分鐘MATLAB仿真PPT課件

1、本課程設(shè)計的內(nèi)容與基本要求 聽課: 掌握Matlab/Simulink中SimPowerSystems 工具箱的基本建模方法 獨立完成：基本電路與磁路的仿真設(shè)計 獨立完成：幾種典型的變流電路的仿真設(shè)計 獨立完成：交、直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計 總結(jié)上述設(shè)計內(nèi)容，完成設(shè)計報告第1頁/共95頁第一章 Matlab/Simulink 中SimPowerSystems工具箱簡介第一節(jié) 基本操作一、進入Matlab及Simulink 兩種方法：1、雙擊桌面上的快捷圖標 第2頁/共95頁一、 進入Matlab及Simulink 兩種方法：2、從“開始”“程序”菜單中 第3頁/共95頁進入Simulink第4頁

2、/共95頁Simulink中已經(jīng)安裝的各種工具箱第5頁/共95頁電力系統(tǒng)各種工具箱基本Simulink模塊本次課程設(shè)計主要涉及的兩個部分第6頁/共95頁Simulink中包括的模塊第7頁/共95頁電力系統(tǒng)各種工具箱中所包含的各種模塊第8頁/共95頁二、根據(jù)所設(shè)計的電路搭建模型建模的基本步驟：1、建立一個新的空白的Simulink文件（.mdl）2、從相應(yīng)的元件庫中選元件3、聯(lián)線4、設(shè)置參數(shù)5、運行模型下面以一個單相半波整流電路為例進行建模與仿真研究第9頁/共95頁（1）建立一個新的空白的Simulink文件（.mdl）1234默認的保存路徑保存的文件名第10頁/共95頁當前路徑當前路徑的文件設(shè)

3、置當前路徑第11頁/共95頁建立一個新的空白的Simulink文件（）第12頁/共95頁（2）從“Electrical Sourcs（電源）”庫中選電源所有電源模塊對所選模塊的解釋第13頁/共95頁選中所需電源，添加到新的Example1.mdl模型中： 方法1：直接拖曳。第14頁/共95頁方法2：右鍵單擊第15頁/共95頁第16頁/共95頁（3）從“Power Electronics（電力電子器件）”庫中選各種電力開關(guān)等器件二極管IGBTMOSFET第17頁/共95頁第18頁/共95頁雙擊選擇第19頁/共95頁第20頁/共95頁（4）從“Elements（元件）”庫中選各種元器件RLC 并聯(lián)

4、支路RLC 并聯(lián)負載RLC 串聯(lián)支路RLC 串聯(lián)負載斷路器第21頁/共95頁右鍵第22頁/共95頁第23頁/共95頁第24頁/共95頁（5）為了觀測電壓和電流波形，需要選擇電壓電流測量模塊電流測量模塊電壓測量模塊第25頁/共95頁第26頁/共95頁輸出：二極管的電壓和電流第27頁/共95頁（6）、在Simulink庫中選擇Scope（示波器）來觀測電壓和電流波形。示波器模塊第28頁/共95頁第29頁/共95頁若想在通過一個示波器觀測多路信號的波形，比如說4路信號，可以如下設(shè)置：信號的數(shù)目第30頁/共95頁數(shù)據(jù)大小的限制不想限制，去掉復選框第31頁/共95頁（7）從“Elements（元件）”庫

5、中選 “地”“地”第32頁/共95頁信號分解模塊（8）測量信號的分離：該模塊在Simulink庫中的“Commonly Used Blocks”中第33頁/共95頁有時候會將幾個波形放在一起以進行對比，會需要“信號合成模塊”第34頁/共95頁（9）連線以完成模型左鍵拖曳右鍵拖曳第35頁/共95頁（10）各元件的參數(shù)設(shè)置：單擊該元件打開元件屬性對話框進行參數(shù)設(shè)置。電壓源參數(shù)設(shè)置對話框電壓源電壓幅值(最大值)電壓源電壓初始相位電壓源電壓頻率第36頁/共95頁二極管參數(shù)設(shè)置對話框可以暫時先取默認值用來測量二極管的電壓和電流(觀察一下去掉“”后模塊的變化)第37頁/共95頁RL支路參數(shù)設(shè)置對話框設(shè)置R

