電力電子技術(shù)實習(xí)報告內(nèi)容

目 錄第一章 MATLAB基礎(chǔ)2第二章 MATLAB/Simulink/Power System工具箱簡介 221 Simulink工具箱簡介222 Power System工具箱簡介3第三章 電力電子電路仿真3實習(xí)一 單相半波可控整流電路仿真3一、電路原理圖3二、建立仿真模型3三、設(shè)置模型參數(shù)4四、模型仿真6五、仿真及波形分析9實習(xí)二 三相半波可控整流電路仿真 10一、電路原理圖10二、建立仿真模型10三、設(shè)置模型參數(shù)11四、模型仿真11五、仿真及波形分析14實習(xí)三 三相橋式全控整流電路仿真 15一、電路原理圖15二、建立仿真模型15三、設(shè)置模型參數(shù)16四、模型仿真17五、仿真及波形分析19實習(xí)四 三相橋式有源逆變電路仿真 19一、電路原理圖19二、建立仿真模型19三、設(shè)置模型參數(shù)21四、模型仿真21五、仿真及波形分析22第四章 實習(xí)總結(jié)22第1章 MATLAB基礎(chǔ)介紹MATLAB是一種科學(xué)計算軟件。MATLAB是Matrix Laboratory(矩陣實驗室)的縮寫，這是一種以矩陣為基礎(chǔ)的交互式程序計算語言。早期的MATLAB主要用于解決科學(xué)和工程的復(fù)雜數(shù)學(xué)計算問題。由于它使用方便、輸入便捷、運算高效、適應(yīng)科技人員的思維方式，并且有繪圖功能，有用戶自行擴展的空間，因此特別受到用戶的歡迎，使它成為在科技界廣為使用的軟件，也是國內(nèi)外高校教學(xué)和科學(xué)研究的常用軟件。第二章 MATLAB/Simulink/Power System工具箱簡介2.1 Simulink工具箱簡介整個Simulink工具箱是由若干個模塊組構(gòu)成的。在標(biāo)準(zhǔn)的Simulink工具箱中，包含連續(xù)模塊組(Continuous)、離散模塊組(Discrete)、函數(shù)與表模塊組(Function&Tables)、數(shù)學(xué)運算模塊組(Math)、非線性模塊組(Nonlinear)、信號與系統(tǒng)模塊組(Signals&Systems)、輸出模塊組(Sinks)、信號源模塊組(Sources)和子系統(tǒng)模塊組(Subsystems)等?，F(xiàn)簡要介紹電力電子電路仿真要使用的模塊組和模塊。電力電子電路使用的模塊組有連續(xù)模塊組、數(shù)學(xué)運算模塊組、非線性模塊組、信號與系統(tǒng)模塊組、輸出模塊組、信號源模塊組和子系統(tǒng)模塊組等通過選擇Slover可以改變算法，對于不同的電路模塊，要想得到輸出的波形需要設(shè)置不同的算法。2.2 Power System工具箱簡介在MATLAB命令窗口中鍵入“powerlib”命令，則將得到如圖28所示的工具箱。圖28 電力系統(tǒng)工具箱界面在該工具箱中有很多模塊組，主要有電源、元件、電力電子、電機系統(tǒng)、連接器、測量、附加、演示等模塊組。雙擊每一個圖標(biāo)都可打開一個模塊組。第三章 電力電子電路仿真實習(xí)一 單相半波可控整流電路仿真一、電路原理圖單相半波可控整流電路由交流電源、晶閘管、負(fù)載以及觸發(fā)電路組成。改變晶閘管的控制角(觸發(fā)脈沖的延遲時間)可以調(diào)節(jié)輸出直流電壓和電流的大小。該電路的仿真過程可以分為建立仿真模型、設(shè)置模型參數(shù) 和觀察仿真結(jié)果。原理圖：二、建立仿真模型1建立一個仿真模型的新文件。在MATLAB的菜單欄上點擊File，選擇New，再在彈出菜單中選擇Model，這時出現(xiàn)一個空白的仿真平臺。在這個平臺上可以繪制電路的仿真模型。2提取電路元器件模塊。在仿真模型窗口的菜單上點擊圖標(biāo)調(diào)出模型庫瀏覽器，在模型庫中提取所需的模塊放到仿真窗口。組成單相半波整流電路的元器件有交流電源、晶閘管、RLC負(fù)載。3將電路元器件模塊按單相整流的原理圖連接起來組成仿真電路。如圖一所示。圖一三、設(shè)置模型參數(shù)設(shè)置模型參數(shù)時保證仿真準(zhǔn)確和順利的重要一步。有些參數(shù)由仿真任務(wù)決定，如電壓、電流等，有些參數(shù)是需要通過仿真來確定的。設(shè)置模型參數(shù)可以雙擊模塊圖標(biāo)，彈出參數(shù)設(shè)置對話框，然后按框中提示輸入，若有不清楚的地方可以借助help幫助。