電力電子技術(shù)仿真研究(doc 21頁(yè)).doc

電力電子技術(shù)仿真實(shí)訓(xùn)2009年仿真實(shí)訓(xùn)1橋式整流電路仿真研究2仿真實(shí)訓(xùn)2直流降壓變換器仿真研究9仿真實(shí)訓(xùn)3單相逆變器仿真研究12仿真實(shí)訓(xùn)4單相交流調(diào)壓器仿真研究15仿真實(shí)訓(xùn)1橋式整流電路仿真研究一、準(zhǔn)備工作1、預(yù)習(xí)Matlab/simulink 仿真軟件；2、預(yù)習(xí)整流電路的幾種形式和原理，重點(diǎn)預(yù)習(xí)單相橋式全控整流電路。有能力的同學(xué)也可以預(yù)習(xí)其他各種形式的整流電路。二、操作方法1、帶電阻性負(fù)載的仿真實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)MATLAB7.0（或6.5）, 進(jìn)入SIMULINK后建新文檔，繪制單相全波可控整流器結(jié)構(gòu)模型圖，如圖1所示。雙擊各模塊，在出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。圖1帶電阻負(fù)載單相橋式全控整流電路模型（1）晶閘管元件參數(shù)設(shè)置雙擊晶閘管模塊，本例元件參數(shù)對(duì)話(huà)框如圖2所示。a）晶閘管元件內(nèi)電阻Ron，單位為。b）晶閘管元件內(nèi)電阻Lon，單位為H。注意，電感不能設(shè)置為0。圖2 可關(guān)斷晶閘管元件的參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框c）晶閘管元件的正向管壓降Vf，單位為V。d）電流下降到10的時(shí)間tf，單位為秒（s）。e）電流拖尾時(shí)間Tq，單位為秒（s）。f）初始電流IC，單位為A，與晶閘管元件初始電流的設(shè)置相同。通常將IC設(shè)置為0。g）緩沖電阻Rs，單位為，為了在模型中消除緩沖電路，可將緩沖電阻Rs設(shè)置為inf。h）緩沖電容Cs，單位為F，為了在模型中消除緩沖電路，可將緩沖電容Cs設(shè)置為0。為了得到純電阻Rs，可將電容Cs參數(shù)設(shè)置為inf。（2）單個(gè)電阻、電容、電感元件的參數(shù)設(shè)置。雙擊RLC模塊，整個(gè)電阻、電容、電感元件的參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框如圖3所示。本例中設(shè)置電阻R10，電感L0H，電容C為inf。串聯(lián)RLC分支與并聯(lián)RLC分支的設(shè)置方法見(jiàn)表1。圖3 單個(gè)電阻、電容、電感元件的參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框表1 單個(gè)電阻、電容、電感元件的參數(shù)元件串聯(lián)RLC分支并聯(lián)RLC分支類(lèi)別電阻數(shù)值電感數(shù)值電容數(shù)值電阻數(shù)值電感數(shù)值電容數(shù)值單個(gè)電阻R0infRinf0單個(gè)電容0LinfinfL0單個(gè)電感00CinfinfC（3）固定時(shí)間間隔的脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置雙擊脈沖發(fā)生器模塊（pulse），固定時(shí)間間隔的脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框如圖4所示。本例中振幅設(shè)置為5V，周期與電源電壓設(shè)置一致，為0.02S（即頻率為50Hz），脈沖寬度為2，初相位（控制角）為0.0025，（45）。一定要注意觸發(fā)脈沖控制角的設(shè)置，否則要燒壞晶閘管。圖4 固定時(shí)間間隔的脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框（4）電源電壓的參數(shù)設(shè)置雙擊電源電壓模塊，參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框如圖52所示。本例中電源電壓的幅值為220V，初相位為0，電源電壓的周期與固定時(shí)間的脈沖發(fā)生器的周期都為0.02s。圖5 電源電壓的參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框（5）仿真參數(shù)設(shè)置選擇仿真中仿真參數(shù)設(shè)計(jì)，出現(xiàn)仿真對(duì)話(huà)框如圖6。不同版本的matlab，對(duì)話(huà)框有些不同。圖6是在matlab 7.0下的對(duì)話(huà)框。