电力电子仿真仿真实验报告

目录
实验一：常用电力电子器件特性测试 (3)
（一）实验目的： (3)
掌握几种常用电力电子器件（SCR、GTO、MOSFET、IGBT）的工作特性； (3)
掌握各器件的参数设置方法，以及对触发信号的要求。

(3)
（二）实验原理 (3)
（三）实验内容 (3)
（四）实验过程与结果分析 (3)
1．仿真系统 (3)
2．仿真参数 (4)
3．仿真波形与分析 (4)
4．结论 (10)
实验二：可控整流电路 (11)
（一）实验目的 (11)
（二）实验原理 (11)
（三）实验内容 (11)
（四）实验过程与结果分析 (12)
1．单相桥式全控整流电路仿真系统，下面先以触发角为0度，负载为纯电阻负载为例 (12)
2．仿真参数 (12)
3．仿真波形与分析 (14)
实验三：交流-交流变换电路 (19)
（一）实验目的 (19)
（三）实验过程与结果分析 (19)
1）晶闸管单相交流调压电路 (19)
实验四：逆变电路 (26)
（一）实验目的 (26)
（二）实验内容 (26)
实验五：单相有源功率校正电路 (38)
（一）实验目的 (38)
（二）实验内容 (38)
个性化作业： (40)
（一）实验目的： (40)
（二）实验原理： (40)
（三）实验内容 (40)
（四）结果分析： (44)
（五）实验总结： (45)
实验一：常用电力电子器件特性测试
（一）实验目的：
掌握几种常用电力电子器件（SCR、GTO、MOSFET、IGBT）的工作特性；
掌握各器件的参数设置方法，以及对触发信号的要求。

（二）实验原理
将电力电子器件和负载电阻串联后接至直流电源的两端，给器件提供触发信号，使器件触发导通。

（三）实验内容
•在MATLAB/Simulink中构建仿真电路，设置相关参数。

•改变器件和触发脉冲的参数设置，观察器件的导通情况及负载端电压、器件电流的变化情况。

（四）实验过程与结果分析
1．仿真系统
以GTO为例，搭建仿真系统如下：
2．仿真参数
设置直流电压为2V，GTO通态压降为1.6V，负载阻抗为1Ω，脉冲产生器占空比为0.5。

3．仿真波形与分析
由图可见，GTO导通时，电流为0.4A,负载电压为0.4V，占空比为0.5。

（2）改变GTO的通态压降，设置为2.5V,仿真结果如下图。

明显，此时通态压降大于直流电压，GTO不导通，负载电压电流为零。

3）改变脉冲发生器占空比为0.3，波形如下：
4）其他电力电子器件的特性仿真。

只是在图1的基础上，把GTO
变成SCR、MOSFET、IGBT，适当改变参数，即可得到实验结果。

实验结果如下：
SCR：
负载电压为1.2V，负载电流为1.2A,且幅值不随占空比变化而变化，这是因为SCR为半控型器件，给负脉冲不能控制电路关断。

MOSFET：
IGBT：
4．结论
1.SCR为半控型器件，GTO、MOSFET、IGBT为全控型器件，只有全控型器件可以在给予负脉冲时控制电路关断。

2.改变器件的导通压降、导通电阻电感均会影响负载的电压电流波形。

实验二：可控整流电路
（一）实验目的
•掌握可控整流电路的工作特性；
•掌握通用变流器桥、同步6脉冲触发器、示波器模块（Scope）的使用方法。

（二）实验原理
（三）实验内容
•测试单相桥式全控整流电路和三相全控整流电路带不同负载（电阻或阻感）、在不同触发角下的典
型波形。

（四）实验过程与结果分析
1．单相桥式全控整流电路仿真系统，下面先以触发角为0度，负载为纯电阻负载为例
2．仿真参数
3．仿真波形与分析
同样，改变电路参数可以得到：
电阻负载触发角为60度
阻感负载触发角为0度
阻感负载触发角为60度
三相全控整流电路仿真系统：
参数设置：
电阻负载时为电阻1欧姆，阻感负载时为电阻1欧姆，电感9999H。

