电力电子技术实习报告内容

1、目 录第一章 MATLAB基础211 MATLAB介绍 212 MATLAB的安装与启动 213 MATLAB环境 3第二章 MATLAB/Simulink/Power System工具箱简介321 Simulink工具箱简介3 2. 2Power System工具箱简介4 23 Simulink/Power System的模型窗口 424 Simulink/Power System模块的基本操作 4第三章 电力电子电路仿真 5实习一 单相半波可控整流电路仿真 5实习二 三相半波可控整流电路仿真 12实习三 三相桥式全控整流电路仿真 17实习四 三相桥式有源逆变电路仿真 21第四章 实习总结2

2、4第一章 MATLAB基础1.1 MATLAB介绍 MATLAB是一种科学计算软件。MATLAB是Matrix Laboratory(矩阵实验室)的缩写，这是一种以矩阵为基础的交互式程序计算语言。早期的MATLAB主要用于解决科学和工程的复杂数学计算问题。由于它使用方便、输入便捷、运算高效、适应科技人员的思维方式，并且有绘图功能，有用户自行扩展的空间，因此特别受到用户的欢迎，使它成为在科技界广为使用的软件，也是国内外高校教学和科学研究的常用软件。 MATLAB由美国Mathworks公司于1984年开始推出，历经升级，到2001年已经有了60版，现在MATLAB 6.1、6.5、7.0版都已相

3、继面世。早期的MATLAB在DOS环境下运行，1990年推出了Windows版本。1993年，Mathworks公司又推出了MATLAB的微机版，充分支持在MicrosoftWindows界面下的编程，它的功能越来越强大，在科技和工程界广为传播，是各种科学计算软件中使用频率最高的软件。 1.2 MATLAB的安装和启动将MATLAB 61版插入计算机的光驱，如果操作系统是Windows 98或Windows 2000，系统会自动进入和运行安装程序，出现图1-1所示的MATLAB启动界面，并随后出现图1-2所示的安装对话框，按照对话框的提示，点击Next键，即可完成MATLAB的安装过程。在安装

4、过程中，需要输入用户名称、公司及产品注册码等。在安装过程中，可以选择安装组件，如果计算机磁盘空间不足，可以减少一些暂时不用组件的安装。图1-1 MATLAB启动界面 在MATLAB安装结束时，可以选择 “立即重新启动计算机”或“暂不重启计算机”。安装完成后，在Windows桌面上会自动生成MATLAB的快捷方式图标。图1-2 MATLAB安装对话框不同版本的MATLAB安装过程会略有差异，但大体是相同的。1.3 MATLAB环境在桌面上双击MATLAB快捷方式图标，或者在开始菜单里点击MATLAB的选项，即可进入MATLAB环境。进入MATLAB环境，即打开了MATLAB窗口(见图1-3)。环

5、境包括MATLAB标题栏、主菜单栏和常用工具栏。在默认显示状态时，在工具栏下有三个子窗口，左边上方窗口显示MATLAB联机说明书目录或工作间的内容，两者可以通过子窗口下方的Launch Pad和Workspace键切换。左边下方窗口将显示已执行的命令(Command History)。右方窗口是MATLAB的命令子窗口，这是MATLAB的主要工作窗口，在这个窗口中，在提示符“”后逐行输入MATLAB命令，回车后，命令就能立即得到执行。第二章MATLAB/Simulink/Power System工具箱简介 Simulink工具箱的功能是在MATLAB环境下，把一系列模块连接起来，构成复杂的系统

6、模型；电力系统(PowerSystem)仿真工具箱是在Simulink环境下使用的仿真工具箱，其功能非常强大，可用于电路、电力电子系统、电动机系统、电力传输等领域的仿真，它提供了一种类似电路搭建的方法，用于系统的建模。 本章以MATLAB61版本为基础，首先概述Simulink和PowerSystem工具箱所包含的模块资源和SimulinkPowerSystem的模型窗口；其次介绍SimulinkPowerSystem模块的基本操作。2.1 Simulink工具箱简介 在MATLAB命令窗口中键人“Simulink命令，便可打开Simulink工具箱窗口，界面左侧可以看到，整个Simulink

