电力电子MatLab仿真指导

实验一电力电子器件
仿真过程：
首先点击桌面的MATLAB图标，进入MATLAB环境，点击工具栏中的Simulink选项 。进入我们所需的仿真环境，如图1.1所示。点击File/New/Model新建一个仿真平台。这时我们可以在上一步Simulink环境中拉我们所需的元件到Model平台中，具体做法是点击左边的器件分类，这里我们一般只用到Simulink跟SimPowerSystems两个，分别在他们的下拉选项中找到我们所需的器件，用鼠标左键点击所需的元件不放，然后直接拉到Model平台中。
SIMULINK4.1版是用来建模﹑分析和仿真各种动态系统的交互环境,包括连续系统﹑离散系统和混杂系统. SIMULINK提供了采用鼠标拖动的方法建立系统框图模型的图形交互界面.
SIMULINK提供了大量的功能模块以方便拥护快速地建立系统模型.建模时只需要使用鼠标拖动库中的功能模块并将它们连接起来.使用者可以通过将模块组成字子系统来建立多级模型. SIMULINK对模块和连接的数目没有限制. SIMULINK还支持Stateflow,用来仿真事件驱动过程.
SIMULINK框图提供了交互性很强的非线性仿真环境,可以通过下拉菜单执行仿真,或使用命令进行批处理.仿真结果可以在运行的同时通过示波器或图形窗口显示.
SIMULINK的开放式结构允许用户扩展仿真环境的功能.如用MATLAB﹑FORTRAN和C代码生成自定义块库,并拥有自己的图标和界面,或者将用户原来由FORTRAN或C语言编写的代码连接起来.
图1.1
实验一的具体过程：
第一步：我们首先按照之前的方法打开仿真环境新建一个仿真平台，现在我们先仿真新器件GTO的工作原理，按照下表，根据表中的路径找到我们所需的器件跟连接器。
元件名称
提取路径
触发脉冲
Simulink/Sources/Pulse Generator
电源
Sim Power Systems/Electrical Sources/DC Voltage Source
电阻负载30度电阻负载60度电阻负载90度
电阻电感30度电阻电感60度电阻电感90度
到这里，我们基本上可以把单相半波可控整流的各个波形仿真出来了，观察波形，跟我们在实验室用示波器看到的还是基本上一致的。
实验三单相桥式半控整流电路
电阻负载：
一、仿真步骤
1．启动MATLAB，进入SIMULINK后新建一个仿真模型的新文件。在这里可以任意添加电路元器件模块。然后对照电路系统模型，依次往文档中添加相应的模块。在此实验中，我们按下表添加模块：
序号
元器件名称
提取元器件位置
数量
1
交流电源
Simpowersystems / Electrical Sourse / AC Voltage sourse
1
图2.1图2.2
(3)将电路元件模块按单相半波可控整流的原理图连接起来组成仿真电路。将元件调整的到合适的位置，有些器件需要多次用到的，可以点击该模块，然后按住鼠标右键直接拖到想要放置的地方就可以实现复制了。连接好的电路如图2.2所示。
2.设置模型参数。根据实验一的方法我们可以双击模块图标弹出的对话框来设置参数，本例中所设置的参数如下。
SIMULINK仿真工具简介
SIMULINK是Mathworks公司开发的MATLAB仿真工具之一,其主要功能是实现动态系统建模﹑仿真与分析. SIMULINK支持线性系统仿真和非线性系统仿真;可以进行连续系统仿真,也可以进行离散系统仿真,或者两者混合的系统仿真;同时也支持具有多种采样速率的采样系统仿真.利用SIMULINK对系统进行仿真与分析,可以对系统进行适当的实时修正或者按照仿真的最佳效果来调试及确定控制系统的参数,以提高系统的性能,减少设计系统过程中反复修改时间,从而实现高效率地开发实际系统的目标.
