电力电子仿真实验

《电力电子技术》仿真实验报告
姓名: 学号：
班级:
专业: 电气工程及其自动化
成绩:
任课教师:
实验一单相桥式全控整流仿真实验
一．实验目的
1．通过Matlab软件对单相桥式整流电路中阻性负载电路在不同的触发角情况下的工作特性进行分析。

2．掌握单相桥式全控整流电路原理以及阻性负载的工作特性；能够对仿真结果进行电路分析。

二．实验设备
1．计算机一台；
2．MATLAB软件
三．实验内容
1.单相桥式整流电路基本原理
(1)晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周
期承受电压u2，得到触发脉冲导通，当u2过
零时关断；
(2)VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周期承
受电压-u2，得到触发脉冲导通，当u2过零点时
关断。

2.仿真模型介绍
模型参数设置
交流电源参数
脉冲信号发生器参数
Pulse Generator的参数
Pulse Generator1的参数
示波器参数
示波器五个通道信号依次是：通道晶闸管电流I a,晶闸管电压U a,电源电流i2,通过负载电流I d，负载两端的电压U d；
电阻R=1Ω。

3.仿真波形分析
触发角α=0。

时仿真波形
触发角α=30。

时仿真波形
触发角α=60。

时仿真波形
触发角α=90。

时仿真波形
在电源电压正半波（0~π）区间，晶闸管承受正向电压，脉冲UG在ωt=α处触发晶闸管VT1和VT4，晶闸管VT1和VT4开始导通，形成负载电流i d负载上有输出电压和电流。

在ωt=π时刻，U2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。

在电源电压负半波（π~2π）区间，晶闸管TV1和VT4承受反向电压而处于关断状态，晶闸管VT2和VT3承受正向电压，脉冲UG在ωt=α处触发，晶闸管VT2,VT3开始导通，形成负载电流i d,负载上有输出电压和电流。

四．思考题（思考题，可根据思考程度，自行添加。

红字部分，自行删除）
1.增大触发角，对输出电压平均值有什么影响？
Ud=0.9U2（（1+cosα）/2）
当α=0时，Ud=0.9U2
当α=180时，Ud=0
所以触发角越大，输出平均电压越小。

实验二三相桥式全控整流仿真实验
一．实验目的
1．通过Matlab软件对三相桥式整流电路中阻性负载电路在不同的触发角情况下的工作特性进行分析。

2．掌握三相桥式全控整流电路原理以及阻性负载的工作特性；能够对仿真结果进行电路分析。

二．实验设备
1．计算机一台；
2．MATLAB软件
三．实验内容
1.三相桥式整流电路基本原理
整流电路接法，有共阴极组分别是3个晶闸管
（VT1，VT3,VT5）。

共阳极组分别是3个晶闸管
（VT4，VT6,VT2）。

2管同时通形成供电回路，其
中共阴极组和共阳极组各1个，同时不能为同相
连接；对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5
-VT6的顺序，相位依次差600;共阴极组VT1，VT3,VT5
的脉冲依次差1200，共阳极组VT4，VT6,VT2，脉冲相差1800；u d一周期脉冲6次，每次脉冲的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路;需要保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲。

可以采用两方法，一种是宽脉冲触发；另一种是双脉冲触发；晶闸管承受的电压波形与
三相半波时相同，晶闸管承受最大正，反向电压的关系也相同。

2.仿真模型介绍
交流电源参数
Pulse Generator1的参数
Pulse Generator2的参数
Pulse Generator3的参数
Pulse Generator4的参数
Pulse Generator5的参数
Pulse Generator6的参数
示波器五个通道信号依次是：通道晶闸管电源电压u2 , 负载两端的电压u d,晶闸管电流i vt1晶闸管电压u vt1。

电阻为100Ω.
3.仿真波形分析
触发角α=0。

时仿真波形
触发角α=30。

时仿真波形
触发角α=60。

时仿真波形
触发角α=90。

时仿真波形
1．思考题（思考题，可根据思考程度，自行添加。

红字部分，自行删除）
1.增大触发角，对输出电压平均值有什么影响？
解：当输出电压连续，负载为阻感负载或电阻负载且α<=60Ud=2.34U2cosα（0<α<90）当负载为电阻负载且α>60时
Ud=2.34U2[1+cos(π/3+α)]（0<α<90）
所以增大触发角，输出电压减小。