7、工具箱是由若干个模块组构成的。在标准的Simulink工具箱中，包含连续模块组(Continuous)、离散模块组(Discrete)、函数与表模块组(Function&Tables)、数学运算模块组(Math)、非线性模块组(Nonlinear)、信号与系统模块组(Signals&Systems)、输出模块组(Sinks)、信号源模块组(Sources)和子系统模块组(Subsystems)等。现简要介绍电力电子电路仿真要使用的模块组和模块。电力电子电路使用的模块组有连续模块组、数学运算模块组、非线性模块组、信号与系统模块组、输出模块组、信号源模块组和子系统模块组等。2.2 Power Sy

8、stem工具箱简介在MATLAB命令窗口中键入“powerlib”命令，则将得到如图28所示的工具箱。图28 电力系统工具箱界面在该工具箱中有很多模块组，主要有电源、元件、电力电子、电机系统、连接器、测量、附加、演示等模块组。双击每一个图标都可打开一个模块组。23 Simulink/Power System的模型窗口当按下“File”文件菜单中的“New”子菜单时，就弹出无标题名称的“untitled”新建模型窗口（图215所示）。Simulink和Power System的模型窗口是相同的。图215 Simulink和Power System的模型窗口窗口的第二行是模型窗口的主菜单，第三行是

9、工具栏，最下方是状态栏。在工具栏与状态栏之间的窗口（此处作了缩小）例模型、修改模型及仿真的操作平台。24 Simulink/Power System模块的基本操作Simulink和Power System模块的基本操作是相同的。模块内部参数设置在模型窗口中，双击待修改参数的模块图标，打开功能模块内部参数设置对话框，然后通过改变对话框相关栏目中的数据便可。 第三章 电力电子电路仿真实习一 单相半波可控整流电路仿真一、电路原理图单相半波可控整流电路由交流电源、晶闸管、负载以及触发电路组成。改变晶闸管的控制角(触发脉冲的延迟时间)可以调节输出直流电压和电流的大小。该电路的仿真过程可以分为建立仿真模型

10、、设置模型参数 和观察仿真结果。原理图：二、建立仿真模型1建立一个仿真模型的新文件。在MATLAB的菜单栏上点击File，选择New，再在弹出菜单中选择Model，这时出现一个空白的仿真平台。在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。2提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击图标调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。组成单相半波整流电路的元器件有交流电源、晶闸管、RLC负载。3将电路元器件模块按单相整流的原理图连接起来组成仿真电路。如图一所示。图一三、设置模型参数设置模型参数时保证仿真准确和顺利的重要一步。有些参数由仿真任务决定，如电压、电流等，有些参数是需要通过仿真来确定的

11、。设置模型参数可以双击模块图标，弹出参数设置对话框，然后按框中提示输入，若有不清楚的地方可以借助help帮助。在本例中，参数设置如下：1交流电源。电压为220V，频率为50Hz，初始相位为0，如图二所示。2晶闸管。晶闸管直接使用了模型的默认参数，也可以另外设置，如图三所示。3负载RLC。根据负载要求设置。如图四所示。4晶闸管的触发电路。本实习晶闸管的触发采用简单的脉冲发生器来产生。控制角以脉冲的延迟时间来表示，如图五所示。图二图三图四图五四、模型仿真首先设置仿真参数。在菜单中选择Simulation，在下拉菜单中选择Simulation parameters，在弹出的对话框中设置的项目很多。主

12、要有开始时间、终止时间、仿真类型等。在参数设置完毕后即可以开始仿真。在菜单Simulation下选择Start，立即开始仿真，若要中途停止仿真可以选择Stop。在仿真计算完成后即可以通过示波器来观察仿真的结果。在需要观察的点上放置示波器，双击示波器图标，即弹出示波器窗口显示输出波形。1 电阻性负载时的仿真波形。调试出：0、30（图六）、90（图七）、150时仿真波形。图六：纯电阻负载30图七：纯电阻负载902电阻电感负载接续流二极管时的仿真。如果要研究电感性负载时电路工作情况，只需重新设置负载参数。设R的值为2，L的值为0.01H，在负载并接二极管，如图八所示。图八调试出：1、0时电源电压、触

