電力電子的matlab仿真設(shè)計(jì)

1、吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì)目 錄摘 要iabstractii第1章 前言11.1 設(shè)計(jì)目的11.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容11.3 電力電子技術(shù)簡(jiǎn)介11.4 matlab在電力電子中的應(yīng)用1第2章 單相半波可控整流電路仿真32.1單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）32.1.1建立仿真模型32.1.2仿真參數(shù)設(shè)置42.1.3仿真結(jié)果42.2 單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載）52.2.1原理圖52.2.2建立仿真模型62.2.3仿真參數(shù)設(shè)置62.2.4仿真結(jié)果7第3章 單相全控橋式整流電路仿真83.1單相全控橋可控整流電路（電阻性負(fù)載）83.1.1建立仿真模型83.1.2仿真參數(shù)設(shè)置9

2、3.1.3 仿真結(jié)果93.2單相全控橋可控整流電路（阻-感性負(fù)載）113.2.1建立仿真模型113.2.2仿真參數(shù)設(shè)置123.2.3 仿真結(jié)果12第4章 三相全控橋式整流電路仿真144.1三相全控橋式可控整流電路（電阻性負(fù)載）144.1.1建立仿真模型144.1.2仿真參數(shù)設(shè)置154.1.3 仿真結(jié)果154.2三相全控橋式可控整流電路（阻-感性負(fù)載）174.2.1建立仿真模型174.2.2仿真參數(shù)設(shè)置174.2.3 仿真結(jié)果18總 結(jié)19致 謝20參考文獻(xiàn)21摘 要電力電子技術(shù)就是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，使電能可以交換和控制，產(chǎn)生了現(xiàn)代各種高效節(jié)能的新型電源和交直流調(diào)速裝置，為工業(yè)生產(chǎn)，交通

3、運(yùn)輸，樓宇辦公家庭自動(dòng)化提供了現(xiàn)代化的高新技術(shù)，提高了生產(chǎn)效率和人們的生活質(zhì)量，使人類社會(huì)生產(chǎn)生活發(fā)生了巨大變化。電力電子技術(shù)由于電力電子器件自身的非關(guān)聯(lián)性，給電力電子電路和系統(tǒng)的分析了一定的復(fù)雜性和困難，一般常用波形分析和分段線性化處理的方法來(lái)研究電力電子電路?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為電力電子電路和系統(tǒng)的分析提供了嶄新的方法，可以使復(fù)雜的電力電子電路系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)變得更加容易和有效。matlab軟件是由美國(guó)math works公司推出的用于數(shù)值計(jì)算和圖形處理的科學(xué)計(jì)算軟件系統(tǒng)被譽(yù)為“巨人肩上的工具”matlab早期主要用于控制系統(tǒng)的仿真，經(jīng)過(guò)不斷擴(kuò)展已經(jīng)成為包含通信電氣工程優(yōu)化控制等諸多領(lǐng)域的

4、科學(xué)計(jì)算軟件，可以用于電力電子電路和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的仿真。因此本課題在matlab的基礎(chǔ)上進(jìn)行電力電子變流電路的仿真，運(yùn)用現(xiàn)代仿真技術(shù)研究和比較各種電力電子變流電路。關(guān)鍵詞：matlab,電力電子技術(shù),仿真1abstractelectronic technology, power electronic technology is applied in the electric field, the electric energy can be exchanged and control, the new power of all modern energy-efficient and dc

5、speed regulating device, as industrial production, transportation, building a home automation provides high new technology modernization, improve the production efficiency and the quality of life of people, the dramatic changes in human social life and production. power electronic technology, power

6、electronic devices due to the non relevance itself, to power electronic circuits and systems analysis of some of the complexities and difficulties, analyzes common waveform and piecewise linearization method to study the power electronic circuit. provides a new method for the analysis of power elect

7、ronic circuits and systems of modern computer simulation technology, makes the analysis and design of power electronic circuits and complex system more easily and effectively. the matlab software is introduced by american math works company for numerical computing and graphics processing in scientif

