带阻感性负载三相交流调压电路MATLAB仿真实验

《现代电力电子》仿真实验报告

题 目 三相带阻感性负载交流调压电路的MATLAB 仿真

2014年5月

专 业 机械电子工程 学 号 姓 名 主讲教师

三相带阻感性负载交流调压电路的MATLAB仿真实验

摘要：本文简要介绍了带阻感性负载三相交流调压电路的Matlab/Simulink 建模与仿真, 以及一些参数的选择设置方法。并分析在不同触发角下，波形的变化和输出电压值的变化。

关键词：阻感性，三相交流调压，Matlab/Simulink仿真

一、实验目的

（1）了解三相交流调压电路的工作原理

（2）了解三相交流调压电路在不同触发角下的各波形特点

（3）熟练掌握和运用MATLAB对电力电子电路进行模型搭建和仿真

二、实验原理

2.1单相交流调压电路电路结构

单相交流调压电路，它用两只反并联的普通晶闸管或一只双向晶闸管与负载电阻R电感L串联组成主电路。单相交流调压电路（阻-感性负载）电路图如图1所示。

图1.单相交流调压电路（阻-感性负载）电路图

2.2单相交流调压电路工作原理（阻-感性负载）

当电源电压U2在正半周时，晶闸管VT1承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管VT1没有导通，在α时刻来了一个触发脉冲，晶闸管VT1导通，晶闸管VT2在电源电压是正半周时承受反向电压截止，当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能马上为零，随着电源电流下降过零进入负半周，电路中的电感储存的能量释放完毕，电流到零，晶闸管VT1关断。当电源电压U2在负半周时，晶闸管VT2承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管VT2没有导通，在π+α时刻来了一个触发脉冲，晶闸管VT2导通，晶闸管VT1在电源电压是负半周时承受反向电压截止，当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能马上为零，随着电源电流下降过零进入负半周，电路中的电感储存的能量释放完毕，电流到零，晶闸管VT2关断。

2.3三相交流调压的原理

三相交流电路的分析可以参照上述单相的分析放发。把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流输出。任一相在导通时必须和另一相构成回路，因此和三相的触发脉冲应依次相差120°，同一相的两个反并联晶闸管触发脉冲应相差180°。因此，和三相桥式全控整流电路一样，触发角脉冲顺序也是VT1～VT6，依次相差60°。原理图如下图所示；

三、建立仿真模型

1、建立一个仿真模型的文件，按照上面的原理图从电力系统模型中选取适合的模型放到仿真平台上，并将各模块连接起来，组成仿真电路模型如图2-1所示；

图2-1

2、仿真模型中各模块的参数设定

三相电压源Ua、Ub、Uc各设置为220*sqrt(2)，参数相角设置为0°、-120°、-240°频率都设置为50HZ。如图2-2

图2-2

常量值“constant value”，输入设置为0，输入端Block是触发器模型的使能端，只有当此端置“0”时，才输出脉冲。另一个constant设置为0、30、60，在每个触发角下都运行一次可以得到三种触发角下不同的波形。如图2-3所示

图2-3

三相RL负载中，R=1、L=1mH。同步发生器脉冲宽度设置为10°。如图2-4所示

图2-4

设置仿真开始时间为0，停止时间为0.08s，采用ode23tb算法。如图2-5所示

图2-5 3、仿真波形分析

（1）触发角为0°波形

（2）触发角为30°时的波形

（3）触发角为60°时的波形

波形分析；在0°时触发，由于触发有一段延迟，由上图可以看出交流电流滞后于电压 ，并且当一组晶闸管立刻关断时，另一组晶闸管并不能立刻导通，是因为有电感的作用。交流调压所得的负载电压和电流波形都不是正弦波，且随着α角增大，负载电压相应变小，负载电流开始出现断续。当负载为电感性时，交流调压输出的波形就不仅与α有关，也与负载的阻抗角β有关。根据以上分析可以得出通过控制晶闸管的触发角来调节负载端的电压。

四、小结

这次课程设计，我学到很多有关我们专业知识方面的知识，丰富了自己的知识点，使自己得到提升。首先对电力电子器件的工作原理有了更深的体会，对晶闸管的导通特性和三相交流调压电路中各晶闸管的导通顺序有了很好的了解。同时对SIMULINK仿真有了新的认识。SIMULINK提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量编写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。适应面广、结构和流程清晰、仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点。SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析。

在电路进行仿真的过程中，经常遇到这样那样的问题。如：线路连接错误、

参数设置等。这次课设增强了自己的设计和理论联系实际的能力，加深对MATLAB 软件功能的理解，学会了如何用MATLAB设计三相交流调压器，学会分析理论与实际之间的误差，为以后理论在实践中的应用打下一个很好的基础。

其次懂得了各个课程知识不是孤立的，而是相互之间联系的，我们要学会综合理解知识点以及运用各知识。这次课程设计涉及到了电力电子技术、电路、数学，控制等众多知识面，因而我们需要把把各个学科之间的知识融合起来，形成一个整体，提升了自己的综合知识素养。