基于Matlab的功率因数校正电路的仿真分析

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Matlab中的电力系统仿真方法

Matlab中的电力系统仿真方法

Matlab中的电力系统仿真方法引言:随着电力系统的迅速发展和复杂性增加,电力系统仿真成为电力工程研究和设计的重要工具。

Matlab作为一种强大的数学计算工具,为电力系统仿真提供了丰富的功能和灵活性。

本文将探讨在Matlab中进行电力系统仿真的方法和技术,以及如何利用Matlab解决电力系统设计和优化的问题。

一、概述电力系统仿真是一种模拟电力系统运行和行为的技术,能够帮助分析和解决电力系统中的各种问题。

Matlab在电力系统仿真中具有广泛的应用,提供了强大的建模和计算功能。

利用Matlab进行电力系统仿真可以有效地模拟电力系统的运行和优化算法的性能,为电力系统的设计和运行提供重要参考。

二、电力系统建模在进行电力系统仿真之前,需要对电力系统进行准确的建模。

Matlab提供了各种建模工具和函数,可以用于描述电力系统中的各种元件和拓扑结构。

例如,可以使用Matlab的电路元件库模型化发电机、变压器、线路和负荷等元件,并使用节点和支路等数据结构描述电力系统的拓扑。

同时,Matlab还提供了用于构建电力系统模型的函数和工具箱,如Power System Toolbox和Simulink Power System Blockset。

这些工具提供了模型建立、参数设定和仿真运行等功能,方便用户创建和分析电力系统模型。

三、电力系统仿真技术1. 静态潮流计算静态潮流计算是电力系统仿真中常用的一种方法,用于研究电力系统的潮流分布和电压稳定性等问题。

Matlab提供了多种求解潮流计算的方法,例如基于牛顿-拉夫逊法的Power Flow Toolbox和基于改进迭代法的Fast-Decoupled Power Flow。

这些方法可以通过Matlab编程实现,计算电力系统中各节点的电压、相角和功率等参数。

利用这些计算结果,可以评估电力系统的稳定性、检测潮流拥挤和进行电力负荷分析等。

2. 动态稳定分析动态稳定分析是研究电力系统在暂态和稳态过程中的稳定性问题。

基于matlab的正弦稳态电路功率的分析

基于matlab的正弦稳态电路功率的分析

【正文】1.前言在电工和无线电技术等领域中存在着许多周期性的正弦、非正弦电压、电流(或信号)。

对于非正弦电压、电流(或信号),可利用傅里叶变换,将周期性时间函数分解为许多不同频率和幅值的正弦时间函数之和。

然后应用叠加定理对每一频率的正弦时间函数,用相量法计算它们的稳态响应,将所有这些响应叠加起来,就可以得到周期性时间函数激励下的稳态响应。

对称的三相非正弦激励下的三相电路,也可以根据叠加定理,先分别计算各谐波电压单独作用时三相电路中的电压、电流谐波,然后叠加求出各电压、电流[1]。

电路的正弦稳态是电路在正弦电压(流)的激励作用下,电路最终所达到的稳定状态。

实际上,当电路中的自由响应衰减到可以不计时,便可认为电路进入了稳态。

在正弦稳态下,电路中所有电流、电压都依电源的频率按正弦方式变化。

按正弦规律变化的物理量称为正弦量。

分析正弦电路,就是要找出正弦电路的变化规律,这个规律就是描述正弦电路方程的解。

在时域中,描述正弦电路的方程是常系数微分(或积分)方程,它的完全解由两部分组成:一部分是对应齐次方程的通解---这部分解与激励性质无关,它可通过一般解微分方程的方法而求得;另一部分是方程的特解----它取决于激励形式。

以正弦电流为例,数学表达式。

式中三个量、、为正弦量的三要素。

称为正弦电流的振幅(又称最大值或峰值)。

它表示正弦电流变化过程中所能达到的最大值。

称为正弦电流的角频率,它表达了正弦量的相位角()随时间变化的速度,或者说表示单位时间增加的相位角。

描述交流电变化快慢除用角频率外,还用周期T来描述,周期T是指交流电变化一周所用的时间,即交流电从零开始变到最大,然后逐渐减小到零,接着反方向变到负的最大,最后又回到零所需时间。

还可用频率f来描述交流电变化快慢。

频率是指1S内交流电重复出现的次数。

角频率和正弦量的周期T及频率f的关系为:。

称为正弦电流的初相位(又称初相角),它是正弦量在t=0时刻的相角。

两个同频率的正弦量之间的相位差与计时起点无关。

MATLAB电路仿真

MATLAB电路仿真

公式; 电压测量模块的选中; Scope模块的选中及其参数设置; RLC Branch的正确选择; 仿真参数的调整0-20s的仿真时间。
例4-4利用Simulink直接搭建模型
仿真结果如下
2.含有受控源的正弦稳态电路
受控电流源或者受控电压源有现成的模 块;
控制信号的正确引入是关键和难点;
Z2=[2,2]; %电阻2在不同频率的输入信号下产生的对应阻抗
Z3=[2,2]; %电阻3在不同频率的输入信号下产生的对应阻抗
Uoc=(Z2./(Z1+Z2)-Z4./(Z3+Z4)).*Us; %电压源在bd点产生的等 效电压
Zeq=Z3.*Z4./(Z3+Z4)+Z1.*Z2./(Z1+Z2); %计算等效电阻
方法二:直接在Simulink内构建仿真模型 用四种模块:
Serial RLC Branch 模块
Current Measurement 模块
Display 模块,输出测量的结果。
位于Simulink节点下的Sinks模块库中。
按照参数调制表设置参数, 将各个模块用信号现连接起来。
U=Is.*Zeq+Uoc
%bd两点间电压值
disp(' w
Um
phi') %显示结果
disp([w',abs(U'),angle(U')*180/pi])
w Um phi
1.0000 3.1623 -18.4349
w Um phi
1.0000 3.1623 -18.4349
写出U(t)的2.0表000达7式.07为11:-8.1301 Ut=3.1623cos(t-18.4349)+7.0711cos(2t-

