Matlab電氣仿真實(shí)驗(yàn)作業(yè)

1、Matlab電氣仿真實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師： 學(xué)生姓名：爸爸 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化 1班 學(xué) 號(hào)：222012！本課程設(shè)計(jì)的目的：1、掌握Matlab/Simulink中SimPowerSystems 工具箱的基本建模方法；2、掌握Matlab/Simulink 電氣仿真的基本步驟；3、利用Matlab/Simulink 在基本電路與磁路、電力電子技術(shù)、電氣傳動(dòng)等方面的仿真設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)一設(shè)計(jì)任務(wù)：?jiǎn)蜗鄻蚴秸骷覮C濾波電路，電源為220V，50Hz， 整流電路輸入為24V，負(fù)載為10阻性負(fù)載，濾波電感L=100mH，濾波電容C=200uF。實(shí)驗(yàn)步驟： 在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器

2、件，如圖連接運(yùn)行。注意事項(xiàng)：將全部示波器scope中的“l(fā)imit data point to the last”選項(xiàng)應(yīng)該去掉。參數(shù)設(shè)置：交流電壓源幅值：220*sqrt（2），頻率：50HZ。變壓器參數(shù)，容量S=200VA，變比k=220V/24V。電感：100mH； 電容：200uF； 電阻：10歐。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：二極管Diode3電流電壓曲線結(jié)果分析：第一個(gè)圖顯示的為二極管電流I ，第二個(gè)圖顯示為二極管電壓U。當(dāng)diode3導(dǎo)通時(shí)其電壓接近為0V（管壓降為0.7V），其電流有值；當(dāng)diode3關(guān)斷時(shí)，其電流值為0A，此時(shí)功率二極管承受反向電壓，承受的最大反向電壓幅值為24*sqrt（2）=3

3、3.94V。而電流圖像上出現(xiàn)波動(dòng)是因?yàn)殡姼蠰的值不是無(wú)窮大，會(huì)受頻率電壓幅值的影響，所以如圖所示。二極管Diode4電壓電流曲線結(jié)論分析：第一個(gè)圖顯示的為二極管電流I ，第二個(gè)圖顯示為二極管電壓U。當(dāng)diode3導(dǎo)通時(shí)其電壓接近為0V（管壓降為0.7V），其電流有值；當(dāng)diode3關(guān)斷時(shí)，其電流值為0A，此時(shí)功率二極管承受反向電壓，承受的最大反向電壓幅值為24*sqrt（2）=33.94V。而電流圖像上出現(xiàn)波動(dòng)是因?yàn)殡姼蠰的值不是無(wú)窮大，會(huì)受頻率電壓幅值的影響，所以如圖所示。理論計(jì)算： 輸出電壓有效值：V負(fù)載電阻R電壓曲線結(jié)果分析：實(shí)線為電壓曲線，電壓曲線前半段出現(xiàn)上升的情況是因?yàn)榻o電容C充電

4、并且伴隨著放電狀態(tài)，而當(dāng)穩(wěn)定時(shí)形成RC震蕩電路出現(xiàn)正弦波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：上述兩圖中diode3與diode4兩個(gè)功率二極管的電壓電流在相位上差120°，而四個(gè)二極管各導(dǎo)通180°。在正向周期二極管diode1和diode4同時(shí)導(dǎo)通，而diode2和diode3承受反向壓降。當(dāng)為反向周期時(shí)diode2和diode3同時(shí)導(dǎo)通而diode1和diode4關(guān)斷承受反向電壓。實(shí)驗(yàn)總結(jié)：與實(shí)際相比二極管的電流會(huì)有一定的毛刺，是由于電感不能無(wú)窮大而在其導(dǎo)通的時(shí)有0.7V的管壓降。整流電路負(fù)載端電壓接近直流。實(shí)驗(yàn)二電路部分：設(shè)計(jì)任務(wù)1： 一階直流激勵(lì)RL充、放電電路的研究。實(shí)驗(yàn)步驟： 在ma

5、tlab/simulink中選取相應(yīng)的器件，如圖連接運(yùn)行。注意事項(xiàng)：Timer和Ideal switch的使用方法是由相對(duì)應(yīng)的Timer控制Ideal switch的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間，同時(shí)控制Ideal switch的有效幅值。Timer參數(shù)設(shè)置time0 0.01 0.02 amplitude0 1 0。R=3000ohms 、L=1 H (inductor initial current=0)、DC=10V。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：負(fù)載L的電流電壓曲線結(jié)論分析：如圖所示一階直流激勵(lì)RL充、放電電路負(fù)載L的電流電壓曲線，電感L電壓在通電時(shí)刻發(fā)生躍變，而電感L電流不能躍變，電源對(duì)電感充電，能量的儲(chǔ)存與釋放需要