8、ic computing software system known as the giants shoulder early matlab mainly used in the simulation of control system, through continuous expansion has become including optimizing control communication electrical engineering and many other fields of scientific computing software, can be used for si

9、mulation of power electronic circuit and electric drive control system. so the research of simulation of power electronic converter circuit based on matlab, using the technology of simulation and comparison of various power electronic converter circuit.keywords: matlab, power electronics technology,

10、 simulation1 第1章 前言1.1 設(shè)計(jì)目的1. 要求對(duì)電力電子技術(shù)有較全面和深刻的理解。2. 通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，使所學(xué)的電力電子技術(shù)進(jìn)行全面的復(fù)習(xí)和總結(jié)，鞏固所學(xué)的理論知識(shí)。3. 通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。4. 學(xué)會(huì)使用規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)設(shè)計(jì)資料。5. 初步掌握設(shè)計(jì)步驟和基本內(nèi)容，掌握編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的基本方法。6. 在繪制matlab仿真圖得到了初步鍛煉。1.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 1.建立單相半波可控整流電路仿真模型。 2.建立單相全控橋式整流電路仿真模型。 3.建立三相全控橋式整流電路仿真模型。1.3 電力電子技術(shù)簡(jiǎn)介電力電子技術(shù)是一種電能處理技術(shù)(elec

11、trical energy processing)，即采用功率半導(dǎo)體器件（電力電子器件）和線路對(duì)電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換(conversion)、控制(control)和高效利用(efficient use)的一門(mén)技術(shù)。廣泛應(yīng)用于各種電源系統(tǒng)、電氣傳動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)及電力系統(tǒng)等工業(yè)生產(chǎn)和民用部門(mén)。主要研究?jī)?nèi)容（power electronics contents)：電力電子器件、電力電子電路、電力電子裝置。1.4 matlab在電力電子中的應(yīng)用matlab是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建

12、模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)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(jì)語(yǔ)言（如c、fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。在本次電力電子技術(shù)仿真設(shè)計(jì)中，我們主要應(yīng)用到matlab里的simulink工具庫(kù)里的一些小工具模塊，還有simulink power工具庫(kù)。通過(guò)matlab，樹(shù)立模型仿真，讓我們清楚的了解電力電子技術(shù)的各種技巧。電力電子技巧仿真的所有原件模子都包括在matlab的電力體系模塊中。第2章 單相半波可控整流電路仿真2.1單相半波可控整流電路（電

13、阻性負(fù)載）單相半波可控整流電流（電阻性負(fù)載）原理圖，晶閘管作為開(kāi)關(guān)元件，變壓器t器變換電壓和隔離的作用，用u1和u2分別表示一次和二次電壓瞬時(shí)值，二次電壓u2為50hz正弦波波形如圖所示，其有效值為u2，如圖2-1。圖2-1單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）2.1.1建立仿真模型根據(jù)原理圖用matalb軟件畫(huà)出正確的仿真電路圖，如圖2-2。 圖2-2單相半波可控整流電阻負(fù)載仿真電路2.1.2仿真參數(shù)設(shè)置選擇ode45s算法，相對(duì)誤差選擇1e-3，開(kāi)始時(shí)間為0，結(jié)束時(shí)間為0.1s。選擇電源參數(shù)頻率為50hz，電壓峰值為220v。r=1選擇晶閘管參數(shù)r=0.0001，l=0,vf=0，ic=0，r