6、值設(shè)置L值第38頁/共95頁（11）仿真運行參數(shù)設(shè)置單擊第39頁/共95頁仿真開始時間仿真結(jié)束時間其他的暫時取默認的參數(shù)第40頁/共95頁（12）運行仿真模型單擊該“運行按鈕”第41頁/共95頁雙擊該模塊，觀察結(jié)果（13）觀察運行結(jié)果第42頁/共95頁（a）阻性負載情況下顯示的曲線不合適時，單擊此按鈕第43頁/共95頁(b)感性負載情況下第44頁/共95頁感性負載阻性負載第45頁/共95頁單擊該模塊默認的名字然后輸入自己取的名字一些提醒：1、每個模塊的名字可根據(jù)需要進行修改第46頁/共95頁雙擊連線，然后輸入名字一些提醒：2、連線的名字的標記第47頁/共95頁連線的標注反映到示波器曲線的標注一

7、些提醒：3、示波器曲線的標注如果示波器曲線中沒有標注，點此圖標，然后按“Apply”鍵第48頁/共95頁一些提醒：4、可以通過幫助文件了解模塊的使用方法a.右鍵單擊該模塊b. 單擊help第49頁/共95頁 c.于是可以得到該模塊的內(nèi)容介紹，如下圖所示第50頁/共95頁d.在該幫助文件的最后，會有該模型的例子模型，可以通過打開該模型進一步了解該模塊的使用方法單擊此處即可打開相應(yīng)的例子模型第51頁/共95頁示波器一些提醒：5、測量電壓(流)必須經(jīng)由電壓(流)測量模塊進入示波器Scope。電流測量模塊電壓測量模塊第52頁/共95頁設(shè)計任務(wù)1：單相橋式整流加LC濾波電路，電源為220V,50Hz,

8、整流電路輸入為24V，負載為10阻性負載，濾波電感L=100mH，濾波電容C=200uF。Discrete,Ts = 5e-005 s.powerguiVd_outv+-VdVI_diode4VI_diode3makDiode4makDiode3Diode2Diode1220V 50Hz 12200VA 220V/24V10ohms200 uF 100mH第53頁/共95頁所用線性變壓器的參數(shù)（僅作參考），可以自行調(diào)整注意此選項第54頁/共95頁設(shè)計任務(wù)2：基本電路與磁路的仿真設(shè)計：一階直流激勵RC充、放電電路的研究(學號尾數(shù)為單數(shù))一階直流激勵RL充、放電電路的研究(學號尾數(shù)為雙數(shù))二階RL

9、C直流激勵下動態(tài)響應(yīng)的研究：a.欠阻尼情況, R?。▽W號尾數(shù)為單數(shù)）b.過阻尼情況（學號尾數(shù)為雙數(shù)）二階RLC交流激勵下動態(tài)響應(yīng)的研究（全體學生）設(shè)計要求：1、自行設(shè)計電路、設(shè)計電路參數(shù)2、自行選擇所需顯示的曲線、結(jié)果3、根據(jù)結(jié)果寫出分析結(jié)果與結(jié)論CLR2第55頁/共95頁二階RLC直流激勵下動態(tài)響應(yīng)的研究位于Power Electronics位于Elements位于Measurements第56頁/共95頁二階RLC直流激勵下動態(tài)響應(yīng)的研究位于Measurements第57頁/共95頁設(shè)計任務(wù)2：基本電路與磁路的仿真設(shè)計變壓器（無飽和，采用線性變壓器模型）的穩(wěn)態(tài)分析設(shè)計要求：變壓器（無飽和，

