Matlab電氣仿真實驗作業(yè)

1、Matlab電氣仿真實驗指導(dǎo)老師： 學(xué)生姓名：爸爸 專業(yè)班級：電氣工程及其自動化 1班 學(xué) 號：222012！本課程設(shè)計的目的：1、掌握Matlab/Simulink中SimPowerSystems 工具箱的基本建模方法；2、掌握Matlab/Simulink 電氣仿真的基本步驟；3、利用Matlab/Simulink 在基本電路與磁路、電力電子技術(shù)、電氣傳動等方面的仿真設(shè)計。實驗一設(shè)計任務(wù)：單相橋式整流加LC濾波電路，電源為220V，50Hz， 整流電路輸入為24V，負載為10阻性負載，濾波電感L=100mH，濾波電容C=200uF。實驗步驟： 在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器

2、件，如圖連接運行。注意事項：將全部示波器scope中的“l(fā)imit data point to the last”選項應(yīng)該去掉。參數(shù)設(shè)置：交流電壓源幅值：220*sqrt（2），頻率：50HZ。變壓器參數(shù)，容量S=200VA，變比k=220V/24V。電感：100mH； 電容：200uF； 電阻：10歐。實驗結(jié)果：二極管Diode3電流電壓曲線結(jié)果分析：第一個圖顯示的為二極管電流I ，第二個圖顯示為二極管電壓U。當(dāng)diode3導(dǎo)通時其電壓接近為0V（管壓降為0.7V），其電流有值；當(dāng)diode3關(guān)斷時，其電流值為0A，此時功率二極管承受反向電壓，承受的最大反向電壓幅值為24*sqrt（2）=3

3、3.94V。而電流圖像上出現(xiàn)波動是因為電感L的值不是無窮大，會受頻率電壓幅值的影響，所以如圖所示。二極管Diode4電壓電流曲線結(jié)論分析：第一個圖顯示的為二極管電流I ，第二個圖顯示為二極管電壓U。當(dāng)diode3導(dǎo)通時其電壓接近為0V（管壓降為0.7V），其電流有值；當(dāng)diode3關(guān)斷時，其電流值為0A，此時功率二極管承受反向電壓，承受的最大反向電壓幅值為24*sqrt（2）=33.94V。而電流圖像上出現(xiàn)波動是因為電感L的值不是無窮大，會受頻率電壓幅值的影響，所以如圖所示。理論計算： 輸出電壓有效值：V負載電阻R電壓曲線結(jié)果分析：實線為電壓曲線，電壓曲線前半段出現(xiàn)上升的情況是因為給電容C充電

4、并且伴隨著放電狀態(tài)，而當(dāng)穩(wěn)定時形成RC震蕩電路出現(xiàn)正弦波形。實驗結(jié)論：上述兩圖中diode3與diode4兩個功率二極管的電壓電流在相位上差120°，而四個二極管各導(dǎo)通180°。在正向周期二極管diode1和diode4同時導(dǎo)通，而diode2和diode3承受反向壓降。當(dāng)為反向周期時diode2和diode3同時導(dǎo)通而diode1和diode4關(guān)斷承受反向電壓。實驗總結(jié)：與實際相比二極管的電流會有一定的毛刺，是由于電感不能無窮大而在其導(dǎo)通的時有0.7V的管壓降。整流電路負載端電壓接近直流。實驗二電路部分：設(shè)計任務(wù)1： 一階直流激勵RL充、放電電路的研究。實驗步驟： 在ma

5、tlab/simulink中選取相應(yīng)的器件，如圖連接運行。注意事項：Timer和Ideal switch的使用方法是由相對應(yīng)的Timer控制Ideal switch的開通和關(guān)斷時間，同時控制Ideal switch的有效幅值。Timer參數(shù)設(shè)置time0 0.01 0.02 amplitude0 1 0。R=3000ohms 、L=1 H (inductor initial current=0)、DC=10V。實驗結(jié)果：負載L的電流電壓曲線結(jié)論分析：如圖所示一階直流激勵RL充、放電電路負載L的電流電壓曲線，電感L電壓在通電時刻發(fā)生躍變，而電感L電流不能躍變，電源對電感充電，能量的儲存與釋放需要