14、s=10，cs=47e-62.1.3仿真結(jié)果設(shè)置觸發(fā)脈沖分別為30、60。與其產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如圖2-3、圖2-4、。在波形圖中第一通道波為輸出電流和電壓波形（因?yàn)閞=1所以電壓和電流重合），第二通道波為晶閘管電壓波形，第三通道波為脈沖和輸入電壓波形。圖2-3觸發(fā)角= 30圖2-4觸發(fā)角= 602.2 單相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載）2.2.1原理圖單相半波阻-感性負(fù)載整流電路圖如2-5所示，當(dāng)負(fù)載中感抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻時(shí)成為阻-感性負(fù)載，屬于阻-感性負(fù)載的有機(jī)的勵(lì)磁線圈和負(fù)載串聯(lián)電抗器等。阻-感性負(fù)載的等效電路可以用一個(gè)電感和電阻的串聯(lián)電路來(lái)表示。圖2-5單相半波可控整流電路（阻-感負(fù)載）

15、2.2.2建立仿真模型根據(jù)原理圖用matalb軟件畫(huà)出正確的仿真電路圖，整體模型如圖2-6。圖2-6單相半波可控整流阻感負(fù)載仿真電路2.2.3仿真參數(shù)設(shè)置選擇ode45s算法，相對(duì)誤差為1e-3，開(kāi)始時(shí)間為0，結(jié)束時(shí)間為0.1s。選擇r=1，l=0.1h。選擇電源頻率為50hz，電壓峰值為220v。選擇晶閘管參數(shù)，r=0.0001，l=0,vf=0，ic=0，rs=10，cs=47e-6。2.2.4仿真結(jié)果設(shè)置觸發(fā)脈沖分別為30、60。與其產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如圖2-7、圖2-8。在波形圖中第一通道波為輸出電流（脈動(dòng)小的）和電壓（脈動(dòng)大的）波形，第二通道波為晶閘管電壓波形，第三通道波為脈沖和輸入

16、電壓波形。圖2-7觸發(fā)角= 30圖2-8觸發(fā)角= 60第3章 單相全控橋式整流電路仿真3.1單相全控橋可控整流電路（電阻性負(fù)載）單相全控橋可控整流電路的原理圖如圖3-1所示。在單相橋式全控整流電路中，晶閘管和組成一對(duì)橋臂，和組成一對(duì)橋臂。在征半周，若四個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通，負(fù)載電流=0，=0，、串聯(lián)承受電壓，設(shè)、的漏電流相等，則個(gè)承受的一半。若在觸發(fā)角處給和加觸發(fā)脈沖，和就會(huì)導(dǎo)通，電流從電源a端經(jīng)、r、流回電源b端。當(dāng)過(guò)零時(shí)，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，和關(guān)斷。在的負(fù)半周期是和重復(fù)和的狀態(tài)。圖3-1單相全控橋可控整流電路（電阻負(fù)載）3.1.1建立仿真模型根據(jù)原理圖用matalb軟件畫(huà)出正確的仿真電路

17、圖，如圖3-2。圖3-2 單相全控橋式整流電阻電路仿真圖3.1.2仿真參數(shù)設(shè)置選擇ode45s算法，相對(duì)誤差為1e-3，開(kāi)始時(shí)間為0，結(jié)束時(shí)間為0.1s。選擇電源頻率為50hz，電壓峰值220v。選擇晶閘管參數(shù)r=0.0001，l=0,vf=0，ic=0，rs=10，cs=47e-6。脈沖參數(shù)設(shè)置是兩個(gè)互差180度。3.1.3 仿真結(jié)果設(shè)置觸發(fā)脈沖分別為60、90。與其產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如圖3-3、圖3-4、在波形圖中第一通道晶閘管電壓輸出波形，第二列波為流過(guò)負(fù)載電流波形，第三列波負(fù)載兩端的電壓波形。圖3-3觸發(fā)角= 60圖3-4觸發(fā)角= 903.2單相全控橋可控整流電路（阻-感性負(fù)載）單相半