圖6 仿真參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框（6）信號(hào)標(biāo)簽的傳遞信號(hào)標(biāo)簽傳遞的方法有兩種：（a）選擇信號(hào)線(xiàn)并雙擊，在信號(hào)標(biāo)簽編輯框中輸入“”,在此括號(hào)中輸入信號(hào)標(biāo)簽即可傳遞信號(hào)標(biāo)簽,然后選擇“Edit”菜單中的“Update Diagram”命令來(lái)刷新模型。（b）選擇信號(hào)線(xiàn)，然后選擇“Edit”菜單中的“Signal Properties”命令；或單擊右鍵，選擇彈出快捷菜單中的“Signal Properties”命令，出現(xiàn)如圖7所示的對(duì)話(huà)框，在“Signal Name”下寫(xiě)上信號(hào)線(xiàn)的名稱(chēng)，當(dāng)一個(gè)帶有標(biāo)簽的信號(hào)與Scope模塊連接時(shí)，信號(hào)標(biāo)簽將作為標(biāo)題顯示。圖7 Signal Properties對(duì)話(huà)框（7）仿真單擊工具欄的按鈕或“Simulation”菜單下的“Start”命令進(jìn)行仿真，雙擊示波器模塊，得到仿真結(jié)果如圖8所示。圖8 電阻負(fù)載，控制角為45是單相橋式整流器仿真結(jié)果（8）示波器參數(shù)的設(shè)置單擊示波器工具欄中圖標(biāo)，出現(xiàn)如圖9所示“General”選項(xiàng)卡和“Data History”選項(xiàng)卡對(duì)話(huà)框，在本例中設(shè)置的坐標(biāo)系數(shù)目為6，顯示時(shí)間為0.1（設(shè)置的是橫坐標(biāo)），坐標(biāo)系的標(biāo)簽為all。單擊右鍵，選擇彈出快捷菜單中的“Axes properities”命令，出現(xiàn)如圖10所示示波器的縱坐標(biāo)參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框。本對(duì)話(huà)框中設(shè)置的是觸發(fā)信號(hào)縱坐標(biāo)。 圖9示波器參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框 圖10示波器的縱坐標(biāo)參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框2、帶電阻電感性負(fù)載的仿真帶電阻電感性負(fù)載的仿真與帶電阻性負(fù)載的仿真方法基本相同，但需要將RLC的串聯(lián)分支設(shè)置為電阻電感性負(fù)載。本例中設(shè)置的電阻R1，L0.01H，電容為inf。圖11為電阻電感性負(fù)載仿真圖。圖11 電阻電感負(fù)載單相橋式全控整流仿真結(jié)果三、注意事項(xiàng)1、分析各種整流電路原理時(shí)要抓住相控控制方法的本質(zhì)。2、仿真時(shí)要與實(shí)際電路聯(lián)系起來(lái)，要知道所設(shè)置參數(shù)的含義。仿真實(shí)訓(xùn)2直流降壓變換器仿真研究一、任務(wù)準(zhǔn)備1、復(fù)習(xí)matlab中的simulink的使用。2、復(fù)習(xí)直流降壓變換器的工作原理。二、實(shí)施方法1、啟動(dòng)MATLAB6.5（7.0），進(jìn)入SIMULINK后建新文檔，繪制直流降壓變換器仿真模型圖，如圖1所示，雙擊個(gè)模塊，在出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。圖1電直流降壓變換器仿真模型圖2、仿真步驟1）參數(shù)設(shè)置模塊參數(shù)名參數(shù)值直流電源VsAmplitude/V200電感模塊LInductance/H0.01電阻模塊RResistance/5脈沖模塊PeridodTS/s0.002PulsePulse Width（%）50模型中IGBT和二極管的參數(shù)可以保持蘊(yùn)含值，電源電壓和負(fù)載電阻可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，驅(qū)動(dòng)脈沖寬度和電感值可以根據(jù)對(duì)輸出電壓電流的脈動(dòng)要求選擇。2）設(shè)置仿真時(shí)間為0.05s，算法ode15s。3）起動(dòng)仿真，仿真結(jié)果如圖2所示。其中圖2a為變換器輸出電壓波形，IGBT的開(kāi)關(guān)頻率為500Hz，占空比為0.5。b為負(fù)載波形；c為加濾波器的波形。a）換器輸出電壓仿真波形：b)負(fù)載輸出波形c)濾波后的仿真波形圖2直流降壓變換器仿真結(jié)果（9）記錄仿真結(jié)果，寫(xiě)在實(shí)訓(xùn)報(bào)告中。三、注意事項(xiàng)1、注意遵守實(shí)驗(yàn)室使用規(guī)范2、每個(gè)同學(xué)獨(dú)立完成此項(xiàng)任務(wù)。任務(wù)小結(jié)本任務(wù)對(duì)直流降壓變換器的進(jìn)行了仿真研究。