MATLAB软件应用及仿真设计

电气专业方向综合课程设计任务书

目录

1.单相半波可控整流系统 (1)

1.1晶闸管的仿真 (1)

1.1.1晶闸管模型 (1)

1.1.2晶闸管参数及其设置 (1)

1.2单相半波可控整流电路的仿真 (2)

1.2.1电路图及工作原理 (2)

1.2.2建立仿真模型 (2)

1.2.3模型参数简介与设置 (3)

1.2.4 仿真结果 (5)

2.晶闸管三相桥式整流系统的仿真 (9)

2.1电路图及工作原理 (9)

2.2建立仿真模型 (9)

2.3模型参数简介与设置 (10)

2.4仿真结果 (12)

3.降压斩波电路（Buck变换器） (14)

3.1可关断晶闸管（GTO）的仿真 (14)

3.1.1可关断晶闸管模型 (14)

3.1.2可关断晶闸管参数及其设置 (14)

3.2 Buck变换器的仿真 (15)

3.2.1电路图及工作原理 (15)

3.2.2建立仿真模型 (15)

3.2.3模型参数简介与设置 (16)

3.4 仿真结果 (17)

4.升压斩波电路（Boost变换器） (18)

4.1绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的仿真 (18)

4.1.1绝缘栅双极型晶体管模型 (18)

4.1.2绝缘栅双极型晶体管参数及其设置 (18)

4.2 Boost变换器的仿真 (19)

4.2.1电路图及工作原理 (19)

4.2.2建立仿真模型 (19)

4.2.3模型参数简介与设置 (19)

4.3仿真结果 (20)

5.相位控制的晶闸管单相交流调压器带系统的仿真 (21)

5.1电路图及工作原理 (21)

5.2建立仿真模型 (21)

5.3模型参数设置 (21)

5.4 仿真结果 (22)

6.课程设计总结 (24)

参考文献 (25)

1.单相半波可控整流系统

1.1晶闸管的仿真

1.1.1晶闸管模型

晶闸管是一种门极信号触发导通的半导体器件。晶闸管有两个输入端和两个输出端，第一个输入与输出是阳极媏（a）与阴极端（k），第二个输入（g）是门极控制信号端如图①，当勾选“Show measurement port”项时便显示第二个输出端（m）如图②，

这是晶闸管检测输出向量[I

ak U

ak

]端，可连接仪表检测流经晶闸管的电流（I

ak

）与晶闸

管的正向压降（U

ak

），晶闸管组件的符号和仿真模型图如图所示。

图①图②

晶闸管组件的符号和仿真模型

1.1.2晶闸管参数及其设置

在模型结构图中，当鼠标双击模型时，则弹出晶闸管参数对话框，如下图所示

“Resistance Ron(Ohms)”：晶闸管导通电阻Ron （Ω）。 “Inductance Lon （H ）”：晶闸管元件电感Lon （H ）。电感参数与电阻参数不能同时设 为0

“Forward voltage Vf （V ）”：晶闸管元件的正向管压降Vf （V ）。 “Initial current Ic （A ）”：初始电流Ic （A ）。 “Snubber resistance Rs （ohms ）”：缓冲电阻Rs （Ω）。 “Snubber capacitance Cs （F ）”：缓冲电容Cs （F ）。可对Rs 与Cs 设置不同的数值以改变或者取消吸收电路。

“Show measurement port ”为设置是否显示检测端（m ）。

需要说明的是，含有晶闸管模型的电路仿真时，最好采用特定的算法Ode23tb 与Oder15s ，而当电路进行离散化处理时，晶闸管的电感量应设为0。

1.2单相半波可控整流电路的仿真 1.

2.1电路图及工作原理

d

u Tr

单相半波可控整流电路（阻-感性负载）图

如上图所示，当晶闸管VT 处于断态时，电路中电流Id=0，负载上的电压为0，U 2

全部加在VT 两端，在触发角α处，触发VT 使其导通，U 2加于负载两端，由于电感L 的存在使电流id 不能突变，id 从0开始增加同时L 的感应电动势试图阻止id 增加，这时交流电源一方面供给电阻R 消耗的能量，一方面供给电感L 吸收的电磁能量，到U 2由正变负的过零点处处id 已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此VT 仍处于导通状态，当id 减小至零，VT 关断并承受反向压降，电感L 延迟了VT 的关断时刻使Ud 波形出现负的部分。

1.2.2建立仿真模型

根据原理图用matalb 软件画出正确的仿真电路图，整体模型如图所示

单相半波晶闸管可控整流电路（阻感负载）的仿真模型

仿真参数：选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3

开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为0.12，如下图所示

1.2.3模型参数简介与设置

①交流电压源

提取路径：

Simulink\SimPoweSysten\Electrical\AC

Voltage Source

“Peak amplitude”:正弦电压峰值Um，

单位V，

“Phase”：正弦电压初相角φ,单位

度，

“Frequency”：正弦电压频率f，单位

Hz，

“Sample time”：采样时间，单位 s，

本实验参数设置为频率50Hz，电压幅值

220V，其他为默认设置，如右图所示。