基于Matlab的单相电压型PWM整流电路仿真与设计

基于Matlab的单相电压型PWM整流电路仿真与设计

毕业设计(论文)基于Matlab的单相电压型PWM整流电路仿真与设计摘要现代工业中,很多场合需要进行电能变换,例如把直流电能变为交流电能,交流电能变为直流电能。

直流电能变为交流电能由逆变器实现,交流电能变为直流电能由整流器实现。

随着整流器的广泛应用,关于传统整流器的一些问题也日益突出,输入功率因数较低,输入电流含有大量谐波。

针对传统的不控整流和相控整流中存在的谐波污染问题,采用直接电流控制中的双环控制策略,设计了单相全桥电压型PWM整流器的控制系统。

建立了系统的SIMULINK模型并进行了仿真。

仿真结果表明:该控制系统结构设计合理,参数选取适当,能实现有效控制。

详细分析单相电压型PWM整流电路的工作原理和工作模式。

说明通过对PWM电路进行控制,选择合适的工作模式和工作时序,可使PWM整流电路的输出直流电压得到有效的稳定。

近年来PWM整流器迅速成为了研究热点,因为它不仅获得了可控的AC/DC变换性能,而且具有输入单位功率因数和低谐波电流,能量双向传输等优点。

关键词:单相电压型;PWM整流;功率因数;Matlab仿真The single-phase voltage source PWM rectifier circuit based onMatlab simulation and designAbstractIn modern industry, we need for power conversion on many occasions, for example, the exchange of AC power into DC power and DC power into AC power.AC power can be transferred into DC power by using the rectifier and DC power can be transferred into AC power by using the inverter. Since the rectifiers are extensively used, several problems with regard to traditional rectifiers have arisen in recent years, such as a low input power factor,and the harmonics in the input currents.In order to eliminate the harmonic pollution caused by the traditional phase controlled or uncontrolled rectifiers, a single-phase full-bridge voltage-type rectifier has been designed in which the 2-ring control PWM technique of directly current-controlled strategies is adopted.And the SIMULENK model has been built to simulate this system. The result thus indicates that the control system is of logical configuration and proper parameter.The theory and working modes about single-phase voltage source PWM rectifier are elaborately analysed in this paper,which illust rate that the voltage in DC side can be effectively stabilized with PWM control by selecting burst mode and time.Therefore, pulse-width modulated rectifiers have rapidly attracted the research interest over the past few years due to some of their significant advantages, such as controllable of AC-DC voltage, unity power factor, low harmonic distortion of input currents, power regeneration capability, etc.Keywords:single-phase voltage type;PWM Rectifier;The power factor;Matlab Simulation.目录引言 (V)第1章概述............................................................................................................- 1 -1.1本课题研究的意义 .............................................................................................- 2 -1.2国内外研究现状.................................................................................................- 2 -1.3本论文研究的主要工作.......................................................................................- 3 -第2章P WM控制技术.............................................................................................- 4 -2.1PWM简介..........................................................................................................- 4 -2.2PWM控制原理和应用 ........................................................................................- 4 -2.3PWM控制技术的应用 ........................................................................................- 8 - 第3章功率因数校正技术.................................................................................... - 10 -3.1功率因数校正简介 ........................................................................................... - 10 -3.2有源功率因数校正(APFC)技术.................................................................... - 17 -3.3提高功率因数的几种方法................................................................................. - 21 -3.4提高功率因数的实际意义................................................................................. - 21 -第4章Matlab仿真实验 ...................................................................................... - 22 -4.1电路的工作原理............................................................................................... - 22 -4.2实验要求......................................................................................................... - 23 -4.3Matlab仿真步骤和波形..................................................................................... - 23 -4.4主封装图以及各子系统 .................................................................................... - 28 -4.5仿真结论......................................................................................................... - 29 -结论和展望................................................................................ 错误!未定义书签。

课题_基于matlab的正弦稳态电路功率的分析

课题_基于matlab的正弦稳态电路功率的分析

课程设计学院信息工程学院专业姓学号指导教师完成时间: 2016年1月10日课程设计任务书学生姓名:专业班级:指导教师:_ 工作单位:__武汉理工大学题目: 基于matlab的线性电路正弦稳态特性分析课题要求:利用matlab强大的图形处理功能,符号运算功能和数值计算功能,实现线性电路正弦稳态特性的仿真波形。

课题内容:1 对R,L,C三种基本原件,绘出表现其正弦稳态特性的时域波形图向量图。

R:i(t),u(t),p(t),U,IL:i(t),u(t),p(t),U,IC:i(t),u(t),p(t),U,I其中R,C,L三参数可变,w不变。

2 对R,L,C串联电路,绘出表现其正弦稳态特想的时域波图,向量图。

1.绘出us(t),i(t),ur(t),ul(t),uc(t)波形图。

将R,C,L三参数可变,w不变,观察波形情况,比较us(t)与i(t)相位差判断感容性。

2.绘出p(t)=us(t)*i(t)波形图,并将其分解为三种情况:P(t)=P0+P2w(t)=Pr(t)+Px(t)=Pr(t)+Pl(t)+Pc(t)3.绘出Us,I,Ur,Uc,Ul向量图。

Us=Ur+Ul+UcUr=RIUc=i/jwc*iUl=jwlI其中R,C,L三参数可变,w不变,观察向量图变化。

时间安排:学习MATLAB语言第1-3天课程设计第4-5天答辩第6天指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日目录摘要 (3)绪论 (5)1 matlab 简介 (6)1.1matlab的基本功能 (6)1.2特点与优势 (6)1.3Matlab常用函数 (7)1.3.1注解函数 (7)1.3.2绘图函数 (7)1.4 matlab分析电路流程 (7)2R,L,C串联电路 (8)2.1R,L,C串联电路的分析 (8)2.1.1 利用matlab绘制串联电路的正弦稳态时域波形图 (8)3.1.2 R,L,C串联路复功率的分析 (10)3.1.3 串联R、L、C的相量图 (11)3 R,L,C时域波形图和向量图 (12)3.1 电阻稳态电路 (12)2.1.1 电阻R的正弦稳态电路分析: (12)3.1.2 现利用matlab绘制电阻的正弦稳态时域波形图 (12)3.1.3 利用matlab绘制的电阻R的正弦稳态电路的相量图 (13)3.2 电感稳态电路 (14)3.2.1 电感L的正弦稳态电路的分析 (14)3.2.2 现利用matlab绘制电感的正弦稳态时域波形图 (15)3.2.3 利用matlab绘制的电感的正弦稳态电路的相量图 (16)3.3电容稳态电路 (17)2.3.1 电容C的正弦稳态电路分析: (17)3.3.2利用matlab绘制电容的正弦稳态时域波形图 (18)3.3.3 利用matlab绘制的电容的正弦稳态电路的相量图 (19)4 设计心得 (21)5 参考文献 (22)附录 (23)1 电阻的正弦稳态波形程序 (23)2 电阻的相量图绘制程序 (23)3电感的正弦稳态波形绘制程序 (23)4 电感的相量图绘制程序 (24)5 电容的正弦稳态波形图绘制程序 (24)6 电容的相量图绘制程序 (25)7 R、L、C串联电路正弦稳态波形绘制程序 (25)9 R、L、C串联电路的相量图绘制程序 (27)摘要线性电路的正弦稳态分析是比较难的部分,特别是是当电路非常复杂时,分析起来更是费时费力,而用matlab来分析大大的简化了分析。

功率因数校正电路仿真电力电子课程设计说明书

功率因数校正电路仿真电力电子课程设计说明书

目录摘要 (1)1 设计任务及要求 (2)1.1初始条件 (2)1.2主要任务 (2)2 功率因数校正的原理 (3)2.1功率因数校正的必要性 (3)2.2功率因数(PF) (4)2.3功率因数和谐波的关系 (4)2.4改善开关电源功率因数及谐波问题的方法 (5)2.5 CCM Boost功率因数校正原理 (5)2.6有源功率因数校正控制方法 (6)3 UC3854芯片介绍 (9)3.1 UC3854简介 (9)3.2 UC3854引脚功能概述 (10)4功率因数校正电路原理图 (13)5基于UC3854的PFC电路的仿真 (14)5.1仿真模型的建立 (14)5.2电路参数 (14)5.3仿真结果及分析 (15)小结思考 (17)参考文献 (18)本科生课程设计成绩评定表摘要当前单相APFC技术已完全成熟,应用到开关电源中可提高功率因数至0.98以上,成为许多开关电源的必备前级,应用日益广泛。

快速高效地设计出满足系统要求的APFC已成为工程技术人员必须面对的问题。

MATLAB强大的信号分析处理能力对高效地设计APFC 及整定各个环节的参数带来了极大便利。

根据功率因数校正的原理和特点,建立了一种基于Matlab的功率因数校正电路的仿真模型,详细介绍了模型的建立过程并给出了具体的算法,最后对功率因数校正电路进行了参数仿真,并对建立的模型作了验证。

仿真结果表明,运用Matlab中的SimPowerSystems 模块对复杂的电路进行仿真分析和研究,不失为一种准确、直观有效的方法。

功率因数校正PFC(Power Factor Correction)是治理谐波污染的一种有效方法。

论文介绍了有源功率因数校正(APFC)电路的工作原理。

该电路采用平均电流模型UC3854,它通过脉宽调制输出的一连串脉冲信号来控制电路中开关晶体管的导通与截止,从而将输入电流与输出电压的相位重新调整到同相状态,最终达到功率因数校正的目的。

