电力电子技术实验报告

专业综合实践题目

一、综合实践目的

1.熟悉使用MATLAB仿真软件的电力电子模块，掌握在该软件下原理图的绘制、调试、参数设置及仿真方法。

2.通过实践巩固掌握各种实验电路的接线方法、工作原理及不同负载条件下的仿真波形。

3.调试实验装置的参数，分析不同负载条件下的仿真波形，体会课本中理想条件下的波形与实践中实际参数下所得波形的异同，分析原因，以便对理论知识掌握的更加深刻透彻。

二、综合实践理论基础和核心内容

1.电力电子技术的理论知识及观测各种电量波形的方法是本次综合实践的理论基础。主要包括单相半波相控整流电路、单相桥式全控整流及有源逆变电路、三相桥式相控整流及有源逆变电路、直流斩波电路、单相交流调压电路等几种典型电路的接线原理，工作原理及不同负载条件下的波形分析。同时必须掌握在MATLAB软件中仿真电路、观测波形的方法，以便顺利完成实践的任务要求。

2．本次综合实践的核心内容是在使用MATLAB软件准确绘制各种原理图的基础上，调试、仿真电路，记录各种电量参数值，观测及分析不同负载条件下的仿真波形，对比电路中源参数变化而导致的波形变化，分析原因，在运用理论的同时巩固和升华理论。

三、综合实践具体内容和记录

1. 单相半波相控整流电路实验

1).分别绘制如图1、2所示的电路图，其中AC电压源：幅值100V，频率50Hz；触发脉冲ug：幅值5V，周期0.02s（50Hz），脉宽：5%；晶闸管：Ron=0.001Ω，Lon=0H， Vf=0.8V，Rs=500Ω，Cs=250e-6(250×10-6)F；图1中为纯阻性负载R=10Ω，图2中为阻感性负载R=10Ω，L=0.1H。

图1 单相半波相控整流电路

图2 带续流二极管的单相半波相控整流电路

2).仿真电路，处理波形及数据

(1)仿真图1，记录α=30°(脉冲延迟0.00167)、90°(脉冲延迟0.005)、150°(脉冲延迟0.00833)时，晶闸管电压、电流波形和负载电压、电流波形，并测定直流输出电压Ud，记录于下表：

图1-1 α=30°阻性负载时的仿真波形

图1-2 α=90°阻性负载时的仿真波形

图1-3 α=150°阻性负载时的仿真波形

(2)仿真图2，记录α=30°、60°时，晶闸管电压、电流波形和负载电压、电流波形。接入续流二极管后，重复上述实验，记录α=30°(脉冲延迟0.00167)、60°(脉冲延迟0.00333)、120°(脉冲延迟0.00667)时晶闸管电压、电流波形和负载电压、电流波形，观察续流二极管的作用。

图1-4 α=30°阻感性负载时的仿真波形

图1-5 α=60°阻感性负载时的仿真波形

图1-6 带续流二极管α=30°时的仿真波形

图1-7 带续流二极管α=60°时的仿真波形

图1-8 带续流二极管α=120°时的仿真波形

2. 单相桥式全控整流及有源逆变电路实验

1).分别绘制如图3、4所示的电路图，注意图4中直流电源的极性及大

小。其中AC电压源：幅值120V，频率50Hz；触发脉冲ug：幅值5V，周期0.02s（50Hz），脉宽：5%；晶闸管：Ron=0.001Ω，Lon=0H，Vf=0.8V，Rs=500Ω，Cs=250e-6(250×10-6)F；负载：阻感性负载R=10Ω，L=0.01H，C=inf。

图3 单相桥式全控整流电路

图4 单相全控桥式有源逆变电路

2).仿真电路，处理波形及数据

(1) 对图3仿真时注意两组晶闸管的触发脉冲相差180°，触发角α<90°。

记录α=30°(VT1、VT3脉冲延迟0.00167，VT2、VT4脉冲延迟0.01167)、

60°(VT1、VT3脉冲延迟0.00333，VT2、VT4脉冲延迟0.01333)、90°(VT1、VT3脉冲延迟0.005，VT2、VT4脉冲延迟0.015)时，晶闸管电压、电流波形和负载电压、电流波形，并测定直流输出电压Ud，记录于下表：