电阻负载触发角为0度
电阻负载触发角为60度
阻感负载触发角为0度
阻感负载触发角为60度
实验三：交流-交流变换电路
（一）实验目的
掌握交流调压电路的工作特性；
掌握谐波分析方法。

（二）实验内容
在MATLAB/Simulink中分别构建晶闸管单相交流调压电路和斩控式单相交流调压电路，测试交流调压性能，并在输入输出电压相同的情况下，比较两个电路的谐波分析结果。

（三）实验过程与结果分析
1）晶闸管单相交流调压电路
仿真模型：
仿真参数：
仿真波形（上面为电流，下面为电压）：
电阻负载1Ω，触发角0°
电阻负载1Ω，触发角60°
电阻1Ω，电感1mH，触发角0°
电阻1Ω，电感1mH，触发角60°
谐波分析（电阻负载1Ω，触发角60°）：
2)斩控式单相交流调压电路
仿真模型：
仿真波形：
占空比为50%，电阻为1欧姆谐波分析：
电源电流的基波分量和电源电压同相位。

电源电流中不含低次谐波，只含和开关周期有关的高次谐波。

实验四：逆变电路
（一）实验目的
掌握单相电压型逆变电路的工作特性；
掌握电流滞环型单相PWM逆变电路的工作特性
掌握不同控制方式下调制信号的生成方法。

（二）实验内容
在MATLAB/Simulink中构造单相电压型逆变电路。

分别生成方波控制信号、移相控制信号、单极性SPWM控制信号和双极性PWM控制信号。

在不同控制方式下，测量输出电压波形并进行谐波分析；
在MATLAB/Simulink中构造电流滞环型单相PWM逆变电路，测量交流相电压、相电流、线电压和直流电流波形，并进行谐波分析；分析在不同滞环控制参数对输出波形的影响。

仿真模型(方波控制信号)：
仿真参数：
仿真波形：
谐波分析：
仿真模型(移相控制信号)：
改变开关1、2参数如下（即移相30°）：
仿真波形：
谐波分析：
仿真模型(单极性SPWM控制信号)：
仿真波形：
谐波分析：
仿真模型(双极性PWM控制信号)：
仿真波形：
谐波分析：
电流滞环型单相PWM逆变电路仿真模型：
仿真参数：直流电源10V
仿真波形（从上到下依次为电源电压、电流和负载电压、电流）：
谐波分析：
将滞环参数改小后
可得谐波分析结果如下：
由THD变化可知减小环宽可以减少谐波分量。

实验五：单相有源功率校正电路
（一）实验目的
•掌握单相有源功率校正电路的工作原理，要求输出电压达到给定值，且网侧电流正弦化，功率因
数为1；
•掌握电压外环和电流内环的设计方法。

（二）实验内容
•在MATLAB/Simulink中构建单相有源功率校正电路；
•测量输入、输出电压波形，输入电流波形，并进行谐波分析。

仿真模型：
仿真波形（从上到下依次为输入电流、电压和输出电压）：
谐波分析（输出电压）：
个性化作业：
（一）实验目的：
掌握实验电路的工作原理和关键波形；
分析不同参数设置对仿真结果的影响；
（二）实验原理：
仿真无缓冲电路的电流断路器与电感串联的情况。

（三）实验内容
参数设置：
仿真模型：
仿真波形：
增大电感为1H可得：
改变断路器开合时间：
仿真波形：
（四）结果分析：
增大电感会使电流幅值变小，但不会使波形周期改变。

改变断路器开
关时间可控制其起始电流波形和最值。

（五）实验总结：
断路器开关时间选择会影响暂态电流的波形和幅值，最好在过零点进行开关，可减少暂态分量。