基于MATLAB的电力电子技术仿真分析.pptx

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学海无 涯
电力电子系统仿真Biblioteka 作业题 目 : 基于MATLAB 的电力电子技术仿真分析
学院名称 :
电气工程学院
电力电子技术课程设计任务书
一、设计(调查报告/论文)题目 基于 MATLAB 的电力电子技术仿真分析
二、设计(调查报告/论文)主要内容 1.晶闸管的仿真模型及以单相半波整流器为例,说明晶闸管元件应用系统的建模 与仿真方法。 2. 晶闸管三相桥式整流带电阻性负载时系统的建模与仿真。 3.绝缘栅双极型晶体管元件的仿真模型及一个由 IGBT 元件组成的 Boost 变换器的 建模与仿真。 4. 相位控制的晶闸管单相交流调压器带电阻性负载时系统的建模与仿真。
3
学海无涯
一、MATLAB 软件及仿真集成环境 Simulink 简介
1. MATLAB 及 Simulink 简介
MATLAB 软件是美国 MathWorks 公司在 20 世纪 80 年代中期推出的高性能 数值计算软件,经过近 30 年的开发和更新换代,该软件已成为合适多学科功能十 分强大的软件系统,成为线性代数、数字信号处理、自动控制系统分析、动态系 统仿真等方面的强大工具。MATLAB 中含有一个仿真集成环境 Simulink,其主要 功能是实现各种动态系统建模、仿真与分析。在 MATLAB 启动后的系统界面中 的命令窗口输入”SIMULINK”指令就可以启动 SIMULINK 仿真环境。启动 SIMULINK 后就进入了浏览器既模版库,在图中左侧为以目录结构显示的 17 类 模版库名称(因软件版本的不同,库的数量及其他细节可能不同),选中模版库 后,即会在右侧窗口出现该模型库中的各种元件或子库。
三、要求的设计 说明书中完成相应系统模型的建模、参数设置及仿真调试,写出设计报告。 1.晶闸管的仿真模型、参数设定方法、以单相半波整流器为例说明晶闸管元件应

基于MATLAB的Boost型功率因数校正电路的仿真分析

基于MATLAB的Boost型功率因数校正电路的仿真分析

基于MATLAB的Boost型功率因数校正电路的仿真分析作者:孟利明王秀莲来源:《数字技术与应用》2009年第11期[摘要]本文在传统Boost型转换器的基础上,采用ZVT软开关技术对其改进,并使用MATLAB软件建立了仿真模型进行仿真分析。

[关键词]软开关 Boost型转换器功率因数校正[中图分类号]TN913[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2009)11-0047-021 引言为了满足输入电流谐波满足要求减小对电网的污染,现今的开关电源都采用功率因数校正技术(PFC)。

常见的功率因数校正转换器主电路的拓扑结构有:降压式(Buck)、升压式(Boost)、降/升压式(Buck-Boost)、反激式(Flyback)等,其中因Boost变换器具有效率高、电路简单、成本低等优点而等到广泛的应用[1]。

但传统的Boost变换器采用的是硬开关PFC技术,使得开关损耗大、开关电流应力大和二极管开关噪音大。

为弥补硬开关变换器的不足,人们不断探讨新型的Boost软开关变换器,如零电压过渡(ZVT-Boost)软开关变换器和零电流过渡(ZCT-Boost)软开关变换器。

由于零过渡软开关具有主开关为ZCS或ZVS、续流二极管为ZVS或ZCS、主开关和续流二极管的电流和电压应力小及在宽范围电源电压和负载电流内均可满足ZVS和ZCS条件,它们代表了目前软开关变换技术的最新发展[2]。