6、一個(gè)過(guò)程。所以在0.01s時(shí)刻，電壓曲線發(fā)生躍變，電壓達(dá)到10V，而電流曲線緩慢上升；在0.02s時(shí)刻電源斷開(kāi)，電感放電需要一定的時(shí)間，而二極管導(dǎo)通存在壓降0.7V，所以在0.02s時(shí)刻負(fù)載承受反壓。實(shí)驗(yàn)總結(jié)：如一階直流激勵(lì)RL充、放電電路所示，電路導(dǎo)通時(shí)電感電流不越變，只有電源對(duì)電感充電，當(dāng)充電充滿時(shí)負(fù)載電流為0.003333A，0.02s時(shí)電源斷開(kāi)電感放電，直至電流降到0A。設(shè)計(jì)任務(wù)2：二階RLC直流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究（過(guò)阻尼情況）。實(shí)驗(yàn)步驟： 在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件，如圖連接運(yùn)行。直流激勵(lì)：過(guò)阻尼情況參數(shù)設(shè)置：L=10mH、C=100uF，過(guò)阻尼情況下， 取R

7、=50。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：電容C上的電壓及電流曲線理論分析：二階RLC直流激勵(lì)下的響應(yīng)，在過(guò)阻尼狀態(tài)電壓不會(huì)出現(xiàn)超調(diào)，但響應(yīng)速度稍慢，時(shí)間長(zhǎng)。設(shè)計(jì)任務(wù)3：二階RLC交流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究實(shí)驗(yàn)步驟： 在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件，如圖連接運(yùn)行。交流激勵(lì)：參數(shù)設(shè)置：Timer參數(shù)設(shè)置time 0 0.01 0.015 ，amplitude1 0 1。R=10ohms ，L=1mH (inductor initial current=0)， AC=220V/50HZ。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：電容、電感上的電壓及電流曲線電阻上的電壓及電流曲線結(jié)果分析：在交流激勵(lì)下，如圖所示電路，開(kāi)關(guān)閉合后，由于電源

8、頻率為50Hz，屬于低頻，感抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于容抗，故電容電流很小。開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，電容和電感并聯(lián)諧振，諧振頻率：；開(kāi)關(guān)閉合，電阻上的電壓、電流波形與交流電源的相同；開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電阻上的電壓電流值為0。 任務(wù)2、3結(jié)論：在直流激勵(lì)下，二階RLC串聯(lián)電路中，電阻R=50.電路為過(guò)阻尼狀態(tài)，沒(méi)有超調(diào)量。在交流激勵(lì)下，由于電源頻率低，開(kāi)關(guān)閉合之前，電感幾乎將電容短路，故電容電壓近似為零。開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，電感、電容并聯(lián)諧振如圖中的0.010.015時(shí)間段并聯(lián)諧振。磁路部分：變壓器（無(wú)飽和，采用線性變壓器模型）的穩(wěn)態(tài)分析設(shè)計(jì)任務(wù)1：一臺(tái)10kVA，60Hz，380V/220V單相變壓器，原、副邊的漏阻抗分別為：Zp=0.

9、14+j0.22, Zs=0.035+j0.055,勵(lì)磁阻抗Zm=30+j310，負(fù)載阻抗ZL=4+j5。實(shí)驗(yàn)要求: 利用Simulink建立仿真模型，計(jì)算在高壓側(cè)施加額定電壓時(shí) (a)分別計(jì)算原、副邊的電流的有效值。 (b)副邊的負(fù)載上電壓的有效值。理論值計(jì)算：通過(guò)等效電路，可以計(jì)算求得原邊電流有效值：，副邊電流有效值：，負(fù)載電壓有效值。實(shí)驗(yàn)步驟：在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件，如圖連接運(yùn)行。參數(shù)設(shè)置:由設(shè)計(jì)要求可知容量： 頻率：原邊電壓有效值：副邊電壓有效值：原邊漏阻抗對(duì)應(yīng)的電阻、電感： ；副邊漏阻抗對(duì)應(yīng)的電阻、電感： ；因?yàn)橛⑽陌娴膭?lì)磁繞組為并聯(lián)，中文版的為串聯(lián)，所以關(guān)