1.脉冲发生器的参数设置。双击脉冲发生器，会弹出一个对话框，改变需要的参数后如图1.4所示。其中参数行中从第一个开始分别为振幅、周期、脉宽、控制角（延迟时间）
控制角a的设置按照t=aT/360
图1.4
2.打开电源设置对话框，我们这里设置电源为220V，直接在参数行输入数字即可。
3.新器件GTO的参数设置，这里我们采用默认设计，当需要改变的时候也可以另外设置。
4.负载参数的设置，我们这里只是用到电阻负载，所以可以这样设置，电阻R＝100，H＝0，
C=inf设置完如图1.5所示：
图1.5
5.示波器的参数设置：当我们开始连接的时候，示波器只有一个连接端子，这时我们需要增加示波器的接线端子，具体做法是双击示波器，弹出的对话框如图1.6示：
图1.6
单击工具栏中第二个小图标，即打印机图标的旁边的图标。弹出第二个对话框2图1.7。
（2）提取电路元件模块。组成单相半波可控整流电路的主要元器件有交流电源、晶闸管、RLC负载等。提取路径基本上跟我们做的第一个实验是相同的，只是我们这里用到了交流电源（Sim Power Systems/ElectricalSources/AC Voltage Source）。
提取出来的元件的如图2.1所示
图1.8
在参数设置完毕后既可以开始仿真。点击运行按钮“ ”开始仿真。在屏幕下方的状态栏上可以看到仿真的进程。若要中途停止仿真可以点击“■”按钮。在仿真完毕之后既可以通过双击示波器来观察仿真的结果。本例的仿真图形（电阻）如图1.9跟图1.10所示：
图1.9晶闸管的波形图1.10负载的波形
如果在一开始观察不到示波器的波形，可以点击工具栏上的望远镜，会自动的给定一个合适的坐标，观察到我们需要的波形。如果我们想改变纵坐标，可以单击邮件，选择弹出快捷菜单中的“Axes properties”命令，出现如图1.11所示示波器的纵坐标参数设置对话框。
图1.7
只要在Number of axes项中把1改成所需要增加的端子数字就可以，这里我们用到两个端子，我们把它改成2就可以了。在Time range中设置一个数值，也即显示时间，所设置的时横坐标。就是我们的的仿真时间
6.仿真参数设置:在仿真开始前还必须首先设置仿真参数。在菜单中选择Simulation，在下拉菜单中选择Simulation parameters，在弹出的对话款中可设置的项目很多，主要有开始时间、终止时间、仿真类型（包括步长和解电路的树枝方法），积极相对误差、绝对误差等。步长、解法和误差的选择对仿真运行的速度影响很大，步长太长计算容易发散，步长太小运算时间太长，本题使用ode23tb算法。仿真参数设计如图1.8所示：
Sim Power Systems/Measurements/Current Measurement
负载RLC
Sim Power Systems/Elements/Series RLC Branch
GTO器件
Sim Power Systems/Power Electronics/Gto
提取出来的器件模型如图1.2所示：
图1.2
第二步，元件的复制跟粘贴。有时候相同的模块在仿真中需要多次用到，这时按照我们常规的方法可以进行复制跟粘贴，可以用一个虚线框复制整个仿真模型。还有一个常用方便的方法“+”好，继续按住鼠标和Ctrl键不动，移动鼠标就可以将模块拖拉到模型的其他地方复制出一个相同的模块，同时该模块名后会自动加“1”，因为在同一仿真模型中，不允许出现两个名字相同的模块。
（1）交流电压源，电压为220V，频率为50Hz，初始相位为0度。在电压设置中要输入的是电压峰值，在该栏中键如“220*sqrt(2)”。如果在对话框最后的测量旋转选中电压“voltage”，这样电压的数据可以送入多路测量器（Multimeter）。这里我们不用设置这个，因为我们直接用了示波器进行观察波形。
（2）晶闸管的参数我们采用了默认的参数，也可以另外设置。
（3）负载RLC，当负载是电阻负载时，R=1, H=0, C=inf（无穷大）
（4）负载RLC为电阻电感负载时，R＝1，H＝0.01，C＝inf,关于负载的参数，这里是没有一定的规定的，可以根据需要修改。
3.仿真参数的设置，本例中我们设置仿真的终止时间为0.1S，算法ode23tb.通过仿真，我们给出几个特殊角度的波形图。
示波器
Simulink/Sinks/Scope
接地端子
Sim Power Systems/Elements/Ground
信号分解器
Simulink/Signal Routing/Demux
电压表
Sim Power Systems/Measurements/Voltage Measurement
电流表
仿真的电路图如图示
模块的参数的设置跟之前的一样，为了得到更好的波形效果，我们把仿真的开始时间设置为4，结束时间设置为10。同若运行仿真电路，我们可以得到仿真之后的各种波形。
负载波形晶闸管波形
实验二单相半波可控整流电路
仿真过程：
1.建立仿真模型
（1）首先我们新建一个仿真模型的文件。方法跟实验一样。文件名自己给定。
第三步，我们把元件的位置调整好，准备进行连接线，具体做法是移动鼠标到一个器件的连接点上，会出现一个“十字”形的光标，按住鼠标左键不放，一直到你所要连接另一个器件的连接点上，放开左键，这样线就连好了，如果想要连接分支线，可以要在需要分支的地方按住Ctrl键，然后按住鼠标左键就可以拉出一根分支线了。
在连接示波器时会发现示波器只有一个接线端子，这时可以参照下面示波器的参数调整的方法进行增加端子。在调整元件位置的时候，有时你会遇到有些元件需要改变方向才更方便于连接线，这时可以选中要改变方向的模块，使用Format菜单下的Flip block和Rotate block两条命令，前者改变水平方向，后者做90度旋转，也可以用Ctrl+R来做90度旋转。同时双击模块旁的文字可以改变模块名。然后单击菜单栏中的Edit/Signal Properties命令来刷新模型。模块的颜色也可以在激活模块后，点击右键，在background color中选择自己喜欢的颜色。