三相交流調(diào)壓電路設(shè)計實驗報告材料

1、 7/7三相交流調(diào)壓電路設(shè)計實驗報告材料 實訓(xùn)報告 二級學(xué)院：自動化學(xué)院 課程名稱：電力電子技術(shù) 設(shè)計題目：三相交流調(diào)壓電路設(shè)計姓名： 學(xué)號： 設(shè)計班級： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計時間： 目錄 1 電力電子仿真工具介紹 1.1 Matlab介紹 1.2 SIMULINK仿真工具簡介 2電力電子器件測試 2.1 實驗?zāi)康?2.2 實驗原理 2.3 實驗內(nèi)容 2.4 計算機仿真測試過程 2.5 總結(jié)與心得 3 三相交流調(diào)壓電路 3.1實驗?zāi)康?3.2實驗原理 3.3實驗內(nèi)容 3.4計算機仿真過程及輸出結(jié)果 4總結(jié)及實訓(xùn)體會 5附錄 1電力電子仿真工具介紹 1.1 Matlab介紹 MATLAB是美國Mat

2、hWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，MATLAB 是Matrix Laboratory 的縮寫意為矩陣工廠（矩陣實驗室）。于1984 年推出的一套科學(xué)計算軟件，分為總包和若干工具箱.具有強大的矩陣計算和數(shù)據(jù)可視化能力.一方面可以實現(xiàn)數(shù)值分析、優(yōu)化、統(tǒng)計、偏微分方程數(shù)值解、自動控制、信號處理、系統(tǒng)仿真等若干個領(lǐng)域的數(shù)學(xué)計算，另一方面可以實現(xiàn)二維、三維圖形繪制、三維場景創(chuàng)建和渲染、科學(xué)計算可視化、圖像處理、虛擬現(xiàn)實和地圖制作等圖形圖象方面的處理.同時，MATLAB 是一種解釋式語言. 簡單易學(xué)、代碼短小高效、計算功能強大

3、、圖形繪制和處理容易、可擴展性強.是主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、

4、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。 MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點，使MATLAB成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C+，JAVA的支持。 1.2 SIMULINK仿真工具簡介 Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序

5、，而只需要通過簡單直觀 的鼠標操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。 simulinkMATLAB中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)

6、，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試。. 構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計、執(zhí)行、驗證和確認任務(wù)

7、的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。它具有豐富的可擴充的預(yù)定義模塊庫交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖能以設(shè)計功能的層次性來分割模型，實現(xiàn)對復(fù)雜設(shè)計的管理。通過Model Explorer 導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬性，生成模型代碼。并提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成。使用Embedded MATLAB?模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB算法。使用定步長或變步長運行仿真，根據(jù)仿真

8、模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)來決定以解釋性的方式運行或以編譯C代碼的形式來運行模型形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計的性能和異常行為可訪問MATLAB從而對結(jié)果進行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯誤。 2電力電子器件測試 2.1 實驗?zāi)康?（1）掌握各種電力電子器件的工作特性。 （2）掌握各器件對觸發(fā)信號的要求。 2.2 實驗原理 實驗電路如圖所示： 新器件特性實驗原理圖 將電力電子器件和負載電阻Rp串聯(lián)后接至直流電源的兩端，有實驗裝置上的給定為新器件提供觸發(fā)信號

9、，使器件觸發(fā)導(dǎo)通。圖中電阻Rp用滑線變阻器，接成并聯(lián)形式，直流電壓和電流表可從電源控制屏上獲得，直流電源從電源控制屏的勵磁電源獲得。 2.3實驗內(nèi)容 （1）可關(guān)斷晶閘管（GTO）特性實驗 （2）功率場效應(yīng)管（MOSFET）特性實驗 （3）絕緣雙極性晶體管（IGBT）特性實驗 2.4 計算機仿真實驗 啟動MATLAB軟件進入SIMULINK后新建文檔，繪制GTO MOSFET IGBT 電路特性測試系統(tǒng)模型如下圖所示， 雙擊各模塊并設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，設(shè)置好各模塊參數(shù)后，單擊工具欄的?按鈕，得到如下圖 GTO IGBT SCR 由以上仿真圖可得各器件輸出數(shù)據(jù)如下各表： GTO輸出特性數(shù)據(jù)記錄 IGBT

10、輸出特性數(shù)據(jù)記錄 MOSFET輸出特性數(shù)據(jù)記錄 2.5 總結(jié)與心得 由上述仿真過程得到的輸出特性數(shù)據(jù)可得出各器件的輸出特性圖。 GTO的輸出特性 IGBT輸出特性 SCR輸出特性 這門實驗課程的線路連接及線路實驗原理并不復(fù)雜，最困難的是是完成試驗線路連接以后所進行的調(diào)試與操作，難以得出相關(guān)的正確的波形以及爭取的結(jié)果和參數(shù)。這是由于對實驗的過程及原理理解的不深刻，對相關(guān)的知識掌握的不夠透徹，不能熟練應(yīng)用到實際操作以及應(yīng)用當(dāng)中。并且動手能力不夠強，對實驗過程不熟悉，實驗操作生疏，缺乏相關(guān)的實際操作經(jīng)驗以及實際操作技巧，遇到實際操作中的問題難以獨立解決，如何下手。對操作過程中的錯誤以及故障難以發(fā)現(xiàn)排