本文针对一种ZVT-Boost变换器,采用MATLAB/SIMULINK仿真软件建立其仿真模型,并根据仿真图形对其电流电压进行了详细的分析。

2 ZVT-Boost型变换器的设计2.1 ZVT-Boost型变换器拓扑电路图 1 是ZVT-Boost变换器的拓扑电路。

有图可知,除在主开关加有谐振电容Cs外,在传统的Boost变换器拓扑结构的基础上还多了有 Cb、Cr、Lr、D1、D2、D5和辅助开关S2组成的谐振电路。

2.2 变换器工作过程假设交流电源侧电感足够大,Lin >> Lr,开关频率远远高于输入正弦波频率,则在一个开关周期内交流电源相当于一个直流电源[3]。

基于Matlab 的电力系统故障的仿真分析

基于Matlab 的电力系统故障的仿真分析

基于Matlab 的电力系统故障的仿真分析计算机仿真技术已成为电力系统研究、规划、设计和运行等各个方面的重要方法和手段,由于Matlab 具有很良好的开发性、高效的数据仿真分析, 特别是信号处理和直观的图形显示功能,且Matlab/ Simulink 环境下的PSB 模型库及Simulink强大的二次开发功能和丰富的工具箱,能快速而准确地对电路及更复杂的电气系统进行仿真、计算. 因此,它已成为电力科研工作者和工程技术人员应用它来进行电力系统有关问题的仿真分析和辅助设计的理想工具.文章介绍了Matlab/ Simulink 的基本特点及应用Matlab 进行电力系统仿真分析的基本方法和步骤,探讨了综合利用其Simulink 环境、电力系统模块库和相关工具进行电力系统的控制设计和仿真分析,通过对具有同步发电机光控励磁系统的电力系统故障仿真分析,说明了Matlab 在电力系统仿真中强大的功能.1 应用Matlab/ Simulink 进行电力系统仿真分析的基本方法1. 1 Simulink 环境下仿真工具图形编辑器( Power System Blockset 以下简称PSB) 是一个图形编辑器工具,在Simulink 环境下能建立电力系统原理并进行仿真计算. PSB 库提供了电力系统仿真通用的元件和装置,包括RLC支路和负载、变压器、传输线、避雷器、电机、电力电子装置等. 只需通过点击和拖放PSB 库内的模型即可建立用户所需要的电力系统仿真原理图,并利用模型元件的对话框来设置相关参数. 使用Simulink 提供的示波器模型,可显示观测点处的仿真结果及其波形.1. 2 模型库根据电力系统各种电气设备特性,可将PSB 库内的模型分为电源、元件、电力电子器件、电机、连接器和测量等部分. 元件包括单相RLC 支路和和负载模块、变压器、互感器、π型传输线、避雷器、断路器、n 相分布参数线路模型等. 利用Simulink 二次开发功能,可方便地编辑出更复杂的元件模型和集成参数对话框. 电力电子包括通用的半导体元件,每个元件(除二极管外) 都有门极控制输入端和Simulink 输出端,可显示开关的电压和电流值. 电机包括简化的和详细的同步电机、异步电机、励磁机、永磁同步电机和涡轮机等. 每个模块有一个Simu2link 输出来显示内部变量状态值.1. 3 仿真方法和步骤Matlab 实现对电力系统的仿真和分析至少有二种独立的方法.1) 传统的编程方法,即通过大量的代码来实现电力系统的建模、稳态计算和暂态分析等等;但由于Matlab 提供了用户可以直接调用已有的高性能数值计算. 如矩阵求逆、数值微积分等等,较使用C 或Fortran 语言开发其源程序却要简洁得多,可节省大量内存空间和开发时间.2) Simulink 平台上进行仿真分析,按建模方法分为器件级仿真(又称为物理建模) 和系统仿真(又称为数学建模) . 其中器件级仿真是利用Mat2lab 的PSB 中固有元件模型构建新元件的物理模型,该方法一般适用于探讨元件的内部性能;系统仿真是利用MatlabPSimulink 中的控制模块来构建新元件的数学模型,该方法是研究元件的外部特性. 在MatlabPSimulink 平台上,借助于鼠标点击和拖放以及一些必要的参数设置即可实现对电力系统的稳态和暂态分析,并可方便地研究各种先进的控制方法对电力系统的控制效果. 实际上,在实际应用中,特别是对复杂电力系统的仿真分析,两种方法通常交替融合使用.应用Matlab 进行电力系统仿真的主要步骤为:a 系统模型的建立;b 设置仿真参数和控制算法的实现;c 进_______行动态仿真(包括稳态分析和暂态仿真) ;d 结果分析.2 仿真实例使用Matlab6. 0 的Simulink 建立单机对无穷大系统的仿真模型如图(1) 所示.单机即光控励磁图1 光控励磁同步发电机系统故障模型系统同步发电机[1 ] ;无穷大系统模型,用powerlib中inductive source with neutral 模块表示;发电机模型(synchronous machine) 、变压器模型(linear trans2formerd ,yg) 以及调速系统模( hydraulic turbineand governor 即HTG) ;系统负荷10mV;故障时间由Timer 模块控制. powergui 模块中的machine loadflow ;Bus type 为pv generator ;仿真参数如下:同步发电机容量200MW ;UAB = 15. 75kV;变压器容量240MVA;电压变比15. 75kVP230kV.其仿真结果:当Fault 模块为单相故障时,模块内部构成如图2 (a) 所示,以A 相故障为例.其中负荷为10MW, 选择SimulationPStart 按钮,开始仿真. 在t = 1s 发生故障切除后母线电流、电压波形,用Matlab6. 0 中Subplot 及Plot 命令绘出仿真结果,如图3 (a) 所示.当Fault 模块为两相接地故障时,见图2 (b) ,以A、B 两相短路,测得A 相电压、电流波形,如图3 (b) 所示.当Fault 模块为三相接地故障时,见图2 (c) ,测得A 相电压、电流波形,如图3 (c) 所示.由上述三种短路故障时的仿真波形图可看出光控励磁系统同步电机- 无穷大系统在故障过程中的动态响应过程,恢复正常运行时的电压基准值相对稳定.图2 Fault 模块故障模型图3 故障电压波形图压力锅的强度就由该部位控制. 从计算结果可以看到,当锅内压力为80KPa 时,牙边缘处的应力是88. 7MPa ,而当锅内压力达到泄压压力160KPa 时,该处的应力达到177. 4MPa. 因此,如何降低锅牙处的应力成为压力锅设计与分析的一个焦点.3) 压力锅其余部位的应力在表1 中均不大.如,当锅内压力达到160KPa 时,锅底部分的应力是34. 3MPa ,牙槽部分是47. 4MPa ,离材料的极限应力较远,具有较多的安全储备. 但若考虑到压力锅长期使用下的疲劳以及锅底受热部分在高温下材料性质的降低,则该应力也就是恰当的应力水平了.4 结论利用有限元软件ANSYS 对压力锅进行了三维应力分析,部分数据与薄壁圆桶计算结果对比,本文计算结果是可靠的. 牙体及附近是压力锅的最大应力所在部位,其最大应力在报警压力时达到177MPa ,当锅内压力进一步增大时,该应力还将增加,直至达到屈服应力和破坏应力而造成压力锅“爆锅”. 因此,在压力锅设计时,应对牙部仔细分析,以降低牙部的应力,增加压力锅的安全性.参考文献:[1 ] GB13623~2003 ,铝压力锅安全及性能要求[ S] .[2 ] 王勖成,邵敏. 有限单元法基本原理和数值方法[M] 北京:清华大学出版社. 1997. 97~98.[3 ] 刘鸿文. 材料力学[M] . 北京:高等教育出版社,1992.285~289.[4 ] 龚曙光. ANSYS 工程应用实例解析[M] 北京:机械工业出版社,2003. 103~117.(上接第47 页)结论通过对整个系统的仿真,可以得到以下结论:1)Matlab6. 0 中的PSB 是一种专门应用于电力系统动态仿真的工具箱,其中的电力系统的元件模型相当丰富,模糊逻辑控制可通过工具箱中用户界面建立的模糊推理系统FIS(Fuzzy InferenceSystem) 来实现,用户还可以利用Matlab 本身的一些工具来建立自定义模型.2) 当改变元器件本身的参数,如电机的功率、转子和定子的电阻、电感,负载的功率、变压器的容量等,就能实现对电力系统不同工况下运行过程的仿真分析,便于对不同参数和负载情况进行比较.3) 利用Matlab 可以方便地进行电力系统潮流计算、稳态分析、暂态仿真和新元件的设计及测定. 界面灵活、开放直观、互动性强等优点.4) 由于PSB 简化了开关元件的处理,认为是理想模型,在提高仿真速度、简化电路设计的同时,对系统的暂态过程描述不够精确.参考文献:[1 ] 盛义发,邓国扬,王浩宇,等. 同步发电机新型励磁系统的研究[J ] . 南华大学学报,2002 (4) :24~27.[2 ] 邓国扬,盛义发. 基于MatlabPSimulink 的电力电子系统的建模与仿真[J ] . 南华大学学报,2003 (1) :1~6.[3 ] 清源计算机工作室.Matlab6. 0 基础及应用[M] . 北京:机械工业出版社,2001.[4 ] 何仰赞,温增银,汪馥英,等. 电力系统分析[M] . 武汉:华中理工大学出版社,1996.。

基于MATLAB的电力系统仿真讲解

基于MATLAB的电力系统仿真讲解

基于MATLAB的电力系统仿真摘要:目前,随着科学技术的发展和电能需求量的日益增长,电力系统规模越来越庞大,超高压远距离输电、大容量发电机组、各种新型控制装置得到了广泛的应用,这对于合理利用能源,充分挖掘现有的输电潜力和保护环境都有重要意义。

另一方面,随着国民经济的高速发展,以城市为中心的区域性用电增长越来越快,大电网负荷中心的用电容量越来越大,长距离重负荷输电的情况日益普遍,电力系统在人民的生活和工作中担任重要角色,电力系统的稳定运行直接影响的人们的日常生活。

随着电力系统的飞速发展和电网的日益扩大以及自动化程度的不断提高,电力系统中许多计算和控制问题日益复杂,从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小,因此迫切要求运用电力仿真来解决这些问题。

电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行,可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况,从而有效了解电力系统概况。

本文根据电力系统的特点,利用MA TLAB的动态仿真软件Simulink搭建了含发电机、变压器、输电线路、无穷大电源等的系统的仿真模型,得到了在该系统主供电线路电源端发生三相短路接地故障并由故障器自动跳闸隔离故障的仿真结果,并分析了这一暂态过程。

通过仿真结果说明MA TIAB 电力系统工具箱是分析电力系统的有效工具。

关键词:电力系统;三相短路;故障分析;matlab仿真Electric Power System Simulation Base on MATLABAbstract:Now, with the development of science and techmology and the growing demand for eletrical energy, power systems get increasingly large and long-distance EHV power transmission, large capacity electric generating set, as well as the various new control devices have been widely used. This has important significance to rationally utilizing energy resources, making full use of the existing electric systems’ delivery potential and protecting the environment. On the other hand, with the fast growth of the national economy, city-centered regional power consumption is rising more and more rapidly, power demand in large electric system’laod centers is growing faster and faster, and long-distance and heavy-duty power transmission is more and more popular. Power system play an important part in people’s lives and work, power system and stable operation of a direct impact on the people’s daily life, with the rapid development of power systems and power grids is increasing with days and the degree of automation continuous improvement, many computing and control of the power system increasingly complex issues, it is impossioble to take a directThis paper base on the characteristics of the power system, using the software MATAB simulink built with generators,transformers,power line,such as the infinite power system simulation model, and has a simulation result of three-phase short-circuit fault which happen in the main power-supply line and the fault automatic tripping isolation by the three-phase fault, and analysis of this transient. The simulation results show MATLAB power system toolbox of the power system is an effective tool.Key words: Power system ;Three-phase short-circuit ;Fault analysis ;MATLAB simulation第一章绪论1.1 我国电力系统情况简介电力系统是由发电厂、电力网和电力负荷组成的电能生产、传输和转化的系统。