图2-1 整流电路α=30°时的仿真波形

图2-2 整流电路α=60°时的仿真波形

图2-3 整流电路α=90°时的仿真波形

(2) 对图4仿真时注意两组晶闸管的触发脉冲相差180°，触发角α﹥

90°。记录α=90°(VT1、VT3脉冲延迟0.005，VT2、VT4脉冲延迟0.015)、120°(VT1、VT3脉冲延迟0.00667，VT2、VT4脉冲延迟0.01667)、150°(VT1、VT3脉冲延迟0.00833，VT2、VT4脉冲延迟0.01833)时，晶闸管电压、电流波形和负载电压、电流波形，并测定直流输出电压Ud，记录于下表：

图2-4 逆变电路α=90°时的仿真波形

图2-5 逆变电路α=120°时的仿真波形

图2-6 逆变电路α=150°时的仿真波形

3. 三相桥式相控整流及有源逆变电路实验

1).分别绘制如图5、6所示的电路图，其中三相AC电压源：幅值120V，

频率50Hz，相位互差120°(a相相位为-120°，b相相位为0°，c相相位为120°)；触发脉冲ug：幅值5V，周期0.02s（50Hz），脉宽：5%；负载：阻感性负载R=45Ω，L=2H，C=inf。

图5 三相全控桥式整流电路

图6 三相全控桥式有源逆变电路

2).仿真电路，处理波形及数据

(1) 仿真图5，记录α=30°、60°、90°时，晶闸管电压、电流波形和负

载电压、电流波形，并测定直流输出电压Ud，记录于下表：

图3-1 整流电路α=30°时的仿真波形

图3-2 整流电路α=60°时的仿真波形

图3-3 整流电路α=90°时的仿真波形

(2) 对图6仿真时注意触发角α﹥90°。记录α=90°、120°、150°时，晶

闸管电压、电流波形和负载电压、电流波形，并测定直流输出电压Ud，记

录于下表：

图3-4 逆变电路α=90°时的仿真波形

图3-5 逆变电路α=120°时的仿真波形

图3-6 逆变电路α=150°时的仿真波形

4. 直流斩波电路实验

1).绘制如图7、8所示的电路图。其中DC电压源：幅值120V；平滑电感L= 0.002H；功率器件选用MOSFET或者IGBT；脉冲发生模块周期为1e-4；图7为阻性负载R=45Ω，图8为反电势负载，E=20V，电阻R=45Ω。

图7 直流斩波电路带阻性负载

图8 直流斩波电路带反电势负载

2).仿真电路，处理波形及数据

(1) 仿真图7，仿真选择ode23tb算法，相对误差设置为1e-3，开始仿

真时间设置为0.0194s，停止时间设置为0.0208s。记录占空比D=0.3、0.6、0.9时，开关管电压、电流波形和负载电压、电流波形，并测定直流输出

仿真波形如下：

图4-1 D=0.3时的仿真波形

图4-2 D=0.6时的仿真波形

图4-3 D=0.9时的仿真波形

(2) 仿真图8，仿真选择ode23tb算法，相对误差设置为1e-3，开始仿

真时间设置为0.0194s，停止时间设置为0.0208s。记录占空比D=0.3、0.6、0.9时，开关管电压、电流波形和负载电压、电流波形，并测定直流输出电压Uo，记录于下表：

图4-4 带反电势负载D=0.3时的仿真波形

图4-5 带反电势负载D=0.6时的仿真波形

图4-6 带反电势负载D=0.9时的仿真波形

5. 单相交流调压电路实验

1).绘制如图9所示的电路图。其中AC电压源：幅值50V，频率50Hz，

初相位为0；触发脉冲ug：幅值10V，周期0.02s（50Hz），脉宽：10%；晶闸管：Ron=0.001Ω，Lon=0H，Vf=0.8V，Rs=10Ω，Cs=4.7e-6(4.7×10-6)F；负载：阻性负载R=10Ω，L=0H，C=inf，阻感性负载R=10Ω，L=0.01H，C=inf。