6、一個過程。所以在0.01s時刻，電壓曲線發(fā)生躍變，電壓達到10V，而電流曲線緩慢上升；在0.02s時刻電源斷開，電感放電需要一定的時間，而二極管導(dǎo)通存在壓降0.7V，所以在0.02s時刻負載承受反壓。實驗總結(jié)：如一階直流激勵RL充、放電電路所示，電路導(dǎo)通時電感電流不越變，只有電源對電感充電，當(dāng)充電充滿時負載電流為0.003333A，0.02s時電源斷開電感放電，直至電流降到0A。設(shè)計任務(wù)2：二階RLC直流激勵下動態(tài)響應(yīng)的研究（過阻尼情況）。實驗步驟： 在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件，如圖連接運行。直流激勵：過阻尼情況參數(shù)設(shè)置：L=10mH、C=100uF，過阻尼情況下， 取R

7、=50。 實驗結(jié)果：電容C上的電壓及電流曲線理論分析：二階RLC直流激勵下的響應(yīng)，在過阻尼狀態(tài)電壓不會出現(xiàn)超調(diào)，但響應(yīng)速度稍慢，時間長。設(shè)計任務(wù)3：二階RLC交流激勵下動態(tài)響應(yīng)的研究實驗步驟： 在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件，如圖連接運行。交流激勵：參數(shù)設(shè)置：Timer參數(shù)設(shè)置time 0 0.01 0.015 ，amplitude1 0 1。R=10ohms ，L=1mH (inductor initial current=0)， AC=220V/50HZ。實驗結(jié)果：電容、電感上的電壓及電流曲線電阻上的電壓及電流曲線結(jié)果分析：在交流激勵下，如圖所示電路，開關(guān)閉合后，由于電源

8、頻率為50Hz，屬于低頻，感抗遠遠小于容抗，故電容電流很小。開關(guān)斷開后，電容和電感并聯(lián)諧振，諧振頻率：；開關(guān)閉合，電阻上的電壓、電流波形與交流電源的相同；開關(guān)斷開，電阻上的電壓電流值為0。 任務(wù)2、3結(jié)論：在直流激勵下，二階RLC串聯(lián)電路中，電阻R=50.電路為過阻尼狀態(tài)，沒有超調(diào)量。在交流激勵下，由于電源頻率低，開關(guān)閉合之前，電感幾乎將電容短路，故電容電壓近似為零。開關(guān)斷開后，電感、電容并聯(lián)諧振如圖中的0.010.015時間段并聯(lián)諧振。磁路部分：變壓器（無飽和，采用線性變壓器模型）的穩(wěn)態(tài)分析設(shè)計任務(wù)1：一臺10kVA，60Hz，380V/220V單相變壓器，原、副邊的漏阻抗分別為：Zp=0.

9、14+j0.22, Zs=0.035+j0.055,勵磁阻抗Zm=30+j310，負載阻抗ZL=4+j5。實驗要求: 利用Simulink建立仿真模型，計算在高壓側(cè)施加額定電壓時 (a)分別計算原、副邊的電流的有效值。 (b)副邊的負載上電壓的有效值。理論值計算：通過等效電路，可以計算求得原邊電流有效值：，副邊電流有效值：，負載電壓有效值。實驗步驟：在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件，如圖連接運行。參數(shù)設(shè)置:由設(shè)計要求可知容量： 頻率：原邊電壓有效值：副邊電壓有效值：原邊漏阻抗對應(yīng)的電阻、電感： ；副邊漏阻抗對應(yīng)的電阻、電感： ；因為英文版的勵磁繞組為并聯(lián)，中文版的為串聯(lián)，所以關(guān)