10、采用線性變壓器模型）的穩(wěn)態(tài)分析：一臺10kVA，60Hz，380V/220V單相變壓器，原、副邊的漏阻抗分別為：Zp=0.14+j0.22, Zs=0.035+j0.055,勵磁阻抗Zm=30+j310，負載阻抗ZL=4+j5。要求: 利用Simulink建立仿真模型，計算在高壓側(cè)施加額定電壓時， (a)分別計算原、副邊的電流的有效值。 (b) 副邊的負載上電壓的有效值第58頁/共95頁幾點說明：設(shè)計任務(wù)2：基本電路與磁路的仿真設(shè)計1、Simulink線性變壓器模型中的電阻和電感的參數(shù)是。quantityofvaluebasevalueAutualunitperQuantity標幺值實際值(任

11、意單位)基值(與實際值同單位)per-unit system 第59頁/共95頁basebaseNbaseIVSSbasebasebaseIVZ/basebasebaseSVZ/)(2Or Single-phase systemRated power額定功率(apparent power) The values of Vbase and Ibase change at a transformer according to its turns ratio. 變壓器兩側(cè)的電壓（流）基值不同（由于變比）。 PNbasePVVSNbaseSVVSPSNPNbaseSbasePNNVVVV第60頁/共9

12、5頁baseSSpuSZRR_baseSSpuSZXX_baseSSpuSLLL_baseSbaseSLZbaseSSpuSZfLL2_2、線性變壓器等效電路中，勵磁支路國內(nèi)中文版采用的串聯(lián)式（本設(shè)計中給出的就是），國外英文版采用的是并聯(lián)式，因此需要進行轉(zhuǎn)換：即根據(jù)給出的Rm和Xm的值，求出相應(yīng)的RC和XM （及LM）的值，然后根據(jù)上述公式計算出相應(yīng)的標幺值。第61頁/共95頁mRPVmXmIPRPjXLPEPIPESRSjXSSII1SVLZSIPVmIPRPjXLPEPIPESRSjXSSII1SVLZSICRMjXehIMI英文版中常采用的等效電路國內(nèi)教材常采用的等效電路勵磁電阻(反映鐵

13、耗)鐵耗電阻磁化電抗勵磁電抗(反映磁化過程)第62頁/共95頁mRPVmXmIPRPjXLPEPIPESRSjXSSII1SVLZSIPVmIPRPjXLPEPIPESRSjXSSII1SVLZSICRMjXehIMImmmCRXRR22mmmMXXRX22第63頁/共95頁3、有效值的測量方法：根據(jù)電流(壓)測量模塊得到的是電流(壓)的瞬時值，將其再通過一個rms計算模塊即可直接計算出有效值(rms值)。就是這個模塊第64頁/共95頁4、前面是通過示波器Scope得到波形結(jié)果，數(shù)字的顯示要用數(shù)值顯示器Display模塊。就是這個模塊第65頁/共95頁5、仿真運行參數(shù)設(shè)定第66頁/共95頁6、

14、最終結(jié)果原邊電流有效值副邊電流有效值負載電壓有效值第67頁/共95頁設(shè)計任務(wù)3：1、整流電路2、逆變電路3、boost升壓電路4、buck降壓電路第68頁/共95頁設(shè)計任務(wù)3： 三相橋式整流電路（晶閘管）分析設(shè)計要求：已知：3個交流電源，U = 220 + (學號%10)20V，50Hz。串聯(lián)負載分別為：R = 1，L= 1mH。要求: 利用Simulink建立仿真模型，觀察： (a) 各個晶閘管的電壓。 (b) 負載上的電流、電壓。模型和曲線要有標注。提示：(1) Synchronized 6-Pulse Generator 位于Extra Library 的 Control Blocks。