在本例中，參數(shù)設(shè)置如下：1交流電源。電壓為220V，頻率為50Hz，初始相位為0，如圖二所示。2晶閘管。晶閘管直接使用了模型的默認(rèn)參數(shù)，也可以另外設(shè)置，如圖三所示。3負(fù)載RLC。根據(jù)負(fù)載要求設(shè)置。如圖四所示。4晶閘管的觸發(fā)電路。本實習(xí)晶閘管的觸發(fā)采用簡單的脈沖發(fā)生器來產(chǎn)生?？刂平且悦}沖的延遲時間來表示，如圖五所示。圖二圖三圖四圖五四、模型仿真首先設(shè)置仿真參數(shù)。在菜單中選擇Simulation，在下拉菜單中選擇Simulation parameters，在彈出的對話框中設(shè)置的項目很多。主要有開始時間、終止時間、仿真類型等。在參數(shù)設(shè)置完畢后即可以開始仿真。在菜單Simulation下選擇Start，立即開始仿真，若要中途停止仿真可以選擇Stop。在仿真計算完成后即可以通過示波器來觀察仿真的結(jié)果。在需要觀察的點上放置示波器，雙擊示波器圖標(biāo)，即彈出示波器窗口顯示輸出波形。1 電阻性負(fù)載時的仿真波形。調(diào)試出：0、30（圖六）、90（圖七）、150時仿真波形。圖六：純電阻負(fù)載30圖七：純電阻負(fù)載902電阻電感負(fù)載接續(xù)流二極管時的仿真。如果要研究電感性負(fù)載時電路工作情況，只需重新設(shè)置負(fù)載參數(shù)。設(shè)R的值為2，L的值為0.01H，在負(fù)載并接二極管，如圖八所示。圖八調(diào)試出：1、0時電源電壓、觸發(fā)脈沖、負(fù)載兩端電壓和電流波形2、90時電源電壓、觸發(fā)脈沖、負(fù)載兩端電壓和電流波形3、90時晶閘管、二極管兩端電壓及流過晶閘管、二極管電流波形帶電阻電感負(fù)載0帶電阻電感負(fù)載90帶電阻電感負(fù)載接續(xù)流二極管90五、仿真波形分析帶純電阻負(fù)載輸出電壓要比帶阻感負(fù)載輸出電壓的平均值要大，因為帶阻感負(fù)載的電路中有阻感，阻感阻礙電流減小，使電源電壓過零變負(fù)的時候，仍有電流，電流的大小與電感的大小有關(guān)系。帶純電阻負(fù)載與帶電感有續(xù)流二極管的輸出電壓的波形一樣，不同的是電流的波形。實習(xí)二 三相半波可控整流電路仿真一、三相半波可控整流電路原理圖原理圖：二、建立仿真模型三、設(shè)置模型參數(shù)四、模型仿真1電阻性負(fù)載時的仿真波形。調(diào)試出：30時輸出電壓和電流波形，流過晶閘管電流及晶閘管兩端電壓波形（如圖所示）90時輸出電壓和電流波形，流過晶閘管電流及晶閘管兩端電壓波形（如圖所示）帶電阻性負(fù)載30帶電阻性負(fù)載902電阻電感負(fù)載時的仿真。調(diào)試出： 30時輸出電壓和電流波形（如圖所示）90時輸出電壓和電流波形（如圖所示）60時流過晶閘管電流及晶閘管兩端電壓波形（如圖所示）帶電阻電感負(fù)載30帶電阻電感負(fù)載90帶電阻電感負(fù)載603電阻電感負(fù)載接續(xù)流二極管調(diào)試出：0時輸出電壓、電流以及晶閘管兩端電壓波形60時輸出電壓、電流以及晶閘管兩端電壓波形120時輸出電壓、電流以及晶閘管兩端電壓波形帶電阻電感負(fù)載接續(xù)流二極管0帶電阻電感負(fù)載接續(xù)流二極管60帶電阻電感負(fù)載接續(xù)流二極管120五、仿真波形分析在帶純電阻負(fù)載的波形中：由于是三相整流，輸出電壓和電流是每相輸出的包絡(luò)線。輸出電壓和電流波形相同。由于是電阻負(fù)載，所以對電流的阻礙小，沒有續(xù)流的作用，所以Ud電壓不可能出現(xiàn)負(fù)值。 在阻感負(fù)載的波形中：負(fù)載為阻感負(fù)載時，由于電感的作用， 對電流有續(xù)流作用。當(dāng)觸發(fā)角小于30度時，整流電壓波形與電阻負(fù)載時相同，因為這兩種負(fù)載情況下，負(fù)載電流均連續(xù)。當(dāng)觸發(fā)角大于30度時，電流不連續(xù)，輸出電壓出現(xiàn)負(fù)值。當(dāng)觸發(fā)角為90度時，Ud波形中正負(fù)面積相等，Ud的平均值為零。在阻感負(fù)載接續(xù)流二極管的波形中：電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不發(fā)生突變。