10、系轉(zhuǎn)換如下：勵磁電阻：其標(biāo)幺值： /=224.5勵磁電感： 其標(biāo)幺值：=/=21.7 負載電阻： R=5 變壓器參數(shù)設(shè)置為：仿真結(jié)果: 原邊電流： 副邊電流： 負載電壓：效率：實驗結(jié)論：用ode23s算法，變壓器二次電壓為214.7V。帶負載情況下，受內(nèi)阻壓降的影響，二次側(cè)端電壓有所降低。符合實際情況。由于仿真計算對損耗的考慮不全面，與理論值存在微小的差別。本設(shè)計過程中，還可取額定容量和額定電壓為基值，推算其他參數(shù)的標(biāo)幺值，各參數(shù)用標(biāo)幺值表示。實驗三三相橋式整流電路（晶閘管）分析設(shè)計任務(wù)1：3個交流電源（單獨的），U = 240V，50Hz。串聯(lián)負載分別為R = 1，L= 1mH。實驗要求：利

11、用Simulink建立仿真模型，觀察： (a) 各個晶閘管的電壓。 (b) 負載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注實驗步驟：在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件，如圖連接運行。 參數(shù)設(shè)置： 電源電壓有效值U=240V ，且三個電源互差120°，本設(shè)計中令A(yù)項電源的初始相位為0°，B項電源的初始相位為 -120°，C項電源的初始相位為120°。f=50Hz，負載R=1、L=1mH。而晶閘管的觸發(fā)角由“constant”決定。理論值計算： 負載電壓：當(dāng)=0°時 ：V 當(dāng)=30°時： 實驗結(jié)果： 當(dāng) a=0°時：負載電

12、壓電流曲線 晶閘管電壓曲線 當(dāng)=30°時：負載電壓波形和電流曲線 晶閘管電壓曲線實驗結(jié)論：本次三相橋式整流電路（晶閘管）的仿真，與實際運行中晶閘管的電壓，負載的電壓電流波形大體相同，達到了預(yù)期的效果。三（或單）相PWM逆變電路分析設(shè)計任務(wù)2：直流電壓源電壓U = 110V，輸出頻率50Hz。負載分別為：Zl= 2+j1。實驗要求：利用Simulink建立仿真模型，觀察： 負載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注。實驗步驟：在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件，如圖連接運行。參數(shù)設(shè)置：直流電源電壓U=110V，輸出頻率f=50Hz ，負載ZL= 2+j1。實驗結(jié)果： 負載電壓

13、曲線 負載電流曲線結(jié)果分析：逆變時一定要加負載電阻R，因為電容電壓不能突變。兩個直流電壓源串聯(lián)，中間取參考點，即可得到正負電源。且電容越大，輸出電壓越平滑。Buck降壓電路分析設(shè)計任務(wù)3：直流電壓源電壓U = 110V。負載為：Rl= 50，濾波電容C=0.3mF。實驗要求：利用Simulink建立仿真模型，觀察： (a) IGBT的電流、電壓。 (b) 負載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注。實驗步驟：在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件如圖連接參數(shù)設(shè)置：直流電壓VDC =110V，電感L=1H，濾波電容C=0.3mF，負載電阻Rl=50，開關(guān)頻率f=10KHz ，占空比=0.6

14、。理論值計算： 輸出電壓： 負載電流： 實驗結(jié)果：IGBT電壓電流曲線負載電壓電流曲線結(jié)果分析：輸出負載電壓值約為65V，前期的波動是因為電感和電容充放電不完全引起的，負載電流約為1.30A，前期的波動與電壓波動情況相同，電壓電流都基本符合理論值。另外通過增大或減小占空比可以改變輸出電壓Ud。Boost升壓電路分析設(shè)計任務(wù)4：直流電壓源電壓U = 110V。負載為：Rl= 100，濾波電容C=0.3mF 。實驗要求：利用Simulink建立仿真模型，觀察： (a) IGBT的電流、電壓。 (b) 負載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注。實驗步驟：在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件

