Matlab電氣仿真

1、精品文檔大連海事大學(xué)題目：電氣系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)院：輪機(jī)工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化（4）班 指導(dǎo)老師：鄭忠玖 王寧-精品文檔設(shè)計(jì)任務(wù)（一）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 掌握 matlab/simulink 電氣仿真的基本步驟；2、 掌握 matlab/simulink 中 simpowersystems 工具箱的基本建模方法； 3、利用 matlab/simulink 在整流電路方面的仿真設(shè)計(jì)。二、實(shí)驗(yàn)原理：220v 50hz 交流電源經(jīng)變壓器降壓，輸出交流 24v 50hz 是交流電。經(jīng)單相橋式整流電路加 lc 濾波電路后，由于電感和電容的作用，輸出電壓和電流無(wú)法突變，使輸出

2、電壓波形在一定的電壓附近形成正 弦脈動(dòng)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、單相橋式整流（1） 設(shè)計(jì)要求：a) 單相橋式整流加 lc 濾波電路，電源為 220v,50hz；b) 整流電路輸入為 24v；c) 負(fù)載為 10阻性負(fù)載；d) 濾波電感 l=100mh，濾波電容 c=200uf；（2） 設(shè)計(jì)電路圖：-ltr/l精品文檔（3） 仿真結(jié)果波形圖：egatov單相橋式整流加 lc 濾波電路輸出波形16141210864200 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05time50-5單 項(xiàng) 橋 式 整 流 加 lc 濾 波 電 路 vt3 輸

3、出 波 形nerucegatov-10-15-20-25-30-3500.005 0.01 0.015 0.02 0.025time0.03 0.035 0.04 0.045 0.05-trc/lt50-5n -10eru-15egao -20v-25-30精品文檔單 項(xiàng) 橋 式 整 流 加 lc 濾 波 電 路 vt4 輸 出-350 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025time0.03 0.035 0.04 0.045 0.05（4） 仿真結(jié)果分析：1. 在變壓器輸出正弦波的正半周期，二極管 vt1 和二極管 vt4 導(dǎo)通，二極管 vt2 和二極管 vt3 被施以反壓而截

4、止；在變壓器輸出正弦波的負(fù)半周期，二極管 vt2 和二極管 vt3 導(dǎo)通，二極管 vt1 和二極管 vt4 施以反壓而截止。由于電路中二極管的作用，負(fù)載兩端 的電壓極性一定，達(dá)到整流的目的。2. 二極管導(dǎo)通時(shí)管壓降理想為零，電流波形與負(fù)載輸出電流波形保持一致；二極管截止時(shí)，二極管承受反壓，電壓波形與變壓器輸 出的負(fù)半周期的電壓波形相一致，電流為零。3. 由于電感和電容的作用，輸出電壓和電流不能突變。使輸出電壓 波形形成正弦脈動(dòng)。-精品文檔設(shè)計(jì)任務(wù)（二）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握 matlab/simulink 中 simpowersystems 工具箱的基本建模方法；2、3、掌握 matlab/si

5、mulink 電氣仿真的基本步驟；利用 matlab/simulink 在一階、二階電路、變壓器方面進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。二、實(shí)驗(yàn)原理1、 通過(guò)對(duì)電感充電放電的過(guò)程，對(duì)一階直流激勵(lì)電路進(jìn)行研究。2、 通過(guò)對(duì)電容、電感充電放電的過(guò)程，對(duì)二階直流激勵(lì) rlc 電路進(jìn) 行研究。3、 二階 rlc 交流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究。4、 變壓器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的分析。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、一階直流激勵(lì) rl 充放電電路的研究(學(xué)號(hào)尾數(shù)為雙數(shù)) （1） 設(shè)計(jì)要求：a) 自行設(shè)計(jì)電路，設(shè)計(jì)電路參數(shù)；b) 自行選擇所需顯示的曲線，結(jié)果；c) 根據(jù)仿真結(jié)果寫(xiě)出分析和結(jié)論；-nrugtvgtv精品文檔（2） 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置：（3） 電路設(shè)計(jì)圖