基于MATLAB的电路分析仿真实验研究

基于MATLAB的电路分析仿真实验研究

基于MATLAB的电路分析仿真实验研究彭文竹;吴亚建;王钦;张禹【摘要】针对当前电路分析实验课程教学中存在的不足,将MATLAB/Simulink仿真技术引入实验教学,实现了硬件实验与仿真技术的有机融合.通过MATLAB在动态电路的时域分析、RLC串联谐振电路分析中的应用实例,详细介绍了MATLAB软件及其Simulink模块在实验中的应用方法.实践表明,在电路分析实验教学中引入MATLAB仿真分析,可以加深学生对电路知识的理解,提高电路实验综合分析设计能力及工程实践能力.【期刊名称】《曲靖师范学院学报》【年(卷),期】2017(036)003【总页数】7页(P16-22)【关键词】MATLAB;Simulink;电路分析;建模与仿真【作者】彭文竹;吴亚建;王钦;张禹【作者单位】集羡大学诚毅学院,福建厦门361021;集羡大学诚毅学院,福建厦门361021;集羡大学诚毅学院,福建厦门361021;福建江夏学院电子信息科学学院,福建福州350108【正文语种】中文【中图分类】TN710电路分析基础是电子和电气信息类专业的一门基础课程,实验教学是该理论课程的重要实践教学环节,重在实际操作,实现从理论向实践的过渡[1].学生通过实验课程的学习,不仅可以巩固和加深理解所学的理论知识,更重要的是可以训练学生的实践技能,培养学生在理论知识指导下独立动手组织电路实验的能力.我校电路分析实验室中包含的实验项目主要有电路基本概念与直流电路、动态电路分析、正弦交流稳态电路分析及三相电路分析四大模块,共有23个实验项目,具体实验内容如图1所示.但是电路分析实验实际开课时受限于课时、时间及实验场所,有大部分的实验内容无法在课堂上完成.因此,结合仿真软件对电路分析实验进行仿真学习,可以弥补传统实验教学上的不足[2-6].本文根据本校实验室实际开课情况,在原有实验教学方法的基础上,将MATLAB技术引入到电路分析实验教学过程中,结合硬件实验方法进行综合学习,使学生学会利用计算机仿真软件辅助分析电路的方法,开发创新与动手能力[7-10].MATLAB是美国Math Works公司于20世纪80年代中期推出的当今世界上最优秀的高性能数值计算软件,具有强大的计算功能、丰富、方便的图形功能.在MATLAB的Simulink库里,提供了一个实体图形化仿真模型库,与数学模型库相对应,该模型库中的模块就是实际工程里实物的图形符号,可以连接成一个电路、一个装置或是一个系统,具有很高的实用价值[11].电路分析课程内容丰富,计算正弦量的复数与各种矩阵、不同电压与电流、各种时域和频域分析、不同暂态与稳态、各种代数方程与矩阵方程等,繁杂而麻烦的各类计算工作量非常大,传统的原始手工计算极易产生差错.应用MATLAB程序进行计算,只要沿用原理正确,对任何问题的计算,无论计算工作量多少,都简便、高效而且结果精准.而通过Simulink建立的电路系统模型并进行仿真,更简单、方便和高效,其仿真结果能够验证MATLAB程序计算数据的正确性,两者相辅相成,结合电路分析硬件实验,完成整套实验设计流程,有效提高学生理论分析、程序编写、电路分析及数据处理能力.采用MATLAB进行电路分析实验仿真的具体流程如图2所示.在MATLAB仿真平台上,可以方便实现电路参数的计算、建模和仿真.以下将在本校实验内容中选择动态电路分析和正弦交流稳态分析两个模块中的相应实验内容为研究对象,介绍采用MATLAB数值计算功能和Simulink建模仿真功能来实现电路分析实验中的动态响应过程以及RLC谐振电路计算和仿真.2.1 动态电路时域中MATLAB子系统建模方法及仿真动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程,由于充电时间很快,此过程在硬件实验中很难用普通示波器观察得到[12].因此,若要观察动态电路单次变化过程,必须采用相应的计算机辅助手段.因此,这边我们借助于MATLAB仿真软件.MATLAB的数值计算过程首先需要列出电路的微分方程,再通过MALTAB建立M文件求解所需要参数并通过程序画出相应暂态过程波形;然后在Simulink平台上建立仿真模型,设置模型参数,通过相应参数测量模块和仪表模块,即可以观察到相应电压相应波形.2.1.1 实验要求RC一阶电路如图3所示,当开关S在‘1’位置时,UC=0,处于零状态,当开关S拨向‘2’时,US通过电阻R向电容C充电,设US=20V,C=1μF,R分别为500Ω,5.0kΩ,50kΩ,绘制UC在不同电阻下的充电变化曲线.并在此基础上,研究激励信号由直流改变为交流时,改变不同的电阻和电容时,一阶积分和微分电路实验的异同点.2.1.2 MATLAB实验仿真过程本实验为根据不同的电阻值,观察充电过程达到τ值的变化,从而分析电容在不同时间常数下的充电过程.由于该过程非常短暂,在硬件实验过程中,很难用示波器直接观察到直流信号下的充电过程,因此我们采用MATLAB建立模型的方式来进行仿真过程.首先通过MATLAB的M文件建模仿真,利用基尔霍夫定律我们可以推导出,在RC电路的零状态相应过程中,可以得到如下表达式,其中τ=RC:根据以上表达式,编写M文件,对在不同R值下电路充电暂态过程进行仿真,仿真图如图4所示.2.1.3 Simulink模型及Subsystem子系统建立电路单次暂态过程方法通过图3所示电路图,进行Simulink电路模型建立,根据不同的R值,建立不同的子系统.对于复杂或者有重复模块的Simulink仿真模型,可以把模型中完成特定功能的一部分模块组合起来,创建一个新的模块,该模块即为子系统.子系统减少了Simulink框图中模块数量,使模型的结构、层次及功能更加清晰,所形成的新的模块也可以被其他Simulink模型调用,具有可移植性.通过Subsystem子系统的仿真系统及其内部电路分别如图5所示,其中开关S和S1的状态参数通过Initial state属性进行设置.运行Simulink仿真模型,观察示波器,可以得到该电路的暂态变化过程,实验结果和MATLAB计算仿真一致,采用子系统的波形仿真图如图6所示.通过以上的实验例程可以看出MATLAB具有强大的计算和分析功能,而且计算范围广,结合Simulink对一阶电路暂态过程建模仿真可以方便对描述电路的微分方程进行求解,对在直流激励下的暂态响应波形硬件实验难以观察到的过程,可以方便快捷的通过MATLAB程序得到或者通过Simulink模型得到.硬件实验中,只能采用交流激励输入信号,使暂态过程重复出现,方能通过示波器观察得到,以下我们将在此基础上进行交流激励信号输入的一阶实验过程,并和硬件结果进行分析比较.2.1.4 交流激励下一阶积分和微分电路的过程研究RC一阶动态电路在满足一定条件下,可以近似构成微分电路和积分电路.当满足电路时间常数τ<<tp脉冲宽度时,图7(b)图所示为微分电路,输出电压UR与方波输入信号US近似呈微分关系;当满足τ>>tp时,图7(a)图所示为积分电路,输出电压UC和US近似呈积分关系[13].在上述电路图中,输入信号为方波信号,幅值为2V、频率为1kHz.在积分电路中,观察R=10kΩ保持不变,C=0.01μF和C=0.1μF情况下,电容C的积分波形;在微分电路中,观察C=0.01μF保持不变,R=1kΩ和R=10kΩ情况下,电阻R的微分波形.根据以上硬件实验电路图,我们得到Simulink积分和微分系统模型及其内部子系统仿真图如图8,9所示.根据所建立模型,分别仿真在上述几种情况下所对应的和的积分和微分波形,具体如图10所示.通过仿真图进行比较(见表1),可以发现,在积分情况下,当电阻R不变,电容越小,充放电速度越快,实现从方波到三角波的转变;在微分情况下,当电容C不变时,电阻越小,微分越明显,实现从方波到尖脉冲波形的转变,和硬件实验电路所观察到的波形图及结论完全一致.利用MATLAB仿真可以克服在硬件条件下难于用示波器观察电路直流激励下的暂态过程等其他难以完成的实验内容,本例程实验包含从直流激励下的仿真过渡到交流激励下的整个仿真过程,并和硬件实验结果进行对比分析,结果均和理论一致.2.2 MATLAB在RLC谐振电路中的应用在RLC电路中,电路两端的电压与其中的电流相位一般是不同的,如果改变电路的参数或电源的频率而使它们同相,这时电路中就会发生谐振现象.谐振是正弦稳态电路中的一种特定的工作状态,可以利用谐振现象实现一定有用的功能,但是也要防止谐振现象对电路造成的破坏.本小节主要研究MATLAB在RLC串联谐振电路中的应用,如何通过MATLAB建模仿真求出谐振频率点,画出阻抗模和电流模等曲线的方法.2.2.1 实验原理及要求本例程为本校电路分析实验中的第十七个实验,在图11(a)所示RLC串联电路中,电路复阻抗,当时,和同相,电路发生串联谐振,谐振角频率,谐振频率.串联谐振具有以下特征:(1)电路的阻抗模=R,其值最小,因此在不改变电源电压的情况下,电路中的电流将达到最大值,即.(2)由于电源电压与电流同相,因此电路对电源呈现电阻性.(3)由于谐振时,XL=XC,因此有UL=UC.而L与C在相位上相反,对整个电路不起作用.本实验具体内容为根据图11(b)组成监视、测量电路,用交流电压表测量电压,并保证信号源输出幅度为1V不变,找出电路的谐振频率fo.其方法是,改变信号源的频率,测量电阻两端电压有效值,当UO的读数为最大时,所对应的信号源频率值即为电路的谐振频率,并观察电感与电容两端电压的变化特征.2.2.2 实验仿真结果及分析根据图11(b)硬件原理图,我们可以通过原理图中的参数求出谐振频率=11.3164kHz,接下来我们通过仿真来测量谐振频率,并和理论值进行比较.在MATLAB中建立仿真模型,并进行测量,仿真电路图及测量结果如图12,表2所示.通过以上所测量数据可以得到谐振频率fO=11.316kHz,和理论完全一致.可见,通过仿真模型进行数据测量,并和硬件数据进行比较,基本一致.根据已知参数,在MATLAB中建立M文件,画出阻抗模曲线和电流模曲线如图13所示,从图中,我们可以看出在以上所求的谐振频率点中,对应的阻抗模为最小值,电流模为最大值,符合串联谐振电路的基本特征.本小节结合串联谐振电路的具体应用实例,用MATLAB编程方式详细阐述了谐振电路的图例仿真过程,以及采用Simulink进行电路模型的建立及仿真的全过程,并对电路的具体参数给出详细的计算方法,对研究谐振电路的应用有很大的帮助.本文以我校电路分析实验教学为例,阐述将MALTAB仿真软件结合硬件实验以弥补教学上的不足,并用具体实例进行分析,论述MATLAB在电路分析实验中的应用过程及方法.MATLAB运算功能强大,对于电路分析实验是方便而高效的计算工具,不仅可以利用程序设计对实验中直流电路参数、交流稳态电路分析及各种代数方程与矩阵方程等各类繁杂电路进行计算;还可以通过Simulink建立系统模型进行仿真分析对动态电路、变压器等系统的动态仿真,使学生有更多的机会参与电路实验的验证分析及电路综合设计过程,从而作为硬件电路分析实验教学上中的高效有用的辅助工具.【相关文献】[1]沈一骑,万凯.电路分析实验的改进与研究性拓展[J].实验技术与管理, 2013,30(4):24-26.[2]陈知红,王锦兰.Proteus仿真软件在电工学中的应用[J].实验技术与管理, 2014,31(2):93-95.[3]胡中玉,岳强,任杰,等.基于Proteus仿真的电工电子课程教学创新[J].实验技术与管理,2016,33(4):128-130.[4]强秀华,李林.基于Multisim13的高压三相短路仿真实验[J].实验室研究与探索,2015,34(10):108-110.[5]姜凤利,陈春玲,黄蕊.Multisim仿真在电工与电子技术实验中的应用[J].实验室科学, 2015,18(5): 88-92.[6]陈齐平,张文俊,王钢林,等.基于Multisim的简易自动售货机控制系统设计与仿真[J].华东交通大学学报, 2015,32(6): 88-92.[7]吴霞,施阁,李孝禄.“电路与电子技术实验”多样性教学模式探索与实践[J].实验室研究与探索, 2016,35(6): 194-197.[8]黄用勤, 陈珺,王书纯,等.电工电子实验教学示范中心持续性建设的探索[J].实验技术与管理, 2016,33(2):127-129.[9]成谢锋,郭宇锋,黄丽亚,等.大电子实验教学平台建设和教学方式的改革[J].实验室研究与探索, 2015,34(9):164-167.[10]杨志清,肖洪详,杨亮亮.独立学院《电路分析基础》实验教学改革[J].实验科学与技术,2013,11(5):111-112.[11]赵莉华,张亚超,金阳,等.基于LabVIEW和Matlab虚拟实验室的实现[J].实验室研究与探索,2014,33(4): 62-64.[12]秦曾煌.电工学(上册):第7版[M].北京:高等教育出版社, 2011:108-156.[13]邱关源.电路:第5版[M].北京:高等教育出版社, 2016:279-296.。

