实验报告-电力电子仿真实验

电力电子仿真实验实验报告电气 1309班1131540517王睿哲姚蜀军院系：电气与电子工程学院班级：学号： 学生姓名： 指导教师： 成绩：日期： 2017年 1 月 2 日精品资料目录实验一晶闸管仿真实验.3实验二三相桥式全控整流电路仿真实验.7实验三电压型三相spwm逆变器电路仿真实验.21实验四单相交 -直-交变频电路仿真实验.31实验五vsc 轻型直流输电系统仿真实验.41实验一晶闸管仿真实验实验目的掌握晶闸管仿真模型模块各参数的含义。理解晶闸管的特性。实验设备： matlab/simulink/psb实验原理晶闸管测试电路如图1-1 所示。 u2 为电源电压，ud 为负载电压， id 为负载电流，uvt为晶闸管阳极与阴极间电压。图 1-1晶闸管测试电路实验内容启动 matlab ，建立如图1-2 所示的晶闸管测试电路结构模型图。图 1-2带电阻性负载的晶闸管仿真测试模型双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图1-3 、1-4 、1-5 所示。图 1-3交流电压源模块参数图 1-4晶闸管模块参数图 1-5脉冲发生器模块参数固定时间间隔脉冲发生器的振幅设置为5v ，周期与电源电压一致，为0.02s （即频率为 50hz ），脉冲宽度为2 （即 7.2 o），初始相位（即控制角）设置为0.0025s （即 45 o）。串联 rlc 分支模块series rlc branch与并联 rlc 分支模块parallel rlc branch的参数设置方法如表1-1 所示。在本系统模型中，双击series rlc branch模块，设置参数如图1-6 所示。表 1-1 rlc分支模块的参数设置元件串联 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单个电感0linfinfl0单个电容00cinfinfc图 1-6负载模块参数系统仿真参数设置如图1-7 所示。图 1-7系统仿真参数运行仿真模型系统即可得到控制角为45 o时，电源电压、触发信号、流过晶闸管的电流、晶闸管阳极和阴极两端电压、负载电流、负载电压的仿真波形，如图1-8 所示。运行仿真模型系统即可得到控制角为45o 时，电源电压、触发信号、流过晶闸管的电流、晶闸管阳极和阴极两端电压、负载电流、负载电压的仿真波形，如图1-8 所示。图 1-8控制角为45 o时的仿真波形（带电阻性负载）改变固定时间间隔脉冲发生器模块的初始相位（即控制角） 参数， 可以得到不同控制角度下的仿真波形。 例如将初始相位设置为0s ，可以得到控制角为0 o时的仿真波形， 如图 1-9 和 1-10 所示。图 1-9脉冲发生器模块参数图 1-10控制角为0 o时的仿真波形（带电阻性负载）改变串联rlc 分支模块的参数即可改变负载类型。例如，设置该模块的参数r=1 ， l=0.01h ，电容为inf，即为阻感性负载，如图1-11 所示。当控制角设置为45o 时的仿真波形如图 1-12 所示。图 1-11负载模块参数图 1-12控制角为45o时的仿真波形（带阻感性负载）同理， 在带阻感性负载的情况下，改变固定时间间隔脉冲发生器模块的初始相位（即控制角）参数，可以得到不同控制角度下的仿真波形。例如将初始相位设置为0.0075s ，可以得到控制角为135 o时的仿真波形，如图1-13 所示。图 1-13控制角为135 o时的仿真波形（带阻感性负载）实验二三相桥式全控整流电路仿真实验实验目的掌握三相桥式全控整流电路仿真模型的建立及模块参数和仿真参数的设置。理解三相桥式全控整流电路的工作原理及仿真波形。实验设备 ： matlab/simulink/psb实验原理三相桥式全控整流电路如图2-1 所示。u2 为电源电压， ud 为负载电压， id 为负载电流，uvt 为晶闸管阳极与阴极间电压。图 2-1三相桥式全控整流电路实验内容启动 matlab ，建立如图2-2 所示的三相桥式全控整流电路结构模型图。图 2-2三相桥式全控整流电路模型双击各模块， 在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图 2-3 、2-4 、2-5 、2-6 、2-7 、2-8 、2-9 所示。图 2-3交流电压源va 模块参数图 2-4交流电压源vb 模块参数图 2-5交流电压源vc 模块参数图 2-6同步脉冲发生器模块参数图 2-7触发脉冲控制角常数设置图 2-8触发脉冲封锁常数设置图 2-9负载模块参数系统仿真参数设置如图2-10 所示。图 2-10系统仿真参数运行仿真模型系统即可得到控制角为30 o时，电源电压、触发信号、负载电流、负载电压的仿真波形，如图2-11 所示。图 2-11控制角为30o时的仿真波形（带电阻性负载）改变同步脉冲发生器模块的控制角，即可得到不同工作情况下的仿真波形。