11、除。通過本次的實驗課程，我還發(fā)現(xiàn)自己以前學(xué)習(xí)中所出現(xiàn)的一些薄弱環(huán)節(jié)，并為今后的學(xué)習(xí)指明了方向，同時也會為將來的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。這次的實驗課程為我們提供了一個很好的鍛煉機會，使我們及早了解一些相關(guān)知識以便以后運用到實際中去。通過這次的實驗課程，我知道只有通過刻苦的學(xué)習(xí)，加強對知識的熟練掌握程度，在現(xiàn)實的中才會得心應(yīng)手，應(yīng)對自如。總體來說，經(jīng)過這次實驗課程，我還從中學(xué)到了很多課本上所沒有提及的知識。我會把這此實驗課程作為我人生的起點，在以后的工作學(xué)習(xí)中不斷要求自己，完善自己，讓自己做的更好。 3三相交流調(diào)壓電路 3.1實驗?zāi)康? （1）了解三相交流調(diào)壓觸發(fā)電路的工作原理。 （2）加深理解三

12、相交流調(diào)壓電路的工作原理。 （3）了解三相交流調(diào)壓電路帶不同負載時的工作特性。 （4）掌握三相交流調(diào)壓電路MATLAB的仿真方法，會設(shè)置各模塊的參數(shù)。 3.2實驗原理： 本實驗的三相交流調(diào)壓器為三相三線制，由于沒有中線，每相電流必須從另一相構(gòu)成回路，因此電流流通路徑中有兩個晶閘管，所以交流調(diào)壓應(yīng)采用寬脈沖或雙窄脈沖進行觸發(fā)。三相的觸發(fā)脈沖應(yīng)依次相差120，同一相的兩個反并聯(lián)的晶閘管觸發(fā)脈沖應(yīng)相差180。通過調(diào)節(jié)導(dǎo)通角的大小從而控制晶閘管的導(dǎo)通角大小，以控制輸出電壓有效值來調(diào)節(jié)輸出電壓。實驗裝置中使用后沿固定，前沿可變的寬脈沖鏈實驗電路如下圖3.2所示： 圖3.2 整流電壓平均值分兩種情況如下：

13、 （1）30時，負載電流連續(xù)，有 當(dāng)=0時，U。最大，U。=1.17U2 （2）30時，負載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時有 負載電流平均值為 晶閘管承受的最大反向電壓為： 由于晶閘管陰極與零線間的電壓即為整流輸出電壓U。，其最小值為零，而晶閘管陽極與零線間的最高電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，因此晶閘管陽極與陰極間的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值。 3.3實驗內(nèi)容 （1）三相交流調(diào)壓器觸發(fā)電路的調(diào)試。 （2）三相交流調(diào)壓器電路帶電阻性負載。 （3）三相交流調(diào)壓電路帶電阻電感性負載 3.4計算機仿真過程及輸出結(jié)果 1.帶電阻性負載的仿真 啟動MATLAB軟件進入SIMULINK后新建

14、文檔，繪制三相交流調(diào)壓系統(tǒng)模型如圖： （1）交流電壓源的參數(shù)設(shè)置 設(shè)置交流峰值電壓為100V 頻率為50Hz。 （2）晶閘管的參數(shù)設(shè)置 Rn=0.001，Lon=OH，Vf=0.8，Rs=500，Cs=250e-9（250*10-9）F。（3）負載的參數(shù)設(shè)置 R=450，L=OH，C=inf。 （4）脈沖發(fā)生器模塊的參數(shù)設(shè)置 頻率設(shè)置為50Hz，脈沖寬度為2% 設(shè)置好各模塊參數(shù)后，單擊工具欄的?按鈕，得到如下圖 控制角0 控制角30 2.帶電阻電感性負載的仿真 啟動MATLAB軟件進入SIMULINK后新建文檔，繪制三相交流調(diào)壓系統(tǒng)模型如圖： 雙擊各模塊，再出現(xiàn)的對話框內(nèi)設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，各模塊參

15、數(shù)設(shè)置同上，但負載模塊的參數(shù)設(shè)置為：R=450，L=0.1H，C=inf設(shè)置好各模塊參數(shù)后， 單擊工具欄的?按鈕，得到如下圖 控制角為0 控制角為30 4總結(jié)及實訓(xùn)體會 隨著大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的發(fā)明和變流電路的進步和發(fā)展，產(chǎn)生了利用這類器件和電路實現(xiàn)電能變換與控制的技術(shù)電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)橫跨電力、電子和控制三個領(lǐng)域，是現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)之一，是弱電子對強電力實現(xiàn)控制的橋梁和紐帶，已被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、交通、能源和人民生活的各個領(lǐng)域，有著極其廣闊的應(yīng)用前景，成為電氣工程中的基礎(chǔ)電子技術(shù)。 這次課程設(shè)計，我學(xué)到很多有關(guān)我們專業(yè)知識方面的知識，豐富了自己的知識點，使自己得到提升。

16、首先對電力電子器件的工作原理有了更深的體會，對晶閘管的導(dǎo)通特性和三相交流調(diào)壓電路中各晶閘管的導(dǎo)通順序有了很好的了解。同時對SIMULINK仿真有了新的認識。SIMULINK提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量編寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰、仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點。SIMULINK提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實現(xiàn)的，通過對這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型，進而進行仿真與分析。 在電路進行仿真的過程中，經(jīng)