基于Matlab的高功率因数校正技术的仿真

基于Matlab的高功率因数校正技术的仿真

基于Matlab的高功率因数校正技术的仿真
1.引言
 由近年来,随着电子技术的发展,各种办公自动化设备,家用电器,计算机被大量使用。

这些设备的内部都需要一个将市电转化为直流的电源部分。

在这个转换过程中,由于一些非线形元件的存在,导致输入电流电压虽然是正弦的,但输入的交流电流却严重畸变,包含大量谐波。

而谐波的存在,不但降低了输入电路的功率因数,而且对公共电力系统产生污染,造成严重的电路故障。

正因为如此许多国家制定了相应的技术标准,用以限制谐波电流的含量。

例如IEC 555-2﹑IEC61000-3-2﹑EN60555-2﹑GB/T4549-1993等标准,规定了允许用电电气设备产生的最大谐波电流。

由此可见,由此可见消除谐波电流和提高功率因数有非常重要的意义。

在整流输出电路后采用有源功率因数校正技术能够有效地解决上述问题,实现各种电源装置网侧电流正弦化,使功率因数接近1,并且极大地减少谐波电流,消除无功损耗。

然而在有源功率因数校正中控制方式又分为模拟和数字控制方式,控制方式的选取对减少电流谐波和提高功率因数有重大影响。

因此本文重点介绍模拟控制器和数字控制器在Boost单相功率因数校正变换电路中的应用,并论证了数字控制方式将逐步取代模拟控制方式,在不远的将来成为PFC中的主流控制方式。

 2.有源PFC的工作模式和控制方式
 根据电感电流是否连续,PFC电路的工作模式可分为不连续导电模式(DCM)和连续导电模式(CCM)。

DCM模式的PFC电路一般用于电压控制型而且功率小于200W,CCM模式的控制方法比较复杂,一般用于电流控制型并且功率大于200W以上的PFC电路。

有源PFC电路的电流控制型控制方式。

单相有源功率因数校正电路仿真

单相有源功率因数校正电路仿真

单相有源功率因数校正电路仿真摘要:传统的AC-DC 变换器的广泛应用对电网产生了大量的谐波污染。

有源功率因数校正技术(APFC)是抑制谐波电流、提高功率因数的行之有效的办法。

本文论述了单相功率因数校正APFC 的原理和方法,通过对Boost 型滞环控制的DC-DC 变换器采用Matlab 进行仿真,获得了最后校正的功率因数结果,说明这种PFC 方案的能获得良好的效果,适用于多种场合。

关键词:有源功率因数校正,Boost 电路,滞环控制1 绪论功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系。

功率因数可以衡量电力被有效利用的程度,当功率因数值越大,代表其电能利用率越高。

交换式电源供电器上的功率因数校正器的运作原理是通过控制调整交流电电流输入波形,使其与直流电电压波形尽可能一致,让功率因数趋近于1.折对于电力需求量达到某一个水平的电子设备而言是很重要的,否则,电力设备系统消耗的电能可能超出其规格,极可能干扰同系统的其他电子设备。

