中南大学工程训练报告15

自动化工程训练

—基于MATLAB的电力电子系统仿真

学院：信息科学与工程学院

仿真内容：三相桥式整流电路

班级姓名：自动化0801 肖娉

学号：0909080320

指导老师：桂武鸣老师

日期：2011.08.29--2011.09.09

电力电子技术综合了电子电路、电机拖动、计算机控制等多学科知识，是一门实践性和应用性很强的课程。由于电力电子器件自身的开关非线性，给电力电子电路的分析带来了一定的复杂性和困难，一般常用波形分析的方法来研究。仿真技术为电力电子电路的分析提供了崭新的方法。

本次工程训练的目的是初步掌握在MA TLAB/Simulink环境下电力电子系统的仿真。通过为期两周的学习，掌握一些MA TLAB的基础、Simulink环境和模型库、电力电子器件模型、变压器和电动机模型等。

MATLAB是一种科学计算软件，它是一种以矩阵为基础的交互式程序计算语言。SIMULINK是基于框图的仿真平台，它挂接在MATLAB环境上，以MATLAB的强大计算功能为基础，以直观的模块框图进行仿真和计算。

本文主要以MATLAB/SIMULINK仿真软件为基础，完成了对三相桥式整流电路带电阻、阻感、反电动势、直流电机负载的建模与仿真，并且给出了仿真结果波形，同时根据仿真结果进行了分析。证实了该方法的简便直观、高效快捷和真实准确性。

前言

第一章MATLAB/Simulink仿真的目的与意义 (1)

第二章MATLAB/Simulink的基础知识 (2)

2.1 MATLAB基础 (2)

2.1.1 MATLAB语言的功能 (2)

2.2.2 MATLAB集成环境 (3)

2.2 Simulink仿真基础 (5)

2.2.1 Simulink的模块库介绍 (6)

2.2.2 SimPowerSystems的介绍 (6)

2.2.3 Simulink部分模型介绍 (7)

2.2.4 Simulink仿真运行 (8)

第三章三相桥式可控整流电路的仿真 (10)

3.1 三相桥式整流电路 (10)

3.1 电阻、阻感和反电动势负载 (11)

3.2 直流电机负载 (16)

3.2.1 整流状态 (16)

3.2.2 有源逆变状态 (18)

第四章心得体会 (21)

参考文献 (23)

第一章MATLAB/Simulink仿真的目的与意义

在电力电子电路如变流装置的设计过程中，需要对设计出来的初步方案(电路)及有关元件参数选择是否合理，效果如何进行验证。如果通过实验来检验，就要将设计的系统用元件安装出来再进行调试和试验，不能满足要求时，要更换元件甚至要重新设计、安装、调试，往往要反复多次才能得到满意的结果。这样将耗费大量的人力和物力，且使设计效率低下、耗资大、周期长。采用计算机进行仿真试验，则可大大地节约开支，提高设计效率，缩短设计周期。

并且，有些试验在实际操作中有很大的危险，比如电机的短路实验。如果操作不慎，可能对设备和人身的安全都造成威胁。利用仿真可以完全避免危险。因为在仿真的条件下只是数学上的计算，并没有构成实际电路。

但如果用其它计算机高级语言(如 C语言，BASIC语言或仿真语言)编程实现，对电力变流电路来说，由于大功率开关器件开关转换电流换相动态过程十分复杂，过渡过程一个接一个，一个未完，新的一个又开始了要分析输出电压、电流(带感性负载时)波形，特别是如大功率开关管关断时承受的尖峰电压大小形状，即阻容保护电路的保护效果如何，就要建立等效电路的数学模型。而这样的数学模型是很复杂的，即使建立起来了，用计算机编程实现得到真实的仿真结果也需要花大量的时间精力来编程和调试。然而采 MATLAB/Simulink可视化图形化仿真环境来对电力电子电路进行建模仿真则可使之变得直观，简单易行，效率高，真实准确。

第二章MATLAB/Simulink的基础知识

2.1 MATLAB基础

MATLAB是Matrix Laboratory的简称，是由美国的Clever Moler博士于1980年开发的，初衷是为解决“线性代数”课程的矩阵运算问题。后来又被MathWorks公司商业化，用于概念设计,算法开发,建模仿真,实时实现的理想的集成环境，是目前最好的科学计算类软件之一。

MATLAB将矩阵运算、数值分析、图形处理、编程技术结合在一起，为用户提供了一个强有力的科学及工程问题的分析计算和程序设计工具，它还提供了专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真和实时控制等功能，是具有全部语言功能和特征的新一代软件开发平台。

MATLAB已发展成为适合众多学科，多种工作平台、功能强大的大型软件。在欧美等国家的高校，MATLAB已成为线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具。成为攻读学位的本科、硕士、博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业开发部门，MATLAB被广泛的应用于研究和解决各种具体问题。

2.1.1 MA TLAB语言的功能

1、矩阵运算功能

MATLAB提供了丰富的矩阵运算处理功能，是基于矩阵运算的处理工具。

2、符号运算功能

3、丰富的绘图功能与计算结果的可视化

具有高层绘图功能——二维、三维绘图；具有底层绘图功能——句柄绘图；使用plot函数可随时将计算结果可视化，图形可修饰和控制。

4、图形化程序编制功能

动态系统进行建模、仿真和分析的软件包；用结构图编程，而不用程序编程；只需拖几个方块、连几条线，即可实现编程功能。

5、丰富的MATLAB工具箱

工具箱包括：MATLAB主工具箱、符号数学工具箱、SIMULINK仿真工具箱、控制系统工具箱、信号处理工具箱、图象处理工具箱、通讯工具箱、系统辨识工具箱、神经元网络工具箱、金融工具箱。

6、MATLAB的兼容功能

可与C/C++、JA VA、FORTURE等语言跨平台兼容。

7、MATLAB的容错功能

非法操作时给出提示，并不影响其操作。

8、MATLAB的开放式可扩充结构

matlab 除内部函数外，都是开放的，用户可按自己意愿随意更改。正因为此功能，使得matlab的应用越来越广泛。

9、强大的联机检索帮助系统

可随时检索matlab函数和查询matlab函数的使用方法。

2.2.2 MA TLAB集成环境

1．操作桌面(Operating Desktop)

（1）桌面布局：6个窗口

命令窗口（Commend Window）、工作空间窗口（Workspace）、当前目录浏览器（Current Directory ）、命令历史窗口（ Commend History ）、启动平台（Launch Pad）、帮助窗口（Help）、M文件优化器（Profiler）。

（2）菜单和工具栏；(Menu and toolbar) 操作桌面上有6个菜单和带有9个快捷按钮的工具栏组。

（3）改变桌面设置：(Setting) File 菜单中Preference对话框中设置。

2．命令窗口：(Command window)MATLAB的主要交互窗口。

用于输入MATLAB 命令、函数、数组、表达式等信息，并显示图形以外的所有计算结果。还可在命令窗口输入最后一次输入命令的开头字符或字符串，然后用↑键调出该命令行。

3．工作空间窗口：(Workspace Window)

用于储存各种变量和结果的空间，显示变量的名称、大小、字节数及数据类