18、波阻-感性負(fù)載整流電路圖如3-4所示，當(dāng)負(fù)載中感抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻時(shí)成為阻-感性負(fù)載，屬于阻-感性負(fù)載的有機(jī)的勵(lì)磁線圈和負(fù)載串聯(lián)電抗器等。阻-感性負(fù)載的等效電路可以用一個(gè)電感和電阻的串聯(lián)電路來(lái)表示。圖3-5單相全控橋可控整流電路（阻-感負(fù)載）3.2.1建立仿真模型根據(jù)原理圖用matalb軟件畫(huà)出正確的仿真電路圖，如圖3-5。圖3-6 單相全控橋式整流阻-感電路仿真圖3.2.2仿真參數(shù)設(shè)置選擇ode45s算法，相對(duì)誤差為1e-3，開(kāi)始時(shí)間為0，結(jié)束時(shí)間為0.1s。選擇電源頻率為50hz，電壓峰值220v。選擇晶閘管參數(shù)r=0.0001，l=0,vf=0，ic=0，rs=10，cs=47e-6。脈沖參

19、數(shù)設(shè)置是兩個(gè)互差180度。3.2.3 仿真結(jié)果設(shè)置觸發(fā)脈沖分別為60、90。與其產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如圖3-7、圖3-8。在波形圖中第一列晶閘管電壓輸出波形，第二列波為流過(guò)負(fù)載電流波形，第三列波負(fù)載兩端的電壓波形。圖3-7觸發(fā)角= 60 圖3-8觸發(fā)角= 90第4章 三相全控橋式整流電路仿真4.1三相全控橋式可控整流電路（電阻性負(fù)載）三相橋式全控整流電路（電阻負(fù)載），其原理圖如圖4-1所示，習(xí)慣將其中的陰極連接在一起的三個(gè)晶閘管（、)稱為共陰極組；陽(yáng)極連在一起的三個(gè)晶閘管（4、6、2)稱為共陽(yáng)極組。此外，習(xí)慣上希望晶閘管按從1至6的順序?qū)?。為此將晶閘管按圖示的順序編號(hào)，即共陰極組中與a、b、c

20、三相電源相接的三個(gè)晶閘管分別為、，共陽(yáng)極組與a、b、c三相電源相接的三個(gè)晶閘管分別為4、6、2。圖4-1 三相全控橋可控整流電路（電阻負(fù)載）4.1.1建立仿真模型根據(jù)原理圖用matalb軟件畫(huà)出正確的仿真電路圖，如圖4-2。圖4-2 三相全控橋式可控整流電阻負(fù)載仿真電路4.1.2仿真參數(shù)設(shè)置選擇ode23s算法，相對(duì)誤差為1e-3，開(kāi)始時(shí)間為0，結(jié)束時(shí)間為0.06s。選擇電源頻率50hz，電壓220v。選擇晶閘管參數(shù)r=0.0001，l=0,vf=0，ic=0，rs=10，cs=47e-6。脈沖參數(shù)設(shè)置1-6的順序是依次相差60。4.1.3 仿真結(jié)果 設(shè)置觸發(fā)脈沖分別為30、60。與其產(chǎn)生的相

21、應(yīng)波形分別如圖4-3、圖4-4。在波形圖中第一列晶閘管電壓輸出波形，第二列波為流過(guò)負(fù)載電壓（上面的）、電流（下面的）波形。圖4-3 觸發(fā)角=30圖4-4 觸發(fā)角=60 4.2三相全控橋式可控整流電路（阻-感性負(fù)載）單相半波阻-感性負(fù)載整流電路圖如2-5所示，當(dāng)負(fù)載中感抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻時(shí)成為阻-感性負(fù)載，屬于阻-感性負(fù)載的有機(jī)的勵(lì)磁線圈和負(fù)載串聯(lián)電抗器等。阻-感性負(fù)載的等效電路可以用一個(gè)電感和電阻的串聯(lián)電路來(lái)表示。 4-5三相全控橋可控整流電路（阻-感負(fù)載）4.2.1建立仿真模型根據(jù)原理圖用matalb軟件畫(huà)出正確的仿真電路圖，如圖4-6。4-6三相全控橋式可控整流阻-感負(fù)載仿真電路4.2.2仿真