2 功率因数的定义和校正原理根据电工学的基本理论功率因数(PF )的定义:交流输入有功功率(P )与视在功率(S )的比值,用公式表示为:1111cos cos cos rms rmsU I I P PF S U I I φφγφ==== (1) 式中:1U 表示输入基波电流有效值;cos φ表示基波电压与基波电流之间的位移因数;γ表示输入电流畸变因数;rms I 表示输入电流有效值。

可见PF 由电流畸变因数γ和位移因数cos φ决定,cos φ小表示用电设备的功率大,在有功功率不变的情况下实在功率增加,线路总电流增大,线路传输压降也将增大,倒是电气设备容量增加,利用率低,导线、变压器绕组损耗大,严重影响电网的供电质量,变化快时甚至可以导致电网崩溃。

输入电流即便因数γ值低,表示输入电流谐波分量大,将造成输入电流波形畸变,对电网造成污染,使用电设备产生机械振动、噪声、过电压,损坏电子设备。

第五章MATLAB在电力系统故障分析中的仿真实例精选全文

第五章MATLAB在电力系统故障分析中的仿真实例精选全文
5.2.1 同步发电机突然三相短路暂态过程简介 5.2.2 同步发电机突然三相短路暂态过程的数值计算与仿真方法
第五章MATLAB在电力系统故障分析 中的仿真实例
第五章MATLAB在电力系统故障分析 中的仿真实例
无阻尼绕组同步发电机三相短路电流计算
第五章MATLAB在电力系统故障分析 中的仿真实例
第五章MATLAB在电力系统故障分析 中的仿真实例
图5-13 发电机端突然发生三相短路的Simulink仿真模型
第五章MATБайду номын сангаасAB在电力系统故障分析 中的仿真实例
图5-14 同步发电机模块的参数设置
第五章MATLAB在电力系统故障分析 中的仿真实例
图5-15 升压变压器模块的参数设置
第五章MATLAB在电力系统故障分析 中的仿真实例
第五章MATLAB在电力系统故障分析 中的仿真实例
6)Transition status和Transition times用来设置转换状态和转换时间; 其中,Transition status表示故障开关的状态,通常用“1”表示闭合, “0”表示断开;Transition times表示故障开关的动作时间;并且 每个选项都有两个数值,而且它们是一一对应的。 7)Snubbers resistance和snubbers Capacitance用来设置并联缓冲电 路中的过渡电阻和过渡电容。 8)Measurements 用来选择测量量。
图5-16 利用Powergui模块的潮流计算和电机初始化窗口计算初始参数
第五章MATLAB在电力系统故障分析 中的仿真实例
•5.3 单相短路故障仿真
•当网络元件只用电抗表示时,不对称短路的序网络方程
第五章MATLAB在电力系统故障分析 中的仿真实例

基于MATLAB的电路分析

基于MATLAB的电路分析

subplot(2,1,1); semilogx(w,Hs_F) ylabel('幅频特性(dB)');
%横坐标以对数坐标表示的半对数曲线
subplot(2,1,2);
semilogx(w,Hs_A) ylabel('相频特性(dB)')
方法二, bode 函数:绘制波特图
调用格式:bode(A,B) A,B分别为网络函数分子和分母系数行向量
[X,FVAL,EXITFLAG,OUTPUT]= fminbnd(FUN,x1,x2,OPTIONS,P1,P2,...)
2. fminunc:拟牛顿法求多变量函数极小值点 调用格式:
[X,FVAL,EXITFLAG,OUTPUT,GRAD,HESSIAN] = fminunc(FUN,X0,OPTIONS,P1,P2,...)
四.微分函数
diff:求向量相邻元素的差 调用格式:diff(x) 数值微分可用差商求得,即diff(x)/diff(t)
【例9】 已知RLC串联电路的零输入响应 、 i(t ) 50e 8000t。(cos 6000t 2 sin6000t )mA 作出uR、uL、uC的波形,并求uC(0+)、 uL(0+)
%电阻电压
UL=20e-3*diff(io)./diff(t); %diff:相邻元素的差,
diff(io)./diff(t):数值微分
UL=[UL,0]; %数值微分后UL数组元素个数减1,为了保证
与t元素个数一致,须补充1位。因uL (t) 稳态解为0,所以
补充数值为0;
五.最优化问题求解
1. fminbnd:求单变量非线性函数极小值点 调用格式:
解:(1)等效电路模型

基于Matlab的无桥PFC电路仿真

基于Matlab的无桥PFC电路仿真

基于Matlab的无桥PFC电路仿真乔琳君【摘要】文中分析了功率因数校正的必要性,对有源功率因数校正主电路拓扑做了对比分析,确定本文选用无桥拓扑.分析了无桥PFC电路的原理和优缺点,可以看到无桥电路具有开关器件少,功耗低,成本小,电路体积小的优点.在控制方案选择单周期控制,并采用Matlab Simulink仿真平台建立仿真模型,通过仿真表明,单周期控制的无桥PFC达到功率因数提高的目的.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2014(022)002【总页数】4页(P82-85)【关键词】功率因数校正;无桥;单周期;Matlab【作者】乔琳君【作者单位】西安航空职业技术学院陕西西安710089【正文语种】中文【中图分类】TN710随着电力电子技术的发展,电网中整流器、开关电源等非线性负载不断增加。

这些存在冲击性的用电设备,将引起网侧输入电流发生严重畸变,产生大量谐波污染,导致电网功率因数过低,所以提高功率因数势在必行[1]。

早期功率因数校正采用在整流器后加滤波电感电容实现,功率因数一般只有0.6左右;在20世纪90年代,有源功率因数校正(APFC)产生,是在整流器和负载之间接入一个DC/DC开关变换器,应用电流反馈技术,使输入端电流波形跟踪交流输入正弦电压波形,可以使输入电流波形接近正弦,功率因数可提高到0.99以上。

由于该方案采用了有源器件,故称为有源功率因数校正APFC。

1 有源功率因数校正主电路拓扑1.1 传统Boost拓扑传统Boost PFC电路由整流桥和PFC组成,如图1所示。

传统Boost PFC电路工作时通过控制开关管的动作,采用反馈来控制电流波形,这样可以使交流网侧输入电流跟踪输入交流电压而接近正弦波,来提高功率因数。

但其流通路径有3个半导体工作,当变换器功率和开关频率提高时,系统的系统通态损耗明显增加,整体效率低[2-5]。

图1 传统Boost PFC电路拓扑Fig.1 The traditional Boost PFC circuit topology1.2 无桥boost拓扑1983年罗克韦尔(Rockwell)自动化公司率先提出了无桥PFC拓扑结构[6-7],基本型无桥Boost PFC省掉了整流桥,所用开关器件少,具有通态损耗低、效率高的优点。

Multisim和Matlab在电路功率分析中的应用

Multisim和Matlab在电路功率分析中的应用

创新观察—326—Multisim 和Matlab 在电路功率分析中的应用黄勇超(广州南洋理工职业学院 智能工程学院,广东 广州 510900)引言:功率是电路元件的一个重要参数,电阻耗能属于有功功率,电感、电容储能属于无功功率。

功率表常用于测量元件功率并判断元件吸能还是放能,功率因数反映了电能在电路元件中的使用效率。

常规的实验教学中,电路元件的功率在实验室测试,比较费时间。

Multisim 的虚拟环境中有丰富的虚拟测试仪器,Matlab 有强大的数学运算功能,二者有效结合,既可做电路测试,又可做电路分析,常给电路的功率分析带来了极大的方便[1]。

