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三相桥式全控整流电路带阻感负载的仿真设计 1电力电子技术课程设计报告题目三相桥式全控整流电路带阻感负载的仿真设计学院电子信息工程学院专业自动化学生姓名学号年级指导教师职称xx年6月13日2设计报告成绩（按照优、良、中、及格、不及格评定）指导教师评语指导教师（签名）年月日说明指导教师评分后，设计报告交院实验室保存。 3摘要结合全控整流电路理论基础，采用Matlab的仿真工具Simulink对三相桥式全控整流电路的进行动态仿真，构建带阻感性负载的实验电路，分析仿真波形与实际理论值之间的差异，得到仿真结果。 对输出参数进行仿真及验证，进一步了解三相桥式全控整流电路的工作原理。 关键词MATLAB、仿真、三相桥式、阻感性、4目录第一章理论分析5第一节电路原理5第二节理论计算结果5第二章MATLAB/SIMULINK模型的仿真基础8第一节MATLAB介绍8第二节SIMULINK仿真基础11第三节Power Electronics模块说明14第三章电路仿真15第一节仿真电路的构建15第二节仿真结果16第四章结束语18参考文献195第一章理论分析第一节电路原理三相桥式全控整流电路其原理如图1所示，将其中阴极连接在一起的三个晶闸管（VT 1、VT 3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的三个三个晶闸管（VT 4、VT 6、VT2)称为共阳极组。 因为希望晶闸管能够实现从1到6为导通，所以按照了图中的编号，其中晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。 图1第二节理论计算结果 1、在整流输出电压Ud的波形在一个周期内脉动六次，且每次脉动的波形相同，所以可得到当整流电压连续时（带阻感性负载时）的平均值为2?输出电流平均值为Id=Ud/R。 带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图2中所示，为正负半周各宽120、前沿相差180的矩形波，其有效值为?(?3?cos34.2)sin631232UttdUUd?2221222()0.8162?333ddddIIIII?6晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。 三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时的Id为式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。 2、阻感负载时的工作情况2. 1、当=0时，三相桥式全控整流电路带阻感负载所对应的波形图22. 2、当=30时，三相桥式全控整流电路带阻感负载所对应的波形图3REUIdd?72. 3、当=90时，三相桥式全控整流电路带阻感负载所对应的波形图 43、根据上图（ 2、 3、4）的波形可以分析得出，在图2中，可得晶闸管VT1导通段1iVT波形由负载电流di波形决定；图4中，若电感L足够大，Ud中正负面积将基本相等，Ud平均值近视为零。 这表明带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的角移相范围为0-90。 8第二章MATLAB/SIMULINK模型的仿真基础第一节MATLAB的简介MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。 它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。 MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。 在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C+，JAVA的支持。 可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。 1、发展历程20世纪70年代，美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程的负担，用FORTRAN编写了最早的MATLAB。 1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。 到20世纪90年代，MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。 2、应用MATLAB产品族可以用来进行以下各种工作数值分析数值和符号计算工程与科学绘图控制系统的设计与仿真数字图像处理数字信号处理9通讯系统设计与仿真财务与金融工程MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。 附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。 3、Matlab的优势和特点3. 1、matlab特点此高级语言可用于技术计算此开发环境可对代码、文件和数据进行管理交互式工具可以按迭代的方式探查、设计及求解问题数学函数可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等二维和三维图形函数可用于可视化数据各种工具可用于构建自定义的图形用户界面各种函数可将基于MATLAB的算法与外部应用程序和语言（如C、C+、Fortran、Java、以及Microsoft Excel）集成23. 2、MATLAB的优势 （1）友好的工作平台和编程环境MATLAB由一系列工具组成。 这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。 包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。 随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。 而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。 简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。 （2）简单易用的程序语言Matlab一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。 用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。 新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C语言基础上的，因此语法特征与C语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。 使之更利于非计算机专业的科技人员使用。 而且这种语言10可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。 （3）强大的科学计算机数据处理能力MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。 其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。 函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。 在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C+。 在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。 MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。 函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。 （4）出色的图形处理功能图形处理功能MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。 高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。 可用于科学计算和工程绘图。 新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。 同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。 