6、：（4） 仿真結(jié)果波形圖：電感電流輸出波形terc電感電壓輸出波形ealo負(fù)載電壓輸出波形ealotime（5）仿真結(jié)果分析：由對(duì)理想開(kāi)關(guān)的控制可知，在 t=0.1s 時(shí)開(kāi)關(guān)閉合給電感充電,電感初始儲(chǔ)能為 0，電壓迅速上升，其電壓變化率最大，隨著充電的進(jìn)-精品文檔行，電感儲(chǔ)能增加，電感中電壓趨近 u =12v。當(dāng)電感充滿電之后，相當(dāng)于短路，其兩端電壓為零，通過(guò)的電流最大。在放電過(guò)程中，電感兩端電壓逐漸減小，后趨于穩(wěn)定值 0v。當(dāng)電感放電過(guò)程中電流變 化很快，放完電之后通過(guò)的電流為零。負(fù)載兩端的電壓在電感充電和放電過(guò)程中分別呈現(xiàn)先快速上升再緩慢上升和先快速下降和緩慢下降的趨勢(shì)最終趨于穩(wěn)態(tài)分別為

7、12v 和 0v。2、二階 rlc 直流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究（1） 設(shè)計(jì)要求：a) 自行設(shè)計(jì)電路，設(shè)計(jì)電路參數(shù)；b) 自行選擇所需顯示的曲線，結(jié)果；c) 根據(jù)仿真結(jié)果寫(xiě)出分析和結(jié)論；d) 過(guò)阻尼情況（學(xué)號(hào)尾數(shù)為雙數(shù)）（2） 電路設(shè)計(jì)圖-nrlnrao精品文檔（3） 仿真波形圖：terucegatovterucegatlv0.40.2020100-10420-215105二階rlc直流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究（過(guò)阻尼）電感電流輸出波形二階rlc直流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究（過(guò)阻尼）電感電壓輸出波形二階rlc直流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究（過(guò)阻尼）電容電流輸出波形二階rlc直流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究（過(guò)阻尼）電感

8、電壓輸出波形00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1time（4） 仿真結(jié)果分析：0.12 0.14 0.16 0.18 0.2由圖可見(jiàn)，由于電路處于過(guò)阻尼狀態(tài)，電感電壓逐漸上升，無(wú)震 蕩，最終趨于穩(wěn)態(tài)。-精品文檔二階 rlc 交流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究（全體學(xué)生）（1）設(shè)計(jì)要求：a) 自行設(shè)計(jì)電路，設(shè)計(jì)電路參數(shù)；b) 自行選擇所需顯示的曲線，結(jié)果；c) 根據(jù)仿真結(jié)果寫(xiě)出分析和結(jié)論； （2） 設(shè)計(jì)電路圖：（3） 仿真波形圖：（4） 仿真結(jié)果分析：二階 rlc 交流激勵(lì)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)電感兩端電壓，電流波形為正弦波， -精品文檔其中，電流滯后于電壓；電容兩端電壓為正弦波，而通過(guò)的電流在起 始

9、時(shí)刻波動(dòng)之后趨于穩(wěn)定值為零。4、變壓器（無(wú)飽和，采用線性變壓器模型）的穩(wěn)態(tài)分 析（1） 設(shè)計(jì)要求：變壓器（無(wú)飽和，采用線性變壓器模型）的穩(wěn)態(tài)分析：一臺(tái) 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(lì)磁阻抗：zm=30+j310；負(fù)載阻抗：zl=4+j5。要求:利用 simulink 建立仿真模型，計(jì)算在高壓側(cè)施加額定電壓時(shí)， a) 分別計(jì)算原、副邊的電流的有效值；b) 副邊的負(fù)載上電壓的有效值；（2） 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置：變壓器原，副變參數(shù)計(jì)算：原邊：副邊：-精品文檔勵(lì)磁支路：變壓器及負(fù)載參數(shù)配置：-精

10、品文檔（3） 電路設(shè)計(jì)圖及其仿真結(jié)果：（4） 仿真結(jié)果分析:變壓器為 380v/220v 10kva 60hz 理論計(jì)算原副邊變比為 1.727。由于原、副邊的漏阻抗分別為：zp=0.14+j0.22, zs=0.035+j0.055,勵(lì)磁阻抗 zm=30+j310，負(fù)載阻抗 zl=4+j5，所以實(shí)際變壓器存在鐵耗和銅耗等使得實(shí)際變壓器原副邊變比為 1.64 左右，負(fù)載兩端 的電壓達(dá)不到期望值 220v。盡管電路圖設(shè)計(jì)與變壓器二次側(cè)折算到一次側(cè)的 t 形等效電路 還是不同的，因此在實(shí)際參數(shù)折算的時(shí)候要區(qū)分開(kāi)；變壓器參數(shù)配置時(shí)選擇分?jǐn)?shù)形式比小數(shù)形式更加準(zhǔn)確；變壓器負(fù)載參數(shù)配置是要注意下圖所示的電

