电力电子电路仿真技术应用毕业论文

非常完整的电力电子电路仿真技术应用的毕业论文

毕业设计说明书

课题名称：电力电子路仿真技术的应用

学生姓名 倪世呈 学 号 0902013425 二级学院（系） 电气电子工程学院 专 业 机电一体化技术 班 级 机电0934 指导教师 方建华

起讫时间：2012年2月13日～2012年4月6日

非常完整的电力电子电路仿真技术应用的毕业论文

电力电子电路仿真技术的应用

摘 要

本文是用MATLAB/SIMULINK实现电力电子有关电路的计算机仿真的毕业设计。论文给出了单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相半波可控整流电路、三相半波有源逆变电路、三相桥式全控整流电路的实验原理图、 MATLAB系统模型图、及仿真结果图。实验过程和结果都表明：MATLAB在电力电子有关电路计算机仿真上的应用是十分广泛的。尤其是电力系统工具箱－Power System Blockset（PSB）使得电力系统的仿真更加方便。

关键词 MATLAB SIMULINK PSB 电力电子相关电路

The Calculator Really Imitate Of Electric

Power Electronics Technique

Abstract This text really is a calculator to realizes with the MATLAB/

SIMULINK relevant electric circuit in electronics in electric power to imitate

graduate design。The thesis gave single mutually the half wave can control to commutate the electric circuit、Single mutually bridge all of the types control to commutate the electric circuit、Three mutually the half wave can control to

commutate the electric circuit、Three mutually half wave contain source 逆 change the electric circuit、Three mutually bridge all of the types control to commutate the

electric circuit`s Experiment principle diagram,MATLAB system model

diagram,And imitate the true result the diagram.Experiment process with result all express:MATLAB in relevant electric circuit calculator in electric power electronics imitating truely of the application is very extensive. particularly the Power System

Blockset(PSB) make electric power system imitated really more convenient.

Keywords MATLAB SIMULINK PSB Related electric circuit in

electronics in electric power

非常完整的电力电子电路仿真技术应用的毕业论文

目 录

引言 .............................................................iii

第一章MATLAB软件介绍 ..............................................1

1.1MATLAB基础知识 ..................................................1

1.2MATLAB环境 ......................................................1

1.3Simulin利用仿真软件实施的虚拟实验k简介 .........................1

第二章利用仿真软件实施的虚拟实验

2.1单相半波可控整流电路 ............................................2

2.2单相桥式全控整流电路 ...........................................10

2.3三相半波可控整流电路 ...........................................13

2.4三相半波有源逆变电路 ...........................................16

2.5三相桥式半控整流电路 ...........................................20

第三章利用仿真软件实施的辅助设计

3.1直流升压变换器设计 .............................................23

小 结 .............................................................26

参考文献 ..........................................................27

致 谢 .............................................................27 附录1

附录2

非常完整的电力电子电路仿真技术应用的毕业论文

引言

MATLAB是由Math Works公司出版发行的数学计算软件，为了准确建立系统模型和进行仿真分析，Math Works在MATLAB中提供了系统模型图形输入与仿真工具一SIMULINK。其有两个明显功能：仿真与连接，即通过鼠标在模型窗口画出所系统的模型，然后可直接对系统仿真。这种做法使一个复杂系统模型建立和仿真变得十分容易。[4][2]

在1998年，MathWoIks推出了电力系统仿真的电力系统工具箱－Power System Blockset（PSB）。其中包括了电路仿真所需的各种元件模型，包括有电源模块、基础电路模块、电力电子模块、电机模块、连线器模块、检测模块以及附加功率模块等七种模块库。每个模块库中包含各种基本元件模型，如电源模块中有直流电压、电流源，交流电压源、电流源，受控电压源、电流源等五种电源模型。电力电子模块库包含了理想开关元件、晶闸管、功率场效应管、可关断晶闸管等多种功率开关元件模型；电机模块库中包含了各种电机模型。如异步电动机、同步电动机、永磁同步电动机等。只需将模块中的元件拖到SIMULINK窗口中，通过参数设置对话框设置参数就可以实现电路和电力系统的仿真了。[4][5]

由于本文是对基本电路一个个进行仿真，采用实验报告的方式会比较简单，明了，所以格式会和一般的论文有所不同。

非常完整的电力电子电路仿真技术应用的毕业论文

第一章MATLAB软件的介绍

1.1MATLAB基础知识

MATLAB软件语言系统是当今流行的第四代技术机语言，由于他在科学计算、数据分析、系统建模与仿真、图形图像处理、网络控制、自动控制、通信系统、DPS处理系统、航天航空、生物医学、财务、电子商务等不同领域的广泛应用以及自身的独特优势，目前MATLAB受到各领域的推崇和关注。

