实验报告-电力电子仿真实验

1、电力电子仿真实验实验报告院 系：电气与电子工程学院 班 级： 电气 1309 班 学 号： 1131540517 学生姓名： 王睿哲 指导教师： 姚蜀军成 绩： 日期： 2017 年 1 月 2 日目录实验一 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 6实验三 电压型三相 SPWM 逆变器电路仿真实验 18实验四 单相交 -直 -交变频电路仿真实验 25实验五 VSC 轻型直流输电系统仿真实验 33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

2、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 7.2o ），初始相位（即控制角）设置为0.0025s （即 45o）

3、。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。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在本系统模型中，双击 Series RLC Branch 模块，设置参数如图 1-6 所示。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 45o 时，电源电压

4、、 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 45o 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 0o 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 0o

5、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 135o 时的仿真波形，如图 1-13 所示。图 1-13 控制角为 135o 时的

6、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-

7、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 30o 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

8、况下的仿真波形。 例如将晶闸 管控制角取为 60o，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 45o（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0o，即将触发脉冲控制角常数得到不同工作情

9、况下的仿真波形。例如将晶闸管控制角取为 设置为 0，此时的仿真波形如图 2-14 所示。图 2-14 控制角为 0o 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 VT1、VT3、VT5 称为共阴极组）的，一个是共阳极 组的（阳极连接在一起的三个晶闸管 VT2 、VT4 、VT6 ），且不能为同一相的晶闸管。 （标 号同 图 3-1 ）。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 6

10、0，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80100），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

11、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 6 50=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

12、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

13、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 压 ubc 、输出端交流电压 uca 的仿真波形，如图 3-10 所示。uab、输出端交流电图 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

14、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 ura uc 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 Ud /2。

15、当 ura uc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 Ud / 2 。可以看出， uaN 、 ubN 、 ucN 的PWM波形都只有 Ud / 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 Ud 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

16、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， 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

17、-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 系统仿真参数中间直流电压、 输出端负载电压的仿中间直流电压、 输出端负载电压的仿真波运行仿真模型系统即可得到输入端交流电源电压、 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、 形，如图 4-13

18、 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

19、，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

20、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