仿真實(shí)訓(xùn)3單相逆變器仿真研究一、任務(wù)準(zhǔn)備1、復(fù)習(xí)電壓型單相全橋逆變電路的工作原理2、復(fù)習(xí)正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）調(diào)頻、調(diào)壓的原理。3、研究單相全橋逆變電路觸發(fā)控制的要求。二、實(shí)施方法1、采用正弦波脈寬調(diào)制，通過(guò)改變調(diào)制頻率，實(shí)現(xiàn)交直交變頻。交直流變換部分（AC/DC）為不可控整流電路，逆變部分（DC/AC）有四只IGBT管組成單相橋式逆變電路徑，電路采用雙極性控制方式。輸出經(jīng)LC低通濾波器，濾除高次諧波，得到頻率可調(diào)的正弦波（基波）交流輸出。啟動(dòng)MATLAB6.5（7.0），進(jìn)入SIMULINK后建新文檔，繪制電壓型單相全橋逆變電路仿真模型圖，如圖1所示，雙擊個(gè)模塊，在出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。圖1電壓型單相全橋逆變電路仿真模型圖（1）交流電壓源參數(shù)設(shè)置。設(shè)置交流峰值電壓為220V, 頻率為50Hz。（2）IGBT的參數(shù)設(shè)置按下列數(shù)據(jù)設(shè)置參數(shù)Rn0.001，Lon=1e-6H，Uf=0.8，Rs=10，Cs=250e-6（25010-6）F（3）電阻R的參數(shù)設(shè)置R1000，L=0H， C=inf。（4）電容C的參數(shù)設(shè)置R0，L=0H， C=100F。（5）感性負(fù)載的參數(shù)設(shè)置R10，L=1H， C=inf。（8）普通橋的參數(shù)設(shè)置，如圖2所示。圖2普通橋的參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框單擊仿真按鈕進(jìn)行仿真。雙擊示波器模塊，得到如圖3所示仿真結(jié)果。圖3電壓型單相全橋逆變電路仿真結(jié)果（9）記錄仿真結(jié)果，寫(xiě)在實(shí)訓(xùn)報(bào)告中。三、注意事項(xiàng)1、注意遵守實(shí)驗(yàn)室使用規(guī)范2、每個(gè)同學(xué)獨(dú)立完成此項(xiàng)任務(wù)。任務(wù)小結(jié)本任務(wù)對(duì)單相逆變器的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，并針對(duì)典型電路進(jìn)行了仿真研究。仿真實(shí)訓(xùn)4單相交流調(diào)壓器仿真研究一、準(zhǔn)備工作1、預(yù)習(xí)Matlab/simulink 仿真軟件；2、預(yù)習(xí)單相交流調(diào)壓電路的原理，有能力的同學(xué)也可以預(yù)習(xí)三相交流調(diào)壓電路。二、實(shí)施方法1、帶電阻性負(fù)載的仿真實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)MATLAB7.0（或6.5）, 進(jìn)入SIMULINK后建新文檔，繪制單相交流調(diào)壓系統(tǒng)模型圖，如圖1所示。雙擊各模塊，在出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。（1）交流電壓源參數(shù)設(shè)置打開(kāi)參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框，按要求進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，主要的參數(shù)有交流峰值電壓、相位和頻率。設(shè)置交流峰值電壓為220V，頻率為50Hz。（2）晶閘管的參數(shù)設(shè)置Rn0.001，Lon0H，Vf0.8，Rs500，Cs250e9（25010-9）F。（3）負(fù)載的參數(shù)設(shè)置R450，L0H，Cinf。圖1單相交流調(diào)壓系統(tǒng)模型圖（4）脈沖發(fā)生器模塊（pulse）的參數(shù)設(shè)置0時(shí)，pulse設(shè)置為0，pulse1設(shè)置為0.01。60時(shí)，pulse設(shè)置為0.00334，pulse1設(shè)置為0.01334。打開(kāi)仿真/參數(shù)窗，選擇ode23tb算法，將相無(wú)償設(shè)置為1e3（110-3），開(kāi)始仿真時(shí)間為0，停止時(shí)間設(shè)置為0.1。設(shè)置好各模塊參數(shù)后，單擊工具欄的按鈕，得到如圖2（a）和2（b）的仿真結(jié)果。 （a）控制角為0 （b）控制角為60圖2 帶電阻性負(fù)載單相交流調(diào)壓系統(tǒng)仿真結(jié)果2、帶電感性負(fù)載的仿真各模塊參數(shù)設(shè)置同上，但負(fù)載模塊的參數(shù)設(shè)置為：R450，L0.1H，Cinf。設(shè)置好各模塊參數(shù)后，單擊工具欄的按鈕，得到如圖3（a）