13、发脉冲、负载两端电压和电流波形2、90时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形3、90时晶闸管、二极管两端电压及流过晶闸管、二极管电流波形带电阻电感负载0带电阻电感负载90带电阻电感负载接续流二极管90五、仿真波形分析带纯电阻负载输出电压要比带阻感负载输出电压的平均值要大，因为带阻感负载的电路中有阻感，阻感阻碍电流减小，使电源电压过零变负的时候，仍有电流，电流的大小与电感的大小有关系。带纯电阻负载与带电感有续流二极管的输出电压的波形一样，不同的是电流的波形。实习二 三相半波可控整流电路仿真一、三相半波可控整流电路原理图原理图：二、建立仿真模型三、设置模型参数四、模型仿真1电阻性负载时的仿真

14、波形。调试出：30时输出电压和电流波形，流过晶闸管电流及晶闸管两端电压波形（如图所示）90时输出电压和电流波形，流过晶闸管电流及晶闸管两端电压波形（如图所示）带电阻性负载30带电阻性负载902电阻电感负载时的仿真。调试出： 30时输出电压和电流波形（如图所示）90时输出电压和电流波形（如图所示）60时流过晶闸管电流及晶闸管两端电压波形（如图所示）带电阻电感负载30带电阻电感负载90带电阻电感负载603电阻电感负载接续流二极管调试出：0时输出电压、电流以及晶闸管两端电压波形60时输出电压、电流以及晶闸管两端电压波形120时输出电压、电流以及晶闸管两端电压波形带电阻电感负载接续流二极管0带电阻电感

15、负载接续流二极管60带电阻电感负载接续流二极管120五、仿真波形分析在带纯电阻负载的波形中：由于是三相整流，输出电压和电流是每相输出的包络线。输出电压和电流波形相同。由于是电阻负载，所以对电流的阻碍小，没有续流的作用，所以Ud电压不可能出现负值。 在阻感负载的波形中：负载为阻感负载时，由于电感的作用， 对电流有续流作用。当触发角小于30度时，整流电压波形与电阻负载时相同，因为这两种负载情况下，负载电流均连续。当触发角大于30度时，电流不连续，输出电压出现负值。当触发角为90度时，Ud波形中正负面积相等，Ud的平均值为零。在阻感负载接续流二极管的波形中：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电

16、流不发生突变。所以Ud有负值的情况，但当加上续流二极管时，当u2过零变负时，VDR导通，ud为零，所以不存在为负值的情况。但输出电流为连续的。实习三 三相桥式全控整流电路仿真一、三相桥式全控整流电路原理图二、建立仿真模型三、设置模型参数电源电压的参数设置 触发角参数设置四、模型仿真1电阻性负载时的仿真波形。调试出：0时输出电压和电流波形60时输出电压和电流波形（如图所示）90时输出电压和电流波形（如图所示）带纯电阻负载60带纯电阻负载902电阻电感负载时的仿真。调试出：0时输出电压和电流波形30时输出电压和电流波形（如图所示）90时输出电压和电流波形（如图所示）带阻感负载30带阻感负载90五、

17、仿真波形分析对于三相桥式全控整流电路，整流输出电压Ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样。在电阻负载的波形中：因为电阻负载时id的波形与Ud的波形一致，一旦Ud降到零，id也降至零，晶闸管关断，输出电压为零因此Ud波形不能出现负值。在阻感负载的波形中：此时由于电感的作用，Ud波形会出现负的部分。实习四 三相桥式有源逆变电路仿真一、三相桥式有源逆变电路原理图三相桥式有源逆变电路原理图如下：二、建立仿真模型1建立一个仿真模型的新文件。在MATLAB的菜单栏上点击File，选择New，再在弹出菜单中选择Model，这时出现一个空白的仿真平台，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。2提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击图标调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。3将电路元器件模块按三相桥式有源逆变原理图连接起来组成仿真电路。如下图所示：三相桥式有源逆变电路仿真模型三、设置模型参数四、模型仿真调试出：90时输出电压和电流波形120时输出电压和电流波形90时输出电压和电流