例如将晶闸管控制角取为60 o，即将触发脉冲控制角常数设置为60，此时的仿真波形如图2-12 所示。图 2-12控制角为60o时的仿真波形（带电阻性负载）改变串联 rlc 分支模块的参数即可改变负载类型。例如，设置负载模块的参数r=10 ， l=0.04h ，电容为 inf，即为阻感性负载，当晶闸管控制角取为45 o（将触发脉冲控制角常数设置为 45）时的仿真波形如图2-13 所示。图 2-13控制角为45o时的仿真波形（带阻感性负载）同理， 在带阻感性负载的情况下，改变固定时间间隔脉冲发生器模块的初始相位角即可 得到不同工作情况下的仿真波形。例如将晶闸管控制角取为0o，即将触发脉冲控制角常数设置为 0 ，此时的仿真波形如图2-14 所示。图 2-14控制角为0 o时的仿真波形（带阻感性负载）实验总结1、总结三相桥式全控整流电路的控制规律。1） 每个时刻均需两个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中一个晶闸管是共阴极组（将阴极连接在一起的三个晶闸管组的（阳极连接在一起的三个晶闸管号同 图 3-1 ）。vt1 、 vt3 、vt5 称为共阴极组）的，一个是共阳极vt2 、vt4 、vt6 ），且不能为同一相的晶闸管。 （标2） 对触发脉冲的要求是六个晶闸管的脉冲按vt1 -vt2 -vt3 -vt4 -vt5 -vt6 的顺序， 相位依次差 60 ，共阴极组和共阳极组的脉冲依次差120 ，同一相的上下两个桥臂，脉冲相差 180 。3） 在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有脉冲。为此，可采用两种方法：一种是使脉冲宽度大于60 （一般取 80 100 ），称为宽脉冲触发；另一种方法是，在触发某个晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60，脉宽一般为 20 30 ，称为双脉冲触发。4） 整流输出的电压即负载两端的电压应该是两相电压相减后的波形，波头uab 、uac 、ubc 、uba 、 uca 、 ucb 均为线电压的一部分，整流输出的电压是上述线电压的包络线。相电压的交点与线电压的交点在同一角度位置上，故线电压的交点也为自然换相点。同时可看出，三相桥式全控整流电压在一个周期内脉动6 次，脉动频率为650=300hz ，比三相半波时大一倍。5） 三相桥式整流电路在任何瞬间仅有2 个桥臂导通， 其余 4 个桥臂的元件均承受着变化的反向电压，晶闸管承受的反向最大电压即为线电压的峰值。实验三电压型三相 spwm逆变器电路仿真实验实验目的掌握电压型三相spwm 逆变器电路仿真模型的建立及模块参数和仿真参数的设置。理解电压型三相spwm 逆变器电路的工作原理及仿真波形。实验设备： matlab/simulink/psb实验原理电压型三相spwm 逆变器电路如图3-1 所示。图 3-1电压型三相spwm逆变器电路实验内容启动 matlab ，建立如图3-2 所示的电压型三相spwm逆变器电路结构模型图。图 3-2电压型三相spwm逆变器电路模型双击各模块， 在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图 3-3 、3-4 、3-5 、3-6 、3-7 、3-8 所示。图 3-3直流电压源模块参数图 3-4通用桥模块参数图 3-5 pwm发生器模块参数图 3-6负载 ra 模块参数图 3-7负载 rb 模块参数图 3-8负载 rc 模块参数系统仿真参数设置如图3-9 所示。图 3-9系统仿真参数运行仿真模型系统即可得到输出端三相交流电流、输出端交流电压uab 、输出端交流电压 ubc 、输出端交流电压uca 的仿真波形，如图3-10 所示。图 3-10电压型三相spwm 逆变器电路仿真波形（输出频率为50hz ）在 pwm发生器模块中，将逆变桥输出电压频率设置为200hz ，此时的仿真波形如图3-11 所示。图 3-11电压型三相spwm逆变器电路仿真波形（输出频率为200hz ）改变 pwm 发生器模块的输出电压频率参数，即可得到不同工作情况下的仿真波形。例如将逆变桥输出电压频率设置为25hz ，此时的仿真波形如图3-12 所示。图 3-12电压型三相spwm 逆变器电路仿真波形（输出频率为25hz ）又例如将逆变桥输出电压频率设置为10hz ，此时的仿真波形如图3-13 所示。图 3-13电压型三相spwm 逆变器电路仿真波形（输出频率为10hz ）实验总结1、总结电压型三相spwm逆变器的工作原理。如上图。电路采用双极性控制方式。a, b, c 三相的 pwm 控制通常公用一个三角波载波uc ，三相的调制信号ura 、 urb 、 urc 依次相差120 。a, b, c 各相功率开关器件的控制规律相同，上下桥臂的驱动信号始终是互补的。