22、參數(shù)設(shè)置選擇ode23s算法，相對(duì)誤差為1e-3，開(kāi)始時(shí)間為0，結(jié)束時(shí)間為0.06s。選擇電源頻率50hz，電壓220v。選擇晶閘管參數(shù)r=0.0001，l=0,vf=0，ic=0，rs=10，cs=47e-6。 脈沖參數(shù)設(shè)置1-6的順序是依次相差604.2.3 仿真結(jié)果設(shè)置觸發(fā)脈沖分別為30、60。與其產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如圖4-7、圖4-8所示，在波形圖中第一列晶閘管輸出電壓波形，第二列波為流過(guò)負(fù)載電壓（波動(dòng)大的）、電流波形。圖4-7 觸發(fā)角= 30圖4-8觸發(fā)角= 60總 結(jié)通過(guò)這兩個(gè)星期的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識(shí)的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力

23、還急需提高。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，電子技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今世界空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說(shuō)得是無(wú)處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來(lái)說(shuō)掌握電子的開(kāi)發(fā)技術(shù)是十分重要的。而仿真軟件matlab中的simulink模塊中的simpowersystem是專門(mén)針對(duì)電力系統(tǒng)而設(shè)置的專業(yè)仿真模塊，通過(guò)該軟件搭建的仿真電路，觀察波形輸出，初學(xué)者可以學(xué)到不少東西，由于現(xiàn)實(shí)器件的限制，模擬仿真就給我們提供了一個(gè)準(zhǔn)確理解學(xué)習(xí)理論的良好途徑。 所謂“態(tài)度決定一切”，于是偶然又必然地收獲了

24、諸多，概而言之，大約以下幾點(diǎn)：課程設(shè)計(jì)開(kāi)始的時(shí)候思緒全無(wú)，舉步維艱，對(duì)于理論知識(shí)學(xué)習(xí)不夠扎實(shí)的我們深感“書(shū)到用時(shí)方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾教材與實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，對(duì)知識(shí)系統(tǒng)而全面進(jìn)行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學(xué)請(qǐng)教，終于熟練掌握了基本理論知識(shí)，而且領(lǐng)悟諸多平時(shí)學(xué)習(xí)難以理解掌握的較難知識(shí)，學(xué)會(huì)了如何思考的思維方式，找到了設(shè)計(jì)的靈感。課程設(shè)計(jì)基本告成，才切身領(lǐng)悟“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”學(xué)海無(wú)涯，學(xué)無(wú)止境。盡管課程設(shè)計(jì)是在本學(xué)期開(kāi)始，我們的教材學(xué)習(xí)完畢，掌握許多知識(shí)，但是還有很多地方理解領(lǐng)悟不到位。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，最后在老師的悉心指導(dǎo)和與

25、同學(xué)的討論，努力思索下終于迎刃而解。同時(shí)從中發(fā)現(xiàn)了還有很多工具及理論還未掌握，在以后的學(xué)習(xí)生活中更應(yīng)加深對(duì)這方面內(nèi)容的理解與學(xué)習(xí)。這次課程設(shè)計(jì)還培養(yǎng)了我們嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的思維，通過(guò)它架起理論與實(shí)踐橋梁。通過(guò)利用simulink仿真軟件，只要對(duì)模塊的參數(shù)作相應(yīng)的修改，不需再重新構(gòu)建仿真模型，便可得到各輸出量對(duì)應(yīng)不同條件下（如負(fù)載不同、控制角不同）的波形，使教學(xué)更具有實(shí)時(shí)性、直觀性，也一改傳統(tǒng)教學(xué)中出現(xiàn)的靜止不變的電壓和電流波形，使學(xué)生可以觀測(cè)到動(dòng)態(tài)的電壓、電流波形，有助于理論知識(shí)的理解， 更好的掌握課程。致 謝通過(guò)兩個(gè)周的仿真設(shè)計(jì)加深了我對(duì)matlab在電力電子技術(shù)應(yīng)用知識(shí)的理解，基本上掌握了仿真計(jì)所要經(jīng)歷的步驟，我