借助Multisim 和Matlab 软件进行仿真分析,常有事半功倍的效果。

下面举例说明Multisim 和Matlab 软件在电路元件的功率分析中的应用。

1.虚拟功率表判断直流电源输出或输入能量Multisim 中的虚拟功率表由虚拟电压表和虚拟电流表组成,测量有功功率和功率因数。

根据前者的正负可以判断电源所处状态。

有功功率为负,电源给电路提供能量,处于输出状态;有功功率为正值,电源从电路吸收能量,处于输入状态。

在Multisim 中建立两个电源1V、4V 的功率测量电路如图1所示。

图1 电源功率测量电路图在图1中,未接入虚拟功率表之前,先用Multisim 中的测量探针判断电流的方向,然后,两只虚拟功率表分别两个电源相接。

虚拟电压表、虚拟电流表分别与电源并联、串联;电流流入端、流出端分别接两表的正极、负极,最后进行仿真。

电源功率测量结果如图2所示。

4V 电源有功功率为负,输出能量,电压方向和电流方向不一致;1V 电源有功功率为正,输入能量,图中电压方向和电流方向一致。

理论计算可知,电路功率是平衡的。

图2 电源功率测量结果2.提高电路功率因数的Multism 仿真在如图3所示的二端网络电路中,接入虚拟万用表、虚拟电流表和虚拟功率表,并对前2者进行交流设置。

如何利用Matlab进行模拟电路设计和仿真测试

如何利用Matlab进行模拟电路设计和仿真测试

如何利用Matlab进行模拟电路设计和仿真测试引言:在电子技术领域,模拟电路设计及仿真测试起到了至关重要的作用。

Matlab作为一款功能强大的科学计算工具,具有丰富的工具箱和扩展性,能够帮助工程师们完成复杂的电路设计和仿真测试工作。

本文将介绍如何使用Matlab进行模拟电路设计和仿真测试,以及常用的工具箱和技巧。

一、Matlab的基本特点和优势1.1 Matlab的功能和应用领域Matlab是一种基于矩阵和数组的高级数学语言和环境,具有工程计算、数据可视化、算法开发和模拟仿真等多种功能。

在电子技术领域,Matlab可以用于电路设计和仿真测试、信号处理、图像处理等方面的工作。

1.2 Matlab的优势(1)易于学习和使用:Matlab采用了类似于C语言的语法,对于熟悉编程的工程师来说非常容易入手。

(2)强大的数学计算能力:Matlab集成了丰富的数学函数和算法,可以快速处理各类数学计算任务。

(3)丰富的工具箱和扩展性:Matlab提供了各种工具箱,包括Simulink、DSP System Toolbox、RF Toolbox等,可以满足不同领域的需求。

(4)强大的图形和可视化功能:Matlab支持二维和三维图形的绘制,可以帮助工程师更直观地理解和分析数据。

(5)良好的与硬件设备的接口:通过适配器和接口,Matlab可以与硬件设备进行连接,实现数据的实时采集和控制。

二、利用Matlab进行模拟电路设计2.1 电路设计的基本流程在进行模拟电路设计之前,我们需要先明确电路设计的基本流程。

一般而言,电路设计的流程可以分为需求分析、系统规划、电路设计、电路优化和验证等几个阶段。

在Matlab中,我们可以利用其丰富的工具箱和函数来完成这些任务。

2.2 电路设计所需的Matlab工具箱在Matlab中,有几个常用的工具箱适用于电路设计,包括Signal Processing Toolbox(信号处理工具箱)、Control System Toolbox(控制系统工具箱)和Simulink(系统仿真工具箱)。

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Matlab功率因数校正电路的研究
王会涛重庆通信学院研究生队
钱希森任开春重庆通信学院电力电子教研室
Matlab是一种功能强大的数值计算软件,应用领域很广。

在继Matlab5.3之后推出的电力系统工具箱(Power System Blocket),它是在Simulink仿真软件的运行环境下的一个电路工具箱,操作简单易学,不需要自己编程,只需用鼠标拖出元器件来搭建自己需要的电路,仿真速度比Pspice快。

在仿真过程中,可以随时观察仿真结果,并对仿真结果进行处理,以及对电路参数进行分析和优化,达到事半功倍的效果。

本文对Matlab在功率因数校正方面的电路进行建模和仿真分析。

一、功率因数校正的原理
功率因数校正电路基本上是一个AC/DC变换器。

其输出是不可调节的直流电压Vd,一个大电容Cd(1000uF)用来滤除低频纹波。

电容和电阻作为电路的等效负载,电网仅在每个工频周期的一小部分时间里给负载提供能量。

电流中包含丰富的高次谐波电流存在严重的畸变,功率因数校正实际上是对输入电流整形使其尽可能正弦化,同时改善电源系统的输入阻抗,使之尽量呈电阻性,达到基波电流与电压同相位。

这就是功率因数校正的基本思路。

常用的功率因数校正控制方式采取双环控制,“外环”电压环和“内环”电流环。

其中,电流控制环使输入电流接近正弦,电压控制环使电路输出电压稳定,其输出直流电压经分压后作反馈电压送至电压比较器UA与基准电压比较后,其输出作为乘法器的一个输入,乘法器的另一个输入来自整流后的输入电压。

另外,从电感和整流器连接端得到取样电流送到CA的反相端,其输出直接加到PWM比较器A的同相端。

其控制流程如图1所示。

图1平均电流控制原理图
二、功率因数校正电路仿真模型的建立
Matlab的仿真电路是以图形仿真软件Simulink为运行环境,在SimPowerSystems库中包括了电路、电力电子、电力传动及电力系统等电工方面常用的元器件。

进入SimPowerSystems模块库中用鼠标直接拖动模块放置原理图窗口,然后对其进行参数的设置和原理图的绘制,操作极其简单,完全满足功率因数校正电路的要求。

1、元器件的仿真模型
在Elements库中,库中没有单独的电阻、电感和电容元件,而是电阻电容电感的串联和并联电路,绘制仿真电路图时,通过设置它们的具体参数来得到我们需要的纯电阻、电感和电容值以及允许的有功功率。

如把电感和电容都设为0 ,电阻设为需要的值就得到纯电阻,也可以把电阻和电感设为需要的值,电容设为inf来得到一个感性负载。

在Electrical elements元件库中,有各种功率开关模块(MOSFET、IGBT、GTO、DIODE等),通过双击其模块进行设置,如DIODE的参数有:电阻值、电感值、导通压降、初始电流、吸收电阻、吸收电容。

根据设计需要设置相应的值。

2、主电路的仿真模型
首先,在Electrical Sources 库中找到交流电源将其放置在原理图窗口中,然后双击模块
进行参数设置,输入电压设为220,频率50Hz。

画出一个三相功率电路的交流输入电路,为了与实际电路相符合,可以在输入电源间加入小的电阻或电感,然后在Electrical elements 库中拖出DIODE搭成一个桥式整流电路(也可以直接使用整流桥模块),每个二极管两侧并上小的吸收电容,在输出侧拖出功率开关管、电感等搭建需要的电路。

最后绘制滤波电路和负载,这样就得到主电路的仿真模型。

图2 主电路的仿真模型
3、测量电路的仿真模型
在Measurements库中,有电压和电流测量模块,电压测量模块并联所测电压两端对其进行测量,电流测量模块串联所测电流支路对其电流进行测量。

所测结果通过SCOPE进行观察或通过TO WORKPLACE 将数据送到工作空间进行保存。

4、控制电路的仿真模型
控制模型是由Simulink建成的。

Simulink模块和SimPowerSystems模块是两类性质不同的模块,在同时使用两类模块的仿真模型时,必然会有两类模块信号的流动。

因此,在组建仿真模型时,当SimPowerSystems模块的信号反馈给Simulink组成的控制系统时,应由电压或电流测量模块作中间接口,开关器件的脉冲输入端可直接接Simulink信号而不需要中间环节。

根据前面的功率因数控制方法的原理,用鼠标拖出相应的模块,并设定具体参数得出下面的控制电路的仿真模型。

图3 控制电路的仿真模型
5、功率因数的计算模型
功率因数的计算可以根据功率因数的定义,通过一定的算法在Math模块中直接拖出需要的模块,并对其进行参数的设置,可以很容易的求出整个系统的功率因数的值来。

建立的模型如图4所示。

图4 功率因数计算模型
三、结束语
运用Matlab的SimPowerSystems模块可以很直观的对电力系统中复杂的电路进行仿真分析和研究,并通过参数的改变可以使系统达到最优,仿真速度快,不失为一种好的方法。

另外,在功率因数校正电路中,电路元件参数的选取,对提高功率因数同样很重要。

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