2.如果把晶闸管，全部改为电力二极管，则输出平均电压如何表示？
实验三单相全桥逆变电路实验一．实验目的
1．学习单相全桥电压型逆变电路的移相调压方式工作原理。

2．熟悉逆变器模型搭建方法。

二．实验设备
1．计算机一台；
2．MATLAB软件（版本自定，需说明）
三．实验内容
1.单相全桥逆变电路基本原理
电桥逆变电路的结构为两个桥半桥电路的组
合。

1和4一对，2和3一对，成对桥臂同时导通，
交替各导通180。

移相调压方式：可采用移相方式
调节逆变电路的输出电压，称为移相调压，各栅极
信号为180。

正偏，180。

反偏，且V1和V2互补关系
不变。

V3的基极信号只比V1落后α（0。

<α<180。

），
V3，V4的栅极信号分别比V2，V1的前移180。

-α，u0
成为正负各为α的脉冲，改变α即可调节输出电压
有效值。

2.仿真模型
直流电压参数
PulseGenerator1参数
PulseGenerator2
PulseGenerator3
PulseGenerator4
示波器参数
3. 仿真波形分析
负载电压，电流波形
脉冲宽度为900时
脉冲宽度为1800时
四．思考题（思考题，可根据思考程度，自行添加。

红字部分，自行删除）
1.电压型逆变器有哪些特点？
●由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无
关。

而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。

●只有单方向传递功率的功效。

在图1中由于直流电源是由晶闸管组成的相控整流
电路，其输出电流id方向不能转变；直流侧又并联大电解电容Cd，因此输出电压平均值Ud极性也不能转变。

●因此逆变入端功率平均值PB恒大于零，即电能只能由直流侧经逆变电路输向负载
而不能沿相反方向由负载反馈回电网。

故障电流较难克制。

由于逆变入端并联大电容Cd，当逆变侧短路时，Cd中电能将释放出来，形成浪涌短路电流。

实验四三相电压型桥式逆变电路实验一．实验目的
1．学习三相电压型逆变器工作原理。

2．熟悉逆变器模型搭建方法。

二．实验设备
1．计算机一台；
2．MATLAB软件
三．实验内容
1.三相电压型逆变器基本原理
三相电压型逆变电路，是由三个半桥逆变
电路组合成，每个桥臂导电180。

，同一向上,
下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120。

，
任一瞬间有3个桥臂同时导通，每次换流都是
在同一相上，下两臂之间进行，也称为纵向换
流；
2.仿真模型
负载参数
Pulse Generator1参数
Pulse Generator2参数
直流电源参数
桥臂1，3，5的电流相加即可得到直流侧电流id的波形，id每600脉动一次，这里只列出IGBT1和2的触发脉冲设置，IGBT的脉冲比IGBT1延迟六分之一周期，其余的以此类推。

为了方便计算及观察负载两端的波形及大小，由于出现三分之二，三分之一ud,所以设置电源电压为直流75V，设置两个电压源串联的形式。

3. 仿真波形分析
以上至下分别显示i u，U un，U vn，U wn，的波形。

当负载为三相对称负载时，U un，U vn，U wn相加之和为0，根据负载阻抗角的不同，i u的波形和相位不同，i v，i w的波形与i u相比，分别相差120。

四．思考题
1.三相电压型桥式逆变器，一定要“先断后通”吗？为什么？
采用“先断后通”的方法来防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电压短路，使得在通断信号之间留有一个短暂的死区时间。