11、感初始電流的設(shè)置，如若勾選即將電感初始電流設(shè)置為 0 則在變壓器仿真運(yùn)行時(shí)將會(huì)出現(xiàn)下圖所示的警告。-精品文檔設(shè)計(jì)任務(wù)（三）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握 matlab/simulink 中 simpowersystems 工具箱的基本建模方法；2、3、掌握 matlab/simulink 電氣仿真的基本步驟；利用 matlab/simulink 在整流、逆變、斬波等電力電子技術(shù)方面的仿真設(shè)計(jì)；二、實(shí)驗(yàn)原理1、三相橋式整流電路，晶閘管導(dǎo)通順序?yàn)?vt1vt6,vt1vt2,vt2vt3,vt3vt4,vt4vt5,vt5vt6。帶阻感性負(fù)載時(shí)，若電感足夠大，則負(fù)載電流不斷續(xù)。負(fù)載輸出波形隨著觸發(fā)角的變化

12、而變化。2、三相 pwm 逆變電路，將直流電逆變?yōu)榻涣麟?。電壓型逆變電路，直流?cè)為直流電壓源，或并聯(lián)大電容相當(dāng)于電壓源。由于直流電源的 -精品文檔鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)， 輸出電流波形和相位因負(fù)載情況的不同而不同。3、buck 降壓電路，是一個(gè) dc-dc 變換器或者稱(chēng)為斬波電路，將直流電變?yōu)榭烧{(diào)電壓的直流電。通過(guò) pulse generator 對(duì)開(kāi)關(guān)器件的控制，實(shí)現(xiàn)直流-直流降壓的作用，并且通過(guò)調(diào)整占空比可以改變輸出 電壓平均值。4、boost 升壓電路，是一個(gè) dc-dc 變換器或者稱(chēng)為斬波電路，將直流電變?yōu)榭烧{(diào)電壓的直流電。通過(guò) pulse gene

13、rator 對(duì)開(kāi)關(guān)器件的控制，實(shí)現(xiàn)直流-直流升壓的作用，并且通過(guò)調(diào)整占空比可以改變輸出 電壓平均值。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、三相橋式整流電路（晶閘管）分析（1） 設(shè)計(jì)要求：已知：3 個(gè)交流電源，u = 220 +(學(xué)號(hào)%10 )10v，50hz；串聯(lián)負(fù)載分別為：r = 1，l= 1mh；要求：利用 simulink 建立仿真模型，觀察：(a) 各個(gè)晶閘管的電壓；(b) 負(fù)載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注；（2） 電路設(shè)計(jì)圖：-l精品文檔（3） 仿真波形圖：觸發(fā)角：control angle=0ub：負(fù)載電壓輸出波形600500400egatov3002001000-100timeib:負(fù)載電流輸出

14、波形tnerruc60050040030020010000 0.01 0.02 0.030.04 0.05 0.06 0.07time-l精品文檔5000-500-10005000-500-10005000-500-10005000-500-10005000-500-10005000-500usw1usw2usw3usw4usw5usw6-10000 0.010.02 0.030.04 0.05 0.06 0.07time觸發(fā)角：control angle=30 ub：負(fù)載電壓輸出波形egatov6005004003002001000-100timeib:負(fù)載電流輸出波形tnerruc6005

15、0040030020010000 0.01 0.02 0.030.04 0.05 0.06 0.07time-10000-100010000-100010000-100010000-100010000-100010000-10000 0.01 0.02 0.03精品文檔usw1usw2usw3usw4usw5usw6time0.04 0.05 0.06 0.07觸發(fā)角：control angle=60ub:負(fù)載電壓輸出波形egatlov6005004003002001000-100timeib：負(fù)載電流輸出波形tnerruc50040030020010000 0.01 0.02 0.030.0

