基于MATLAB的电力电子仿真

ＳＩＭＵＬＩＮＫ 仿真工具， 我们使传统教学手段和多媒 体教学手段有机结合起来。学生在学习电力电子基 本原理的同时， 也掌握了 ＳＩＭＵＬＩＮＫ 这一强大的控 制系统仿真工具。不仅改善了教学Leabharlann Baidu果， 也提高了 学生的综合素质。
图 ２ α＝ ０°时电压波形
图 ５ α＝ ６０°时电压波形
图 ３ α＝ ３０°时电压波形
［３］ 周渊深．电力电子与 ＭＡＴＬＡＢ 仿真［Ｍ］． 北京： 中国电力出 版 社 ，２００４．
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｅｘｐｅｒｔｉｓｅ ｃｏｕｒｓｅｓ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ ｉｔｓ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ．Ｌａｒｇｅ ｑｕａｎｔｉｔｉｅｓ ｏｆ ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｎｅｅｄｅｄ ｔｏ ｇｒａｓｐ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ．Ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｈａｓ ａｎ ｄｉｒｅｃｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｌａｔｅｒ ｅｘｐｅｒｔｉｓｅ ｌｅａｒｎｉｎｇ ．Ｉｎ ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ，ｗｅ ｐｌａｃｅ ａｎ ｅｍｐｈａｓｉｓ ｏｎ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｗａｙ， ｍｅａｎｗｈｉｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ ｔｏｏｌ．Ｗｅ ｈａｖｅ ｓｕｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｗａｙ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｍｅａｎｓ ｉｎｔｏ ｏｎｅ ｍａｓｓ．Ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｐｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｃａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ＇ｃｏｍｐｒｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｂｉｌｉｔｉｅｓ．
机地结合起来。教学实践表明该法不仅能提高教学质量 ， 而且能提高学生综合素质。
【关键词】电力电子技术 ＭＡＴＬＡＢ／ ＳＩ ＭＵＬＩ ＮＫ 电气工程 教学实践
【中图分类号】Ｇ４３４
【文献标识码】Ｂ
１．引言
电 力 电 子 学 （ ＰＯＷＥＲ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ） 是 由 电 力学 、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。 电力电子技术的应用范围十分广泛。其不仅应用于 一般工业， 同时广泛应用于电力系统 、交通运输、 通信系统以及新能源系统。电力电子技术是电气工 程及其自动化专业的专业基础课， 因此对于电气工 程及其自动化专业的学生， 学好电力电子技术尤其 重要。
两端的电压和电流波形讲解清楚。在采用传统的授 课方式讲解该部分内容时， 原理清楚， 学生容易理 解， 但存在一个缺点， 即在黑板上画晶闸管两端电 压波形时比较麻烦， 一个波形图画下来需要几分 钟， 而当改变晶闸管的触发角时， 花费的时间就更 多， 所用课时往往超出计划学时。 针对上述问题， 我们把传统授课模式与多媒体授课 模式有机结合起来。讲解原理以黑板为主， 画相关 波形图则借助于 ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ 工具。
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｎｇｉｎｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ
山东电力高等专科学校学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｌｌｇｅ
