的串联电路来表示。 4-5三相全控桥可控整流电路（阻-感负载）4.2.1建立仿真模型根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，如图4-6。4-6三相全控桥式可控整流阻-感负载仿真电路4.2.2仿真参数设置选择ode23s算法，相对误差为1e-3，开始时间为0，结束时间为0.06s。选择电源频率50Hz，电压220v。选择晶闸管参数R=0.0001，L=0,Vf=0，Ic=0，Rs=10，Cs=47e-6。 脉冲参数设置1-6的顺序是依次相差604.2.3 仿真结果设置触发脉冲分别为30、60。与其产生的相应波形分别如图4-7、图4-8所示，在波形图中第一列晶闸管输出电压波形，第二列波为流过负载电压（波动大的）、电流波形。图4-7 触发角= 30图4-8触发角= 60总 结通过这两个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。课程设计是培养学生综合运用所学知识发现、提出、分析和解决实际问题锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新日异，电子技术已经成为当今世界空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握电子的开发技术是十分重要的。而仿真软件matlab中的simulink模块中的simpowersystem是专门针对电力系统而设置的专业仿真模块，通过该软件搭建的仿真电路，观察波形输出，初学者可以学到不少东西，由于现实器件的限制，模拟仿真就给我们提供了一个准确理解学习理论的良好途径。 所谓“态度决定一切”，于是偶然又必然地收获了诸多，概而言之，大约以下几点：课程设计开始的时候思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习不够扎实的我们深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”，便重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。课程设计基本告成，才切身领悟“实践是检验真理的唯一标准”学海无涯，学无止境。尽管课程设计是在本学期开始，我们的教材学习完毕，掌握许多知识，但是还有很多地方理解领悟不到位。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的悉心指导和与同学的讨论，努力思索下终于迎刃