15、其Block端輸入為0(選constant模塊)，頻率為50Hz。 (2) 整流橋選Universal Bridge，位于power electronics 模塊中。第69頁/共95頁設(shè)計任務(wù)3： 三（或單）相PWM逆變電路分析（IGBT）設(shè)計要求：已知：直流電壓源電壓U = 100 + (學號%10)20V，輸出頻率50Hz。負載分別為：ZL= 2+j1。要求: 利用Simulink建立仿真模型，觀察： 負載上的電流、電壓。模型和曲線要有標注。提示：(1) 兩個直流電壓源串聯(lián)，中間接地。 (2) 整流橋的橋臂數(shù)選3，ABC為輸出。 (3) PWM發(fā)生器位于Extra Library 的 Di

16、screte Control Blocks，載波頻率取輸出頻率的20倍。 第70頁/共95頁設(shè)計任務(wù)3： 單相PWM逆變電路分析（IGBT）第71頁/共95頁設(shè)計任務(wù)3： 單相PWM逆變電路分析（IGBT）第72頁/共95頁設(shè)計任務(wù)3： buck降壓電路分析設(shè)計要求：已知：直流電壓源電壓U = 100 + (學號%10)20V。負載為：RL= 50，濾波電容C=0.3mF。要求: 利用Simulink建立仿真模型，觀察： (a) IGBT的電流、電壓。 (b) 負載上的電流、電壓。模型和曲線要有標注。提示：脈沖發(fā)生器位于Simulink 的 Sources，周期取0.0001s，脈沖寬度取60

17、%。第73頁/共95頁設(shè)計任務(wù)3： boost升壓電路分析設(shè)計要求：已知：直流電壓源電壓U = 100 + (學號%10)20V。負載為：RL= 100，濾波電容C=0.3mF。要求: 利用Simulink建立仿真模型，觀察： (a) IGBT的電流、電壓。 (b) 負載上的電流、電壓。模型和曲線要有標注。提示：脈沖發(fā)生器位于Simulink 的 Sources，周期取0.0001s，脈沖寬度取60%。第74頁/共95頁Boost converter circuitvLVSiLRLCvvOiOBuck converter circuit第75頁/共95頁設(shè)計任務(wù)4：1、鼠籠型異步電機直接起動的

18、研究2、繞線式異步電機轉(zhuǎn)子串電阻起動的研究第76頁/共95頁設(shè)計任務(wù)4： 鼠籠型異步電機直接起動的研究設(shè)計要求：已知：三相交流電壓源(線電壓取值：學號單號為220V，雙號為380V)，頻率(單號：60Hz，雙號為50Hz)。電動機機械轉(zhuǎn)矩T = 10 + (學號%100)/100Nm。要求: 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)數(shù)(rpm)、電磁轉(zhuǎn)矩。模型和曲線要有標注。提示：(1) 電機要選擇Asynchronous Machine SI Units。 (2) 電源和電機的電壓、頻率需要設(shè)置。第77頁/共95頁Three-Phase V-I M

19、easurement 位于的 MeasurementsConstant 位于Simulink 的 Sources第78頁/共95頁Machines Measurement Demux位于Machines參數(shù)如何設(shè)置？提示：注意觀察輸出！第79頁/共95頁Selector位于Simlink Signal Routing第80頁/共95頁設(shè)計任務(wù)4： 繞線式異步電機轉(zhuǎn)子串電阻起動的研究設(shè)計要求：已知：三相交流電壓源(線電壓取值：學號單號為220V，雙號為380V)，頻率(單號：60Hz，雙號為50Hz)。電動機機械轉(zhuǎn)矩T = 10 + (學號%100)/100Nm。串聯(lián)電阻R = 3要求: 利用S

20、imulink建立仿真模型，對比未串聯(lián)和串聯(lián)電阻起動效果，觀察： A相轉(zhuǎn)子電流Ira、A相定子電流Isa、轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)、電磁轉(zhuǎn)矩。模型和曲線要有標注。第81頁/共95頁此為子系統(tǒng)，可以不采用子系統(tǒng)設(shè)計，而按此接線，直接接電動機上。電機轉(zhuǎn)子串電阻接線的提示(修改下圖的電動機類型)第82頁/共95頁Discrete,Ts = 5e-005 s.powerguiVd_outv+-VdVI_diode4VI_diode3makDiode4makDiode3Diode2Diode1220V 50Hz 12200VA 220V/24V10ohms200 uF 100mH設(shè)計任務(wù)歸納設(shè)計任務(wù)1：單相橋式整