10、系轉(zhuǎn)換如下：勵(lì)磁電阻：其標(biāo)幺值： /=224.5勵(lì)磁電感： 其標(biāo)幺值：=/=21.7 負(fù)載電阻： R=5 變壓器參數(shù)設(shè)置為：仿真結(jié)果: 原邊電流： 副邊電流： 負(fù)載電壓：效率：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：用ode23s算法，變壓器二次電壓為214.7V。帶負(fù)載情況下，受內(nèi)阻壓降的影響，二次側(cè)端電壓有所降低。符合實(shí)際情況。由于仿真計(jì)算對(duì)損耗的考慮不全面，與理論值存在微小的差別。本設(shè)計(jì)過(guò)程中，還可取額定容量和額定電壓為基值，推算其他參數(shù)的標(biāo)幺值，各參數(shù)用標(biāo)幺值表示。實(shí)驗(yàn)三三相橋式整流電路（晶閘管）分析設(shè)計(jì)任務(wù)1：3個(gè)交流電源（單獨(dú)的），U = 240V，50Hz。串聯(lián)負(fù)載分別為R = 1，L= 1mH。實(shí)驗(yàn)要求：利

11、用Simulink建立仿真模型，觀察： (a) 各個(gè)晶閘管的電壓。 (b) 負(fù)載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注實(shí)驗(yàn)步驟：在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件，如圖連接運(yùn)行。 參數(shù)設(shè)置： 電源電壓有效值U=240V ，且三個(gè)電源互差120°，本設(shè)計(jì)中令A(yù)項(xiàng)電源的初始相位為0°，B項(xiàng)電源的初始相位為 -120°，C項(xiàng)電源的初始相位為120°。f=50Hz，負(fù)載R=1、L=1mH。而晶閘管的觸發(fā)角由“constant”決定。理論值計(jì)算： 負(fù)載電壓：當(dāng)=0°時(shí) ：V 當(dāng)=30°時(shí)： 實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 當(dāng) a=0°時(shí)：負(fù)載電

12、壓電流曲線 晶閘管電壓曲線 當(dāng)=30°時(shí)：負(fù)載電壓波形和電流曲線 晶閘管電壓曲線實(shí)驗(yàn)結(jié)論：本次三相橋式整流電路（晶閘管）的仿真，與實(shí)際運(yùn)行中晶閘管的電壓，負(fù)載的電壓電流波形大體相同，達(dá)到了預(yù)期的效果。三（或單）相PWM逆變電路分析設(shè)計(jì)任務(wù)2：直流電壓源電壓U = 110V，輸出頻率50Hz。負(fù)載分別為：Zl= 2+j1。實(shí)驗(yàn)要求：利用Simulink建立仿真模型，觀察： 負(fù)載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注。實(shí)驗(yàn)步驟：在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件，如圖連接運(yùn)行。參數(shù)設(shè)置：直流電源電壓U=110V，輸出頻率f=50Hz ，負(fù)載ZL= 2+j1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 負(fù)載電壓

13、曲線 負(fù)載電流曲線結(jié)果分析：逆變時(shí)一定要加負(fù)載電阻R，因?yàn)殡娙蓦妷翰荒芡蛔?。兩個(gè)直流電壓源串聯(lián)，中間取參考點(diǎn)，即可得到正負(fù)電源。且電容越大，輸出電壓越平滑。Buck降壓電路分析設(shè)計(jì)任務(wù)3：直流電壓源電壓U = 110V。負(fù)載為：Rl= 50，濾波電容C=0.3mF。實(shí)驗(yàn)要求：利用Simulink建立仿真模型，觀察： (a) IGBT的電流、電壓。 (b) 負(fù)載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注。實(shí)驗(yàn)步驟：在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件如圖連接參數(shù)設(shè)置：直流電壓VDC =110V，電感L=1H，濾波電容C=0.3mF，負(fù)載電阻Rl=50，開(kāi)關(guān)頻率f=10KHz ，占空比=0.6

14、。理論值計(jì)算： 輸出電壓： 負(fù)載電流： 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：IGBT電壓電流曲線負(fù)載電壓電流曲線結(jié)果分析：輸出負(fù)載電壓值約為65V，前期的波動(dòng)是因?yàn)殡姼泻碗娙莩浞烹姴煌耆鸬模?fù)載電流約為1.30A，前期的波動(dòng)與電壓波動(dòng)情況相同，電壓電流都基本符合理論值。另外通過(guò)增大或減小占空比可以改變輸出電壓Ud。Boost升壓電路分析設(shè)計(jì)任務(wù)4：直流電壓源電壓U = 110V。負(fù)載為：Rl= 100，濾波電容C=0.3mF 。實(shí)驗(yàn)要求：利用Simulink建立仿真模型，觀察： (a) IGBT的電流、電壓。 (b) 負(fù)載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注。實(shí)驗(yàn)步驟：在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件