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基于 ＭＡＴＬＡＢ 的电力电子仿真
Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＡＴＬＡＢ
惠 杰 １ 王相锋 ２ 何国锋 ３ １． 山东电力超高压公司 济南 ２５００２１； ２． 莱钢自动化部 山东 莱钢 ２７１１０４；
电力电子电路主要包括控制电路 、检测电路、 驱动电路和主电路， 而电力电子电路按拓扑结构又 可分为： ＡＣ￣ＤＣ 、ＤＣ￣ＤＣ 、ＤＣ￣ＡＣ 和 ＡＣ￣ＡＣ 四大 模块。在本科教学中主要以分析主电路为主， ＡＣ￣ ＤＣ 则是相控分析法的基础和重点， 而三相可控桥 式整流电路则是整流电路的难点。要讲好该节内容 应做好以下几点： 首先要把六只晶闸管的触发顺序 讲解清楚； 其次要把任一时刻六只晶闸管中任意一 只两端所承受的电压波形讲解清楚； 最后要把负载
２．２．４ 电机设备模型 此部分有异步电动机（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍａｃｈｉｎｅ）、 励磁系统（Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）、水轮电机及其监测系 统 （Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｔｕｒｂｉｎｅ ａｎｄ Ｇｏｖｅｒｎｏｒ （ＨＴＧ））、永 磁 同 步电机 （Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍａｃｈｉｎｅ）、 简 化 的 同 步 电 机（Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍａｃｈｉｎｅ）、 同步电机（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍａｃｈｉｎｅ）。这些模型可以仿 真电力系统中发电机设备， 电力拖动设备等。 ２．２．５ 接线设备模型 这一部分包括一些电力系统中常用的接线设 备。如接地设备、输电线母线等。 ２．２．６ 测量设备模型 该部分模型是用来采集线路的电压或电流值 的电压表和电流表。这一部分还起着连接 ＳＩＭＵＬＩＮＫ 模型与 ＰＯＷＥＲＬＩＢ 模型的作用。 ２．２．７ Ｐｏｗｅｒｌｉｂ 扩展库 扩展模块组包含了上述各个模块组中的各个 附加子模块组。 用户可以根据自己的电力系统结构图使用 ＰＯＷＥＲＬＩＢ 和 ＳＬＭＵＬＩＮＫ 中相应的模型来组成仿 真的电路模型。
２．ＭＡＴＬＡＢ／Ｓ ＩＭＵＬＩＮＫ／Ｐ ＯＷＥＲ Ｓ ＹＳ ＴＥＭ 工具箱
ＭＡＴＬＡＢ 是 Ｍａｔｒｉｘ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ 的缩写， 顾 名 思 义， 其基本计算元素是矩阵。ＭＡＴＬＡＢ 的核心是一 个基于矩阵运算的快速解释程序， 它以交互式接受 用户输入的各项指令， 输出计算结果， 它提供了一 个开放式的集成环境， 用户可以运行系统提供的大 量的命令， 包括数值计算， 图形绘制等。
图 １ 晶闸管三相桥式整流电路仿真模型
山东电力高等专科学校学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｌｌｇｅ
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３．２ 晶闸管三相桥式整流电路的仿真 在仿真参数窗口中选择合适的算法及参数， 既 可得到不同触发角时晶闸管三相整流桥整流桥中 六 只 晶 闸 管 ＶＴ１、ＶＴ２、ＶＴ３、ＶＴ４、ＶＴ５、ＶＴ６ 各 自 两 端 的电压波形以及负载直流电压波形。
３．晶闸管三相桥式整流电路的仿真
３．１ 晶闸管三相桥式整流电路的仿真模型 利 用 ＭＡＴＬＡＢ 的 工 具 箱 ＰＯＷＥＲＬＩＢ 对 晶 闸 管三相桥式整流电路进行建模和和参数设置。主要 包括： 三相电压源的建模和参数设置； 同步电源的 建模和参数设置； 同步 ６ 脉冲触发器和晶闸管通用 桥的建模与参数设置； 负载的建模与参数设置 。 晶闸管三相桥式整流电路仿真模型如图 １ 所示。
３． 平顶山工学院电气与电子工程系 河南 平顶山 ４６７００１
【摘要】电力电子技术是电气工程及其自动化专业的一门专业基础课， 实践性和应用性都很
强。教学效果的好坏直接影响着后续专业课的学习。在电力电子教学实践中， 我们立足于传统
的授课模式， 引入 ＭＡＴＬＡＢ／ ＳＩ ＭＵＬＩ ＮＫ 仿真工具， 把传统授课方式和现代多媒体授课方式有
图 ４ α＝ ４５°时电压波形
４．结论
通 过 在 电 力 电 子 教 学 中 引 入 ＭＡＴＬＡＢ／
参考文献