死区时间的长短要视器件的开关速度而定，器件的开关速度越快，所留的死区时间就越短。

实验五降压斩波电路仿真实验
一．实验目的
1．通过Matlab软件对降压电路的工作特性进行分析。

2．掌握降压变换器的工作原理、特点与电路组成，能够对仿真结果进行电路分析。

二．实验设备
1．计算机一台；
2．MATLAB软件（版本自定）
三．实验内容
1.降压斩波电路基本原理
t=0时刻驱动V导通，电源E向负载
供电，负载电压u o=E,负载电流i o按指数
曲线上升。

t=t1时刻控制V关断，负载电流经二
极管VD续流，负载电压u o近似为零，负
载电流呈指数曲线下降。

为了使负载电流
连续且脉动小，通常使串接的电感L值较
大。

2.仿真模型介绍
电源参数
脉冲参数
阻感负载
反电动势
3.仿真波形分析
如上图所示从上至下分别为i G，i o，u o。

四．思考题（思考题，可根据思考程度，自行添加。

红字部分，自行删除）
●斩波电路都是有哪几种？
⏹降压斩波电路
⏹升压斩波电路
⏹升降压斩波电路
⏹Cuk斩波电路
⏹Sepic斩波电路
⏹Zeta斩波电路
实验六升压斩波电路仿真实验
一．实验目的
1．通过Matlab软件对升压电路的工作特性进行分析。

2．掌握升压变换器的工作原理、特点与电路组成，能够对仿真结果进行电路分析。

二．实验设备
1．计算机一台；
2．MATLAB软件（版本自定）
三．实验内容
1.升压斩波电路基本原理
如图所示假设L值很大，C值也很大。

当V通时，E向L充电电流恒为I1，同时C的电压
向负载供电，因C值很大，输出电压u o为恒定。

V断时，
E和L共同向C充电并向负载R供电。

稳态时，一个周
期T中L积蓄能量与释放能量相等。

而升压斩波电路能
使输出电压高于电源电压的原因，一是L储能之后具有
使电压泵升的作用，这样电容C可将输出电压保持住，
所以V通态期间因电容C的作用使得输出电压U o不变，但实际C值不可能无穷大，在此阶段其向负载放电，U o必然会有所下降，而实际电压会有所降低。

2.仿真模型介绍
电源电压参数
L电感参数
脉冲参数
RC电路参数
3.仿真波形分析
如图波形从上至下为u GE，i o，u o；
四．思考题（思考题，可根据思考程度，自行添加。

红字部分，自行删除）
1.斩波电路都应用在哪里？
由于直流斩波器具有调压，调磁等作用，广泛应用在直流电机的调速。

直流电机的转速取决于电枢电压及磁场的大小，通过直流斩波器的作用，可以调节电机的电枢电压，达到调速的目的，而直流电机调速在地铁，城市无轨电车，电动汽车等。

直流斩波器的另一应用领域是直流供电电源和直流电压隔离等各个领域。

课程学习心得与体会
在近三个多月的电力电子技术学习过程中，在牛老师的指导下对整个课程系统完整的学习，这次过程中看着老师的辛勤付出，同学们认真专研，使得此刻课程完美收官。

通过老师的讲解和教材的详细理论分析后，对各章节电路的原理以及各个电路实现功能都有了充分的了解。

而以上的电路仿真，就是用实验验证理论。

利用Matlab软件面向对象的设计思想和电气元件的仿真系统，建立基于Simulink的变换电路的仿真模型，并对其进行了仿真研究。

通过对以上的仿真过程以及输出电压的大小。

应用Matlab/Simulink进行仿真，可以在仿真过程中灵活改变仿真参数，并且能通过示波器直观得观察到仿真结果随参数的变化得情况。

而这整个过程的仿真，比其它任何方法都直观明了，还省去了很多复杂过程。

应用Matlab的电路仿真研究时，我们就可以改变不同的导通比情况下较直观建立负载电压的输出变化。

Matlab提供的可视化仿真工具Simulink可直观性强，进一步省去了编程的步骤。

同时Matlab 作为一种集数学计算，分析，科生话，算法开发与发布等于一体的软件平台，通过其及相关工具，可以在统一的平台下完成相应地科学技术工作。

Matlab不仅矩阵的运算，还可以对算法，图形，图像，报告及各种仿真，并且还能大大提高工作效率，达到事半公倍的效果。

最后，在这门课程的学习过程中，我们学习到了许多有用得知识和技巧，自主学习后，老师网上直播讲解，课后及时测试，提高了学习效率加大了对各个知识点的理解与记忆，在通过实验仿真更是锦上添花更加让知识点更加简单易懂，也提升了我们处理和分析的能力，是我们更加深刻的了解电学知识加深提高自身的硬实力。