15、，如圖連接運(yùn)行。參數(shù)設(shè)置： 直流電壓VDC=110V，電感L=1H，濾波電容C=0.3mF，負(fù)載電阻Rl=100，開(kāi)關(guān)頻率f=10KHz ，占空比=0.6。理論值計(jì)算： 輸出電壓： 負(fù)載電流： 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：IGBT電流電壓曲線負(fù)載電壓電流曲線 結(jié)果分析：波形波動(dòng)是因?yàn)殡娙莩浞烹姡ㄐ畏€(wěn)定后輸出電壓值為273V，電流為2.70A，理論電壓值為275V，電流值為2.75A.仿真結(jié)果與理論值基本吻合。另外通過(guò)增大或減小占空比可以改變輸出電壓Ud。實(shí)驗(yàn)四鼠籠式異步電機(jī)直接起動(dòng)的研究設(shè)計(jì)任務(wù)1：三相交流電壓源，線電壓為380V，頻率為50Hz。電動(dòng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩T = 10.32N·m。實(shí)驗(yàn)要求：

16、利用Simulink建立仿真模型，觀察： A相轉(zhuǎn)子電流Ira、A相定子電流Isa、轉(zhuǎn)速(rpm)、電磁轉(zhuǎn)矩Te。實(shí)驗(yàn)步驟：在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件，如圖連接運(yùn)行。參數(shù)設(shè)置：三相交流電壓源參數(shù)：電機(jī)參數(shù)：電動(dòng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩T =10.32 N·m理論值計(jì)算： 同步轉(zhuǎn)速：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)放大可知：=1465 r/min轉(zhuǎn)差率: 轉(zhuǎn)子電流變化頻率=0.023350HZ=1.167HZ 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：工程中一般10Kw下的電機(jī)允許直接起動(dòng)，且起動(dòng)時(shí)間一般在0.1s秒之內(nèi)。本次設(shè)計(jì)三相四級(jí)鼠籠式異步電機(jī)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流都很大。0s時(shí)電機(jī)起動(dòng)，0.2s開(kāi)始穩(wěn)定運(yùn)行，由于電機(jī)處于空

17、載狀態(tài)，故穩(wěn)態(tài)電流、轉(zhuǎn)矩都比較小。穩(wěn)態(tài)電流大部分來(lái)建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩則用來(lái)克服摩擦阻力。繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)的研究設(shè)計(jì)任務(wù)2：三相交流電壓源，線電壓為380V，頻率為50Hz。電動(dòng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩T =10.32N·m。串聯(lián)電阻R = 3。實(shí)驗(yàn)要求：利用Simulink建立仿真模型，對(duì)比未串聯(lián)和串聯(lián)電阻起動(dòng)效果，觀察： A相轉(zhuǎn)子電流Ira、A相定子電流Isa、轉(zhuǎn)速(rpm)、電磁轉(zhuǎn)矩Te。實(shí)驗(yàn)步驟：在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件，如圖連接運(yùn)行。 注意事項(xiàng)：未串入電阻：“Three-Phase Breaker”的通斷時(shí)間為0（起始狀態(tài)為“open”），“Thre

18、e-Phase Breaker 1” 的通斷時(shí)間為0 （起始狀態(tài)為“open”）。在t=0時(shí)起動(dòng)電機(jī)，同時(shí)將轉(zhuǎn)子繞組短路。串入電阻：“Three-Phase Breaker 1” 的通斷時(shí)間為0 （起始狀態(tài)為“close”）。在t=0時(shí)起動(dòng)電機(jī)，同時(shí)串入電阻。實(shí)現(xiàn)串電阻起動(dòng)。參數(shù)設(shè)置：參數(shù)設(shè)計(jì)同“鼠籠式異步電機(jī)直接起動(dòng)的研究”。理論計(jì)算： 同步轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)差率S=1時(shí)：故：轉(zhuǎn)子回路所串的電阻?。海▽?shí)際仿真中取了R=3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：未串入電阻起動(dòng)曲線串入電阻起動(dòng)曲線結(jié)果分析：由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)串入電阻起動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Te增大,定子啟動(dòng)電流I減小。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，轉(zhuǎn)差率S增大，轉(zhuǎn)子電流頻率f2增大，轉(zhuǎn)速speed減少。串入電阻起動(dòng)的目的就是為了減