学习一种软件，首先需要了解他的特点、使用环境、最基本的使用方法和重要的操作技巧。本章的目的在于使MATLAB软件的初学者，能够借助本章的学习，为深入理解后续章节的内容，奠定必要的知识与方法基础

1.2MATLAB环境

MATLAB既是一种语言，又是一个编程环境。这一节将集中介绍MATLAB提供的编程环境。作为一个编程环境，MATLAB提供了很多便于用户管理变量、输入输出数据以及生成管理M文件的工具。所谓M文件，就是用MATLAB语言编写的、可在MATLAB中运行的程序。单击MATLAB的桌面快捷方式，可以直接启动MATLAB软件，启动后的MATLAB操作界面默认情况。MATLAB最常用的窗口有命令窗口、历史命令窗口、工作空间、当前目录浏览器、内存数组编辑器，M文件编辑/调试器、帮助导航系统和开始按钮。

1.3Simulink简介

Sinulink是MATLAB的一个附件组件，为用户提供了一个建模与仿真的工作平台。由于他的许多功能都是基于MATLAB软件平台的，而且必须在MATLAB环境下运行，有恩也将Simulink称之为MATLAB的一个工具箱。他能够实现动态系统建模与仿真的环境集成，且可以根据设计及使用的要求，对系统进行修改与优化，以提高系统工作的性能，实现高效开发的目的。

非常完整的电力电子电路仿真技术应用的毕业论文

第二章利用仿真软件实施的虚拟实验

2.1单相半波可控整流电路

实验目的：掌握单相半波可控整流电路MATLAB仿真方法，会设置各模块的参数。

实验原理：图为单相半波可控整流器原理图及接电阻性负载和电感性负载时的原理图。电阻性负载的特点是电压和电流成正比，波形相同并且同相位，电流可以突变。

负载端电压Ud=0.45U2 (1+cos )/2.[1]

式中，U2为变压器二次侧相电压， 为晶闸管出发控制角。

图2-1单向半波可控整流器原理图

对电感性负载，当流过电感的电流变化时，电感两端产生感应电势，感应电势对负载电流的变化有阻止作用，使得负载电流不能突变。当电流增大时，电感吸收能量储存，电感的感应电势阻止电流增大；当电流减少时，电感释放出能量，感应电势阻止电流的减少，输出电压，电流有相位差。

通过改变触发角 的大小，直流输出电压Ud的波形发生变化，负载上的输

出电压平均值发生变化。当 =180 ，由于晶闸管只在电源电压正半波（0～

非常完整的电力电子电路仿真技术应用的毕业论文

180 ）内导通。输出电压Ud为极性不变但瞬时值会变化 的脉动直流。所以称

半波整流。

触发延迟角 与导通角

触发延迟角 也称触发角或延迟角，是指晶闸管从承受正向电压开始到刚导通时之间的点角度。导通角 是指晶闸管在一周期内处于通态的电角度。出电压单相半波可控整流器在电阻性负载情况下，控制角 与导通角 的关系为

+ =180 [1]

移相与移相范围

移相是指改变触发脉冲Ug出现的时刻，即改变控制角 的大小。

移相范围是指触发脉冲Ug的移动范围，它决定了输出电压的变化范围。单相半

波可控整流器电阻性负载时的移相范围是0～180 。

计算机仿真实验

带电阻性负载的仿真实验

启动MATLAB，进入SINMULINK后新建文档，绘制单相半波可控整流器结构模型图，如图2-2所示。双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。

晶闸管元件参数设置

[3]

（a）

非常完整的电力电子电路仿真技术应用的毕业论文

（b）

图2-2 仿真模型图及可关断晶闸管元件的参数设置对话框

双击晶闸管模块，元件参数设置对话框如下。

晶闸管元件内电阻Ron，单位为 。

晶闸管元件内电感Lon，单位为H。注意，电感不能设置为0。

晶闸管元件的正向管压降Vf,单位为V。

电流下降到10%的时间tf，单位为秒（s）。

非常完整的电力电子电路仿真技术应用的毕业论文

电流拖尾时间Tq，单位为秒（s）。

初始电流Ic，单位为A，与晶闸管元件初始电流的设置相同。通常将Ic设置为

0 。

缓冲电阻Rs，单位为 ，为了在模型中消除 缓冲电路，可将Rs参数设置为inf。

缓冲电容Cs，单位为F，为了在模型中消除 缓冲电路，可将缓冲电容Cs设置为0。为了得到纯电阻Rs，可将电容C参数设置为inf。

仿真含有可关断晶闸管的电路时，必须使用刚性积分算法。通常使用ode23tb或ode15s，以获得较快的仿真速度。

单个电阻，电容，电感元件的参数设置[3]