16、4 0.05 0.06 0.07time-4002000-200-4004002000-200-4005000-5004002000-200-4004002000-200-4005000-500精品文檔usw1usw2usw3usw4usw5usw60 0.01 0.02 0.030.04 0.05 0.06 0.07time（4） 仿真結(jié)果分析三相橋式整流電路，如圖分別選取觸發(fā)角為 0、30、60的情形。當(dāng)觸發(fā)角為 0時(shí)，總的整流輸出電壓為線電壓在正半周的包絡(luò)線；當(dāng)觸發(fā)角小于 60整流輸出電壓的每一段線電壓推遲相應(yīng)的角度，總的平均值降低，負(fù)載電壓波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分；當(dāng)觸發(fā)角等于 60時(shí)負(fù)載

17、電壓波形為臨界狀態(tài)。由理論可知當(dāng)觸發(fā)角大于60時(shí)負(fù)載電壓波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式整流 電路觸發(fā)角的移相范圍為 90。由于電感作用，使得負(fù)載電流變得較為平直，當(dāng)電感足夠大的時(shí) 候，負(fù)載電流的波形可以近似為一條直線。各晶閘管電壓波形相同，由于導(dǎo)通時(shí)刻依次延遲 60故相位互差 60。-精品文檔2、三相 pwm 逆變（igbt）（1） 設(shè)計(jì)要求：已知：直流電壓源電壓 u = 100 +（學(xué)號(hào)%10）5v，輸出頻率 50hz；負(fù)載分別為：= 2+j1;要求：利用 simulink 建立仿真模型，觀察：負(fù)載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注。（2） 電路設(shè)計(jì)圖：（3） 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置：-精

18、品文檔根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求中的設(shè)計(jì)提示對(duì)電路各器件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如上圖所 示：a) 兩個(gè)直流電壓源串聯(lián)，中間接地；（每個(gè)電壓源根據(jù)學(xué)號(hào)設(shè)為 110v）b) 整流橋的橋臂數(shù)選 3，abc 為輸出；c) 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；d) 需要 powergui 模塊；其中pwm 發(fā)生器載波頻率為 1000hz，調(diào)制比為 0.4，負(fù)載輸出頻率為 50hz；三相橋橋臂為 3，電力電子器件選 igbt，其他參數(shù)默認(rèn)； -精品文檔（4） 仿真波形圖：ub1: three-phase series rlc br

19、anch150100500-50-100-150ub2: three-phase series rlc branch2001000-100-200ub3: three-phase series rlc branch2001000-100-2000.2 0.250.3 0.35 0.43020100-10-20-3040200-20-4040200-20timeib1: three-phase series rlc branchib2: three-phase series rlc branchib3: three-phase series rlc branch-400.2 0.250.3 0.

20、35 0.4time-精品文檔（5） 仿真結(jié)果分析：如圖為電壓型逆變電路，直流側(cè)為直流電壓源，交流側(cè)輸出電壓波形為方波，電流波形由負(fù)載的阻抗角決定。三相負(fù)載每一相上的輸出波形相位互差 120。此時(shí)為雙向 pwm 波逆變電路，由面積等效原理把調(diào)制好的 pwm 波變?yōu)榻平涣餍盘?hào)。理論上電感越大效果 越好。pwm 發(fā)生器當(dāng)選擇模式是調(diào)制信號(hào)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)，無(wú)需連接輸入端子 signal(s), 該模式下可以通過(guò)改變 modulation index（調(diào)制比）來(lái)改變輸出信號(hào)的幅值，改變 frequency of output voltage 來(lái)改變輸出電壓的頻率，改變 phase of output v

21、oltage 來(lái)改變輸出電壓的初始相位。 3、buck 降壓電路分析（1） 設(shè)計(jì)要求：已知：直流電壓源電壓 u = 100 +(學(xué)號(hào)%10) 5v；負(fù)載為：= 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(fù)載上的電流、電壓；模型和曲線要有標(biāo)注。-精品文檔（2） 設(shè)計(jì)電路圖：（3） 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求中的設(shè)計(jì)提示對(duì)電路中脈沖發(fā)生器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如 下圖所示：周期取 0.0001s，脈沖寬度取 60%。-（4） 仿真波形圖： 1201008060402002.521.510.5精品文檔ub:100ohmsib:1