以a 相为例说明，当urauc 时，给上桥臂t1 以导通信号，给下桥臂t4 以关断信号，则a 相相对于直流电源假想中点n 的输出电压为u d / 2 。当urauc 时，给上桥臂t1 以关断信号，给下桥臂t4 以导通信号，则相对于中点n 的输出电压为u d / 2 。可以看出，uan 、 ubn 、 ucn 的 pwm 波形都只有u d / 2 两种电平。线电压 uab 的波形可由uan ubn 得出。 当桥臂 1 和 6 导通时，uab =u d，当桥臂 3 和 4 导通时，uab =-u d ，当桥臂1 和 3 或桥臂 4 和 6 导通时， uab =0 。因此逆变器输出线电压pwm 波形由u d 和 0 三种电平构成。实验四单相交 -直-交变频电路仿真实验实验目的掌握单相交 -直-交变频电路仿真模型的建立及模块参数和仿真参数的设置。理解单相交 -直-交变频电路的工作原理及仿真波形。实验设备： matlab/simulink/psb实验原理单相交 -直-交变频电路如图4-1 所示。单相交流电源先经过不可控整流桥变为直流，经过滤波电路滤波后，送入igbt 单相逆变桥逆变为交流，再经过滤波处理后给负载供电。图 4-1单相交 -直-交变频电路实验内容启动 matlab ，建立如图4-2 所示的单相交 -直-交变频电路结构模型图。图 4-2单相交 -直-交变频电路模型双击各模块， 在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图 4-3 、4-4 、4-5 、4-6 、4-7 、4-8 、4-9 、4-10 、4-11 所示。图 4-3交流电压源模块参数图 4-4不可控整流桥模块参数图 4-5滤波电感l1 模块参数图 4-6滤波电容c1 模块参数图 4-7 igbt逆变桥模块参数图 4-8离散 pwm 发生器模块参数图 4-9滤波电感l2 模块参数图 4-10滤波电容 c2 模块参数图 4-11负载模块参数系统仿真参数设置如图4-12 所示。图 4-12系统仿真参数运行仿真模型系统即可得到输入端交流电源电压、中间直流电压、 输出端负载电压的仿真波形，如图4-13 所示。运行仿真模型系统即可得到输入端交流电源电压、中间直流电压、 输出端负载电压的仿真波形，如图4-13 所示。图 4-13单相交 -直-交变频电路仿真波形（输入频率为50hz ，输出频率为100hz ）在离散pwm发生器模块中，将逆变桥输出电压频率设置为200hz ，此时的仿真波形如图4-14 所示。图 4-14单相交 -直-交变频电路仿真波形（输入频率为50hz ，输出频率为200hz ）改变离散 pwm 发生器模块的输出电压频率参数，即可得到不同工作情况下的仿真波形。例如将逆变桥输出电压频率设置为25hz ，此时的仿真波形如图4-15 所示。图 4-15单相交 -直-交变频电路仿真波形（输入频率为50hz ，输出频率为25hz ）又例如将逆变桥输出电压频率设置为10hz ，此时的仿真波形如图4-16 所示。图 4-16单相交 -直-交变频电路仿真波形（输入频率为50hz ，输出频率为10hz ）实验总结1、总结单相交-直-交变频电路的工作原理。单相交流电源先经过不可控整流桥变为直流，经过滤波电路滤波后，送入igbt 单相逆变桥逆变为交流，再经过滤波处理后给负载供电。整流电路： 将工频电源进行整流，经中间直流环节平波后为逆变电路和控制电路提供所需的直流电源滤波电路： 三相整流桥输出的电压和电流属于直流脉冲电压和电流。为了减小直流电压和电流的波动，直流滤波电路起到对整流电路的输出进行滤波的作用。逆变电路： 在控制电路的作用下，将直流电路输出的直流电源转换成频率和电压都可以任意调节的交流电源。实验五vsc轻型直流输电系统仿真实验实验目的掌握 vsc 直流输电系统（vsc-hvdc ）仿真模型的建立及模块参数和仿真参数的设置。理解 vsc-hvdc的工作原理及仿真波形。实验设备： matlab/simulink/psb实验原理轻型直流输电（hvdc light）系统的结构原理如图5-1 所示。图 5-1两端接有源网络的vsc-hvdc系统原理图实验内容基于 vsc-hvdc流程为：发电站 整流系统 直流传输线路 逆变系统 用电负载。1、vsc-hvdc系统设计系统说明：建立 vsc-hvdc仿真模型如图5-1 所示。图 5-1 vsc-hvdc仿真模型2 子系统设计：（1 ）整流侧图 5-2 整流侧交流系统图 5-3 整流侧换流器图 5-3 整流侧控制系统（2 ）逆变侧图 5-2 逆变侧交流系统图 5-3 逆变侧换流器图 5-3 逆变侧控制系统3、仿真波形（ 1）整流侧仿真波形（ 2）逆变侧仿真波形实验总结1、 查资料简要说明vsc-hvdc轻型直流输电系统的工作特点。轻型直流输电是在电压源换流器(vsc) 技术和门极可关断晶闸管(gto ) 及绝缘栅双极晶体管 (igbt ) 等全控型功率器件基础上发展起来的，由高频