另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。 （5）应用广泛的模块集合工具箱MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。 一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。 目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有11了自己的一席之地。 （6）实用的程序接口和发布平台新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C+数学库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C+代码。 允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C或C+语言程序。 另外，MATLAB网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的MATLAB数学和图形程序。 MATLAB的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。 工具箱是MATLAB函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。 （7）应用软件开发（包括用户界面）在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等；在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起连接注释等；在输入输出方面，可以直接向Excel和HDF5进行连接。 本段Matlab常用工具箱MATLAB包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包。 工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包。 功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算，可视化建模仿真，文字处理及实时控制等功能。 学科工具包是专业性比较强的工具包，控制工具包，信号处理工具包，通信工具包等都属于此类。 开放性使MATLAB广受用户欢迎。 除内部函数外，所有MATLAB主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件，用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序构造新的专用工具包。 第二节SIMULINK仿真基础 1、SIMULINK简介SIMULINK是基于MATLAB的图形化仿真设计环境，是MATLAB提供的进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。 它使用图形化的系统模块对动态系统进行描述，并在此基础上采用MATLAB的计算引擎对动态系统在时域内进行求解。 所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析。 MATLAB计算引擎主要对系统微分方程和差分方程求解。 SIMULINK和MATLAB是高度集12中在一起的，它们之间可以进行灵活的交互操作。 SIMULINK可以处理的系统包括线性、非线性系统；离散、连续及混合系统；单任务、多任务离散时间系统等。 直接在SIMULINK环境中运作的工具箱和模块包很多，已覆盖航空、航天、通信、控制、信号处理、电力系统、机电系统等诸多领域，涉及的内容专业性极强。 2、SIMILINK的公共模型库按功能进行分类，包括以下十几个类子库Continuous（连续系统模型库）Discontinuities（不连续环节模型库）Discrete（离散系统模型库）Look-Up Tables（查表库）Math Operations（数学运算库）Model Verification（模型验证库）Model-Wide Utilities（实用模型库）Ports&Subsystems（信号口与子系统库）Signal Attributes（信号特性库）Signal Routing(信号路由库)Sinks（输出方式或接收器库）Sources（输入源库）User-Defined Functions（用户自定义函数库） 3、基本操作3. 1、启动Simulink打开空白模型窗口在MATLAB主界面中选择【File:NewModel】菜单项模型窗口用来建立系统的仿真模型。 只有先创建一个空白的模型窗口，才能将模块库的相应模块复制到该窗口，通过必要的连接，建立起Simulink仿真模型。 也将这种窗口称为Simulink仿真模型窗口。 3. 2、建立Simulink仿真模型A、打开Simulink模型窗口(Untitled)B、选取模块或模块组C、在Simulink模型或模块库窗口内，用鼠标左键单击所需模块图标，图标四角出现黑色小方点，表明该模块已经选中。 模块拷贝及删除在模块库中选中模块后，按住鼠标左键不放并移动鼠标至目标模型窗口指定位置，释放鼠标即完成模块拷贝。 模块的删除只需选定删除的13模块，按Del键即可。 D、模块调整改变模块位置、大小；改变模块方向使模块输入输出端口的方向改变。 选中模块后，选取菜单FormatRotateBlock，可使模块旋转九十度。 E、模块参数设置用鼠标双击指定模块图标，打开模块对话框，根据对话框栏目中提供的信息进行参数设置或修改。 例如双击模型窗口的传递函数模块，弹出图示对话框，在对话框中分别输入分子、分母多项式的系数，点击OK键，完成该模型的设置，如右下图所示图5F、模块的连接模块之间的连接是用连接线将一个模块的输出端与另一模块的输入端连接起来；也可用分支线把一个模块的输出端与几个模块的输入端连接起来。 连接线生成是将鼠标置于某模块的输出端口(显一个十字光标)，按下鼠标左键拖动鼠标置另一模块的输入端口即可。 分支线则是将鼠标置于分支点，按下鼠标右键，其余同上。 14G、模块文件的取名和保存选择模型窗口菜单FileSave as后弹出一个“Save as”对话框，填入模型文件名，按保存(s)即可。 第三节Power Electronics模块说明Power Electronics模块包含功率电子器件模块，被分为Device（基本器件类）和Extras（扩充器件类）。 其中Extras又包括Discrete blocks（离散控制模块库）和Control blocks（控制模块库）2个子库。 Power Electronics模块Device（基本器件类）的模块功能表如下图15第三章电路仿真第一节仿真电路的构建 1、三相全控桥式整流电路的仿真电路如下图（图六）图61.1电路构建说明交流电源三个（图中的AC、AC 1、AC2）；脉冲发生器六个（途中Pu 4、Pu、Pu 2、P、P 1、P2）；晶闸管留个（图中Thyrlstor、Thyrlstor 1、Thyrlstor 2、Thyrlstor 3、Thyrlstor 4、Thyrlstor5）；RLC一个；示波器一个（图中Scop）；Current Meeasurement一个；1.2仿真电路参数设置三相电源之间的差值分别设置为相差120分别为100V、30deg、50HZ；100V、-90deg、50HZ；100V、-210deg、50HZ.晶闸管参数设置为0.01（ohms）、0（H)、0.8（V）、0（A）、1000（ohms）、100e-9（F）。 六个晶闸管数据一样。 脉冲的角度设置遵行相邻两个晶闸管的角度差设置差为120，相对的晶闸管的角度差为180。 例如图6中（Pu 4、Pu、Pu2相差120；Pu 4、P相差180）16RLC设置为2（ohms）、0.02（H）、1（F）。 第二节仿真结果 1、分别取=0、30、90进行仿真实验，得到下面三个仿真结果图（图 7、图 8、图9）。 图7图817图 92、对仿真波形的分析说明2. 1、在仿真波形图7中，有三幅波形，第一幅为三相电源的波形，第二幅为晶闸管1iVT的波形，第三幅为Ud、Id的波形图，根据理论结果，1iVT应该是矩形方波，由于电感原因使得Id的电流波形变得平直。 2. 2、在仿真波形图8中有三幅波形，第一幅为三相电源的波形，第二幅为晶闸管1iVT的波形，第三幅为Ud、Id的波形图，根据理论结果，1iVT应该是矩形方波，仿真出来的Id波形不为一条平直的直线。 2. 3、在仿真波形图9中有三幅波形，第一幅为三相电源的波形，第二幅为晶闸管1iVT的波形，第三幅为Ud、Id的波形图，由图形可得，由于仿真原因，导致了仿真波形出现了毛刺现