［１］ 王 兆 安 ， 黄 俊．电 力 电 子 技 术［Ｍ］ ．北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社， ２００４．
［２］张志涌．精通 ＭＡＴＬＡＡＢ ６．５ 版［Ｍ］．北 京 ： 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ，２００３．
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惠杰 王相锋 何国锋： 基于 ＭＡＴＬＡＢ 的电力电子仿真
２．１ ＳＩＭＵＬＩＮＫ 交互式仿真 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 是 ＭＡＴＬＡＢ 软件的扩展， 它 主 要 用 于动态系统的仿真。它与用户的交互接口是基于 Ｗｉｎｄｏｗｓ 的 图 形 （ 使 用 方 块 图 ） 编 程 方 法 。 在 ＳＩＭＵＬＩＮＫ 中加入了许多 ＭＡＴＬＡＢ 函数。 ＭＡＴＬＡＢ７．０ 不 仅 完 善 了 ＳＩＭＵＬＩＮＫ 的 功 能 ， 而且还增加了许多的新的功能与系统工具箱。其中 新功能有 ＭＡＴＬＡＢ７．０ 支持 ＡｃｔｉｖｅＸ 控件， 从而可 以控制与受控于 ＡｃｔｉｖｅＸ 控件， 新的系统工具箱有 ＤＳＰ 工具箱， ＰＯＷＥＲ ＳＹＳＴＥＭ 工具箱等。 ２．２ ＰＯＷＥＲ ＳＹＳＴＥＭ 工具箱 ＭＡＴＬＡＢ 的 工 具 箱 ＰＯＷＥＲＬＩＢ 由 电 力 电 源 （Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｏｕｒｃｅｓ）、电路元件 （Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）、电力电子 设 备（Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）、电 机 设 备（Ｍａｃｈｉｎｅｓ）、接 线 设 备 （Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ）、 测 量 设 备 （Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ） 和 Ｐｏｗｅｒｌｉｂ 扩展库七大部分组成。每一部分又包括了 许多相应的电力设备模型。 ２．２．１ 电力电源模型 该 部 分 包 括 了 直 流 电 压 源 〔ＤＣ － Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｏｕｒｃｅ〕、交 流 电 压（ＡＣ－ Ｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅ）、交 流 电 流 源 （ＡＣ－ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｏｕｒｃｅ）可 控 电 流 源 （Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｏｕｒｃｅ）和可控电压源（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｏｕｒｃｅ）。这 一部分模型可以用来仿真交直流电源。 ２．２．２ 电路元件模型 该 部 分 包 括 断 路 器 （Ｂｒｅａｋｅｒ）、 分 布 参 数 线 （Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｌｉｎｅ）、 线 性 变 压 器 （Ｌｉｎｅａｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）、并 联 ＲＬＣ 负 荷（Ｐａｒａｌｌｅｌ ＲＬＣ Ｌｏａｄ）， ＩＩ 型线路参数（ＩＩ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｌｉｎｅ）、饱 和 变 压 器（Ｓａｔｕｒａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）、串 联 ＲＬＣ 支 路 （Ｓｅｒｉｅｓ ＲＬＣ Ｂｒａｎｃｈ）、 串 联 ＲＬＣ 负 荷（Ｓｅｒｉｅｓ ＲＬＣ ｌｏａｄ）、过 电 压 自 动 装 置 （Ｓｕｒｇｅ Ａｒｒｅｓｔｅｒ）。这部分可以仿真交流输电线装置。 ２．２．３ 电力电子设备模型 此 部 分 含 有 二 极 管 （Ｄｉｏｄｅ）、ＧＴＯ、 理 想 开 关 （Ｉｄｅａｌ Ｓｗｉｔｃｈ）、ＭＯＳ 管 （Ｍｏｓｆｅｔ）、 可 控 晶 闸 管 （Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）的仿真模型。这些设备模型不仅可以单独 进行仿真而且可以组合在一起仿真整流电路等直 流输变电的电力电子设备。