22、00ohms00 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 負(fù)載的電壓、電流：buck 降壓電路 igbt 電壓，電流波形：43.532.521.510.50120100806040200-200 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1（4）仿真結(jié)果分析：由理論計(jì)算得 pwm 波占空比為 60%,直流側(cè)電壓為 110v，則輸出電壓應(yīng)為 0.6110v=66v。通常，串聯(lián)的電感越大，負(fù)載電流連續(xù) 且脈動(dòng)越小。-精品文檔4、boost 升壓電路分析（1） 設(shè)計(jì)要求：已知：直流電壓源電壓 u = 100 +（學(xué)號(hào)%10）5v；負(fù)載

23、為：= 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(fù)載上的電流、電壓；模型和曲線要有標(biāo)注。（2） 設(shè)計(jì)電路圖：-精品文檔（3） 參數(shù)設(shè)置：周期取 0.0001s，脈沖寬度取 60%。（4） 仿真波形圖:負(fù)載的電壓、電流:-nrlo40035030025020015010050043.532.521.510.5精品文檔ub: 100ohmsib: 100ohms00 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 boost 降壓電路 igbt 電壓，電流波形：2015ter

24、uc1050400350300250egatv2001501005000 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5（5） 仿真結(jié)果分析:由理論計(jì)算得 pwm 波占空比為 60%,直流側(cè)電壓為 110v，則輸出電壓應(yīng)為 110(1-0.6)=275v 。因?yàn)?igbt 處于導(dǎo)通和截止的狀態(tài)其兩 側(cè)電壓和電流波形應(yīng)為近似方波。-精品文檔設(shè)計(jì)任務(wù)（四）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握 matlab/simulink 中 simpowersystems 工具箱的基本建模方法；2、3、掌握 matlab/simulink 電氣仿真的基本步驟；利用 matlab/sim

25、ulink 在異步電機(jī)起動(dòng)等電機(jī)控制技術(shù)方面的仿真設(shè)計(jì)。二、實(shí)驗(yàn)原理1、 鼠籠式異步電機(jī)直接起動(dòng)，通過(guò)對(duì)異步電機(jī)的定子繞組施加三相 交流電使其直接起動(dòng)。2、 繞線式異步電機(jī)串電阻起動(dòng)，通過(guò)在轉(zhuǎn)子繞組串電阻的方式，實(shí) 現(xiàn)異步電機(jī)的起動(dòng)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、籠型異步電機(jī)直接起動(dòng)的研究:（1） 設(shè)計(jì)要求：已知：三相交流電壓源(線電壓取值：學(xué)號(hào)單號(hào)為 220v，雙號(hào)為 380v)，頻率(單號(hào)：60hz，雙號(hào)為 50hz)。電動(dòng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩 t = 10 +（學(xué)號(hào)%100） /100nm。-精品文檔要求：利用 simulink 建立仿真模型，觀察： a) a 相轉(zhuǎn)子電流 ira；b) a 相定子電流 isa；

26、c) 轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)；d) 電磁轉(zhuǎn)矩；模型和曲線要有標(biāo)注。 （2） 設(shè)計(jì)電路圖：（3） 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置：-（4） 仿真結(jié)果圖: 1000-100100500-502000100002001000精品文檔rpm-1000 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1（5） 仿真結(jié)果分析：鼠籠式異步電機(jī)起動(dòng)，如圖定子和轉(zhuǎn)子電流應(yīng)為交流電，隨著轉(zhuǎn)速趨于額定值，定子和轉(zhuǎn)子電流幅值不斷減小，最終趨于穩(wěn)定。異步電機(jī)轉(zhuǎn)速不斷增加，最終趨于額定轉(zhuǎn)速 1500r/min，電磁轉(zhuǎn)矩最終 趨于輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩 10.42。2、繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)的研究：（1） 設(shè)計(jì)要求：已知：三相交流電壓源(線電壓取值：學(xué)號(hào)單號(hào)為 220v，雙號(hào)為 380v)，頻率(單號(hào)：60hz，雙號(hào)為 50hz)。電動(dòng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩 t = 10 + （學(xué)號(hào)%100） -精品文檔/100nm。串聯(lián)電阻 r = 3。利用 simulink 建立仿真模型，對(duì)比未串聯(lián)和串聯(lián)電阻起動(dòng)效果，觀 察：a) a 相轉(zhuǎn)子電流 ira;b)