21、流加LC濾波電路，電源為220V,50Hz, 整流電路輸入為24V，負載為10阻性負載，濾波電感L=100mH，濾波電容C=200uF。第83頁/共95頁設(shè)計任務(wù)2：基本電路與磁路的仿真設(shè)計：一階直流激勵RC充、放電電路的研究(學號尾數(shù)為單數(shù))一階直流激勵RL充、放電電路的研究(學號尾數(shù)為雙數(shù))二階RLC直流激勵下動態(tài)響應(yīng)的研究：a.欠阻尼情況（學號尾數(shù)為單數(shù)）b.過阻尼情況（學號尾數(shù)為雙數(shù)）二階RLC交流激勵下動態(tài)響應(yīng)的研究（全體學生）設(shè)計要求：1、自行設(shè)計電路、設(shè)計電路參數(shù)2、自行選擇所需顯示的曲線、結(jié)果3、根據(jù)結(jié)果寫出分析結(jié)果與結(jié)論CLR2第84頁/共95頁設(shè)計任務(wù)2：基本電路與磁路的仿

22、真設(shè)計變壓器（無飽和，采用線性變壓器模型）的穩(wěn)態(tài)分析設(shè)計要求：1、變壓器（無飽和，采用線性變壓器模型）的穩(wěn)態(tài)分析：一臺10kVA，60Hz，380V/220V單相變壓器，原、副邊的漏阻抗分別為：Zp=0.14+j0.22, Zs=0.035+j0.055,勵磁阻抗Zm=30+j310，負載阻抗ZL=4+j5。要求: 利用Simulink建立仿真模型，計算在高壓側(cè)施加額定電壓時， (a)分別計算原、副邊的電流的有效值。 (b) 副邊的負載上電壓的有效值第85頁/共95頁設(shè)計任務(wù)3：1、整流電路2、逆變電路3、boost升壓電路4、buck降壓電路第86頁/共95頁設(shè)計任務(wù)3： 三相橋式整流電路（

23、晶閘管）分析設(shè)計要求：已知：3個交流電源，U = 220 + (學號%10)20V，50Hz。串聯(lián)負載分別為：R = 1，L= 1mH。要求: 利用Simulink建立仿真模型，觀察： (a) 各個晶閘管的電壓。 (b) 負載上的電流、電壓。模型和曲線要有標注。提示：(1) Synchronized 6-Pulse Generator 位于Extra Library 的 Control Blocks。其Block端輸入為0 (選constant模塊)，頻率為50Hz。 (2) 整流橋選Universal Bridge第87頁/共95頁設(shè)計任務(wù)3： 三（單）相PWM逆變電路分析（IGBT）設(shè)計要

24、求：已知：直流電壓源電壓U = 100 + (學號%10)20V，輸出頻率50Hz。負載分別為：ZL= 2+j1。要求: 利用Simulink建立仿真模型，觀察： 負載上的電流、電壓。模型和曲線要有標注。提示：(1) 兩個直流電壓源串聯(lián)，中間接地。 (2) 整流橋的橋臂數(shù)選3，ABC為輸出。 (3) PWM發(fā)生器位于Extra Library 的 Discrete Control Blocks，載波頻率取輸出頻率的20倍。 (4) 需要Powergui模塊。第88頁/共95頁設(shè)計任務(wù)3： buck降壓電路分析設(shè)計要求：已知：直流電壓源電壓U = 100 + (學號%10)20V。負載為：RL= 50，濾波電容C=0.3mF。要求: 利用Simulink建立仿真模型，觀察： (a) IGBT的電流、電壓。 (b) 負載上的電流、電壓。模型和曲線要有標注。