双击RLC模块，单个电阻，电容，电感元件的参数设置对话框如下，本例中设置电阻R=10 ，电感L=0H，电容C为inf。串联RLC分支与并联RLC分支的设置方法如下表2-3 。

图2-3 单个电阻、电容、电感元件的参数设置对话框

非常完整的电力电子电路仿真技术应用的毕业论文

固定时间间隔的脉冲发生器参数设置[3]

双击脉冲发生器模块(Pulse), 固定时间间隔的脉冲发生器参数设置对话框如下。本例中振幅设置为5V，周期与电源电压设置的一致，为0.02s（即频率为

50HZ），脉冲宽度为2，初相位（控制角）为0.0025（45 ）

非常完整的电力电子电路仿真技术应用的毕业论文

图2-4固定时间间隔的脉冲发生器参数设置对话框

电源电压的参数设置[3]

双击电源电压的模块，参数设置对话框如下，本例中电源电压的幅值为100V，初相位为0 ，电源电压的周期与固定时间间隔的脉冲发生起的周期都为0.02s。

图2-5电源电压的参数设置对话框

仿真参数设置[3]

选择“Simulation”菜单中的“Simulation parametes”命令，出现仿真参数设置对话框如下，本例选择ode23tb算法，将相对误差设置为0.001。开始仿

真时间设置为0.0，停止仿真时间设置为

0.1

非常完整的电力电子电路仿真技术应用的毕业论文

.

图2-6仿真参数设置对话框

信号标签的传递[3]

信号标签传递的方法有两种：

选择信号线并双击，在信号标签编辑框中输入“<>”，在此括号中输入信号标签即可传递信号标签，然后选择“Edit”菜单中的“Update Diagram”命令来刷新模型。

选择信号线，然后选择“Edit”菜单中的“Signal Properties”命令；或单击右键，选择弹出快捷菜单中的“Signal Properties”，出现对话框，在“Signal name”下写上信号线的名称。当一个带有标签的信号与Scope模块连接时，信号标签将作为标题显示。

仿真

单击“Simulation”菜单下的“Start”命令进行仿真。双击示波器模块，得到仿真结果。

非常完整的电力电子电路仿真技术应用的毕业论文

控制角为0 控制角为45

示波器参数的设置[3]

单击示波器工具栏的“Scope parameters”图标，出现“General”选项卡和Data history” 选项卡对话框。本例中设置的坐标系树木为6，显示时间为0.1（设置的是横坐标）坐标标签为all。

单击右键，选择弹出快捷菜单中发“Axes properties”命令，出现示波器的纵坐标参数设置对话框。本对话框设置的是触发信号纵坐标。

“General”和“ Data History”选项卡对话框

非常完整的电力电子电路仿真技术应用的毕业论文

示波器的纵坐标2.3.2带电阻电感性负载的仿真试验

带电阻电感性负载的仿真与带电阻性负载的仿真方法基本上是相同的。但是需要将RLC的串联分支设置为电阻电感性负载。在本例中，设置电阻R=1 ,L=0.01H,电容为inf。下图分别为控制角为0和45时的仿真结果。

控制角为0 控制角为45

2.2单相桥式全控整流电路

实验目的：

掌握单相桥式全控整流负载电路MATLAB的仿真方法，会设置各模块的参数。

实验原理：

电路如图所示，图中DJK03是实验装置上的晶闸管出发控制电路，假设电路已工作在稳态。

非常完整的电力电子电路仿真技术应用的毕业论文

图2-7带电阻电感性负载的单相桥式全控整流试验原理图

在U2正半周期，触发角 处给 VT1和VT4加触发脉冲使其开通，Ud=U2。负载中有电感存在是负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流Id连续且波形近似为一水平线，U2过0边负时，由于电

感的 作用晶闸管VT1和VT4仍流过电流Id，并不关断。至 t= + 时，给VT3和VT2加触发脉冲，因为VT3和VT2已经承受正电压，所以两管导通。VT3和VT2导通后，U2通过VT3和VT2分别想VT1和VT4施加反压是VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流转移到VT3和VT2上，此过程为换相或换流。至下一周期重复上述过

程，如此循环，

其平均值为： Ud=0.9U2cos [1]

实验仿真

带电阻电感性负载的仿真：

启动MATLAB，进入SIMULINK后建文档，绘制单相桥式全控整流电路模型，如图，双击各模块，在出现的对话框内设置各模块。

非常完整的电力电子电路仿真技术应用的毕业论文

图2-8 仿真模型图

注意：触发脉冲“Pulse”和“Pulse2”的控制角必须相同，“Pulse1”和“Pulse3”的控制角设置必须相同，否则会烧坏晶闸管。

设置好各模块参数，单击工具栏的◣按钮或“Simulation”菜单下的“Start”命令进行仿真。双击各模块，得到仿真结果。