电力电子技术应用实例MATLAB仿真

目录

摘要 (1)

关键词 (1)

1.引言 (1)

2.单相半波可控整流电路 (1)

2.1实验目的 (1)

2.2实验原理 (1)

2.3实验仿真 (2)

3.单相桥式全控整流电路 (8)

3.1实验目的 (8)

3.2实验原理 (8)

3.3实验仿真 (9)

4.三相半波可控整流电路 (10)

4.1实验目的 (10)

4.2实验原理 (11)

4.3实验仿真 (12)

5. 三相半波有源逆变电路 (14)

5.1实验目的 (14)

5.2实验原理 (14)

5.3实验仿真 (15)

6.三相桥式半控整流电路 (17)

6.1 实验目的 (17)

6.2实验原理 (17)

`6.3 实验仿真 (17)

7.小结 (19)

致谢 (19)

电力电子技术应用实例的MATLAB 仿真

摘 要 本文是用MATLAB/SIMULINK 实现电力电子有关电路的计算机仿真的毕业设计。论文给出了单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相半波可控整流电路、三相半波有源逆变电路、三相桥式全控整流电路的实验原理图、 MATLAB 系统模型图、及仿真结果图。实验过程和结果都表明：MATLAB 在电力电子有关电路计算机仿真上的应用是十分广泛的。尤其是电力系统工具箱－Power System Blockset （PSB ）使得电力系统的仿真更加方便。

关键词 MATLAB SIMULINK PSB 电力电子相关电路

1.引言

MATLAB 是由Math Works 公司出版发行的数学计算软件，为了准确建立系统模型和进行仿真分析，Math Works 在MATLAB 中提供了系统模型图形输入与仿真工具一SIMULINK 。其有两个明显功能：仿真与连接，即通过鼠标在模型窗口画出所系统的模型，然后可直接对系统仿真。这种做法使一个复杂系统模型建立和仿真变得十分容易。[4][2]

在1998年，MathWoIks 推出了电力系统仿真的电力系统工具箱－Power System Blockset （PSB ）。其中包括了电路仿真所需的各种元件模型，包括有电源模块、基础电路模块、电力电子模块、电机模块、连线器模块、检测模块以及附加功率模块等七种模块库。每个模块库中包含各种基本元件模型，如电源模块中有直流电压、电流源，交流电压源、电流源，受控电压源、电流源等五种电源模型。电力电子模块库包含了理想开关元件、晶闸管、功率场效应管、可关断晶闸管等多种功率开关元件模型；电机模块库中包含了各种电机模型。如异步电动机、同步电动机、永磁同步电动机等。只需将模块中的元件拖到SIMULINK 窗口中，通过参数设置对话框设置参数就可以实现电路和电力系统的仿真了。[4][5]

由于本文是对基本电路一个个进行仿真，采用实验报告的方式会比较简单，明了，所以格式会和一般的论文有所不同。

2.单相半波可控整流电路

2.1实验目的：掌握单相半波可控整流电路MATLAB 仿真方法，会设置各模块的参数。

2.2实验原理：图为单相半波可控整流器原理图及接电阻性负载和电感性负载时的原理图。电阻性负载的特点是电压和电流成正比，波形相同并且同相位，电流可以突变。 负载端电压d U =0.452U (1+cos α)/2.[1]

式中，2U 为变压器二次侧相电压，α为晶闸管出发控制角。

单相半波可控整流器原理图

对电感性负载，当流过电感的电流变化时，电感两端产生感应电势，感应电势对负载电流的变化有阻止作用，使得负载电流不能突变。当电流增大时，电感吸收能量储存，电感的感应电势阻止电流增大；当电流减少时，电感释放出能量，感应电势阻止电流的减少，输出电压，电流有相位差。

U的波形发生变化，负载上的输出电压平均通过改变触发角α的大小，直流输出电压d

值发生变化。当α=180︒，由于晶闸管只在电源电压正半波（0～180︒）内导通。输出电U为极性不变但瞬时值会变化的脉动直流。所以称半波整流。

压

d

2.2.1触发延迟角α与导通角θ

触发延迟角α也称触发角或延迟角，是指晶闸管从承受正向电压开始到刚导通时之间的点角度。导通角θ是指晶闸管在一周期内处于通态的电角度。出电压单相半波可控整流器在电阻性负载情况下，控制角α与导通角θ的关系为

α+θ=180︒[1]

2.2.2移相与移相范围

U出现的时刻，即改变控制角α的大小。

移相是指改变触发脉冲

g

U的移动范围，它决定了输出电压的变化范围。单相半波可控整流移相范围是指触发脉冲

g

器电阻性负载时的移相范围是0～180︒。

2.3计算机仿真实验

2.3.1带电阻性负载的仿真实验

启动MATLAB，进入SINMULINK后新建文档，绘制单相半波可控整流器结构模型图，如图所示。双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。

2.3.1.1晶闸管元件参数设置[3]

可关断晶闸管元件的参数设置对话框

双击晶闸管模块，元件参数设置对话框如下。

晶闸管元件内电阻on R ，单位为Ω。

晶闸管元件内电感on L ，单位为H 。注意，电感不能设置为0。

晶闸管元件的正向管压降f V ,单位为V 。

电流下降到10%的时间f t ，单位为秒（s ）。

电流拖尾时间q T ，单位为秒（s ）。

初始电流c I ，单位为A ，与晶闸管元件初始电流的设置相同。通常将c I 设置为0 。 缓冲电阻s R ，单位为Ω，为了在模型中消除 缓冲电路，可将s R 参数设置为inf 。 缓冲电容s C ，单位为F ，为了在模型中消除 缓冲电路，可将缓冲电容s C 设置为0。为了得到纯电阻s R ，可将电容C 参数设置为inf 。

仿真含有可关断晶闸管的电路时，必须使用刚性积分算法。通常使用ode23tb 或ode15s ，以获得较快的仿真速度。

2.3.1.2单个电阻，电容，电感元件的参数设置[3]

双击RLC 模块，单个电阻，电容，电感元件的参数设置对话框如下，本例中设置电阻R=10Ω，电感L=0H ，电容C 为inf 。串联RLC 分支与并联RLC 分支的设置方法如下表 。

单个电阻、电容、电感元件的参数设置对话框 元 件

串联RLC 分支 并联RLC 分支 类 别

电阻数值 电感数值 电容数值 电阻数值 电感数值 电容数值 单个电阻

R 0 inf R inf 0 单个电容

0 L inf inf L 0 单个电感 0 0 C inf inf C