所以Ud有負(fù)值的情況，但當(dāng)加上續(xù)流二極管時，當(dāng)u2過零變負(fù)時，VDR導(dǎo)通，ud為零，所以不存在為負(fù)值的情況。但輸出電流為連續(xù)的。實習(xí)三 三相橋式全控整流電路仿真一、三相橋式全控整流電路原理圖二、建立仿真模型三、設(shè)置模型參數(shù)電源電壓的參數(shù)設(shè)置 觸發(fā)角參數(shù)設(shè)置四、模型仿真1電阻性負(fù)載時的仿真波形。調(diào)試出：0時輸出電壓和電流波形60時輸出電壓和電流波形（如圖所示）90時輸出電壓和電流波形（如圖所示）帶純電阻負(fù)載60帶純電阻負(fù)載902電阻電感負(fù)載時的仿真。調(diào)試出：0時輸出電壓和電流波形30時輸出電壓和電流波形（如圖所示）90時輸出電壓和電流波形（如圖所示）帶阻感負(fù)載30帶阻感負(fù)載90五、仿真波形分析對于三相橋式全控整流電路，整流輸出電壓Ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣。在電阻負(fù)載的波形中：因為電阻負(fù)載時id的波形與Ud的波形一致，一旦Ud降到零，id也降至零，晶閘管關(guān)斷，輸出電壓為零因此Ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值。在阻感負(fù)載的波形中：此時由于電感的作用，Ud波形會出現(xiàn)負(fù)的部分。實習(xí)四 三相橋式有源逆變電路仿真一、三相橋式有源逆變電路原理圖三相橋式有源逆變電路原理圖如下：二、建立仿真模型1建立一個仿真模型的新文件。在MATLAB的菜單欄上點擊File，選擇New，再在彈出菜單中選擇Model，這時出現(xiàn)一個空白的仿真平臺，在這個平臺上可以繪制電路的仿真模型。2提取電路元器件模塊。在仿真模型窗口的菜單上點擊圖標(biāo)調(diào)出模型庫瀏覽器，在模型庫中提取所需的模塊放到仿真窗口。3將電路元器件模塊按三相橋式有源逆變原理圖連接起來組成仿真電路。如下圖所示：三相橋式有源逆變電路仿真模型三、設(shè)置模型參數(shù)四、模型仿真調(diào)試出：90時輸出電壓和電流波形120時輸出電壓和電流波形90時輸出電壓和電流波形120時輸出電壓和電流波形五、仿真波形分析逆變和整流的區(qū)別僅僅是控制角的不同，整流時的觸發(fā)角在090度之間，逆變狀態(tài)時觸發(fā)角在90180度之間。整流時的觸發(fā)角與逆變的逆變角是互補的。第四章 實習(xí)總結(jié)2010年6月7日，在三位老師的帶領(lǐng)下，我們自動化07級的全體同學(xué)一起來到遼漁集團參加了相關(guān)的課程實習(xí)與參觀。在遼漁集團我們參觀了變電所、控制室、制冷室等地方。在控制室里，車間師傅為我們講解了許多關(guān)于變壓器、控制箱等有關(guān)自動化的一些設(shè)備的相關(guān)內(nèi)容。在師傅的講解過程中，我發(fā)現(xiàn)有許多內(nèi)容都是我們在基礎(chǔ)課程中學(xué)到過的。例如變壓器的投入使用。變壓器對于投資的影響很大，變壓器的臺數(shù)越多，會使系統(tǒng)的連線變得復(fù)雜，也會耗費很多資金，對于維護工作也添加了困難。通常的情況下，變壓器只有一臺投入使用，另一臺會處于備用狀態(tài)。當(dāng)工作的變壓器發(fā)生故障或不能達(dá)到正常工作狀態(tài)時，通常會將另一臺投入使用與其配合使用。車間里的一個電源控制柜吸引了我們，通過對它的認(rèn)識，使我們意識到了工廠對電的管理是相當(dāng)嚴(yán)格的，特別是對強電的管理，一定要考慮到各種保護措施。車間使用的通常是高壓電，因此為了人身安全，通常需要兩個工作人員配合操作，并且要做好絕緣保護措施，穿上絕緣靴、戴絕緣手套等。隨著信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展于完善，現(xiàn)在通常是運用電腦進行控制操作。工作人員只需要將參數(shù)設(shè)定好，當(dāng)設(shè)定好后就可以直接通過電腦對要控制的設(shè)備進行控制操作。通過今天的實習(xí)，我明白了一個道理，只學(xué)習(xí)理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，沒有實踐技能是不行的。因為當(dāng)打開一個控制操作箱的時候，我們會發(fā)現(xiàn)有許多元件與我們在書上學(xué)到的器件是不一樣的。也會有許多我們沒有見過的元件。因此我們需要通