15、，如圖連接運行。參數(shù)設(shè)置： 直流電壓VDC=110V，電感L=1H，濾波電容C=0.3mF，負載電阻Rl=100，開關(guān)頻率f=10KHz ，占空比=0.6。理論值計算： 輸出電壓： 負載電流： 實驗結(jié)果：IGBT電流電壓曲線負載電壓電流曲線 結(jié)果分析：波形波動是因為電容充放電，待波形穩(wěn)定后輸出電壓值為273V，電流為2.70A，理論電壓值為275V，電流值為2.75A.仿真結(jié)果與理論值基本吻合。另外通過增大或減小占空比可以改變輸出電壓Ud。實驗四鼠籠式異步電機直接起動的研究設(shè)計任務(wù)1：三相交流電壓源，線電壓為380V，頻率為50Hz。電動機機械轉(zhuǎn)矩T = 10.32N·m。實驗要求：

16、利用Simulink建立仿真模型，觀察： A相轉(zhuǎn)子電流Ira、A相定子電流Isa、轉(zhuǎn)速(rpm)、電磁轉(zhuǎn)矩Te。實驗步驟：在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件，如圖連接運行。參數(shù)設(shè)置：三相交流電壓源參數(shù)：電機參數(shù)：電動機機械轉(zhuǎn)矩T =10.32 N·m理論值計算： 同步轉(zhuǎn)速：實驗結(jié)果：經(jīng)放大可知：=1465 r/min轉(zhuǎn)差率: 轉(zhuǎn)子電流變化頻率=0.023350HZ=1.167HZ 實驗結(jié)論：工程中一般10Kw下的電機允許直接起動，且起動時間一般在0.1s秒之內(nèi)。本次設(shè)計三相四級鼠籠式異步電機，起動轉(zhuǎn)矩和起動電流都很大。0s時電機起動，0.2s開始穩(wěn)定運行，由于電機處于空

17、載狀態(tài)，故穩(wěn)態(tài)電流、轉(zhuǎn)矩都比較小。穩(wěn)態(tài)電流大部分來建立旋轉(zhuǎn)磁場，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩則用來克服摩擦阻力。繞線式異步電機轉(zhuǎn)子串電阻起動的研究設(shè)計任務(wù)2：三相交流電壓源，線電壓為380V，頻率為50Hz。電動機機械轉(zhuǎn)矩T =10.32N·m。串聯(lián)電阻R = 3。實驗要求：利用Simulink建立仿真模型，對比未串聯(lián)和串聯(lián)電阻起動效果，觀察： A相轉(zhuǎn)子電流Ira、A相定子電流Isa、轉(zhuǎn)速(rpm)、電磁轉(zhuǎn)矩Te。實驗步驟：在matlab/simulink中選取相應(yīng)的器件，如圖連接運行。 注意事項：未串入電阻：“Three-Phase Breaker”的通斷時間為0（起始狀態(tài)為“open”），“Thre

18、e-Phase Breaker 1” 的通斷時間為0 （起始狀態(tài)為“open”）。在t=0時起動電機，同時將轉(zhuǎn)子繞組短路。串入電阻：“Three-Phase Breaker 1” 的通斷時間為0 （起始狀態(tài)為“close”）。在t=0時起動電機，同時串入電阻。實現(xiàn)串電阻起動。參數(shù)設(shè)置：參數(shù)設(shè)計同“鼠籠式異步電機直接起動的研究”。理論計算： 同步轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)差率S=1時：故：轉(zhuǎn)子回路所串的電阻?。海▽嶋H仿真中取了R=3）實驗結(jié)果：未串入電阻起動曲線串入電阻起動曲線結(jié)果分析：由實驗結(jié)果可以看出，當(dāng)串入電阻起動時，啟動轉(zhuǎn)矩Te增大,定子啟動電流I減小。當(dāng)達到穩(wěn)定時，轉(zhuǎn)差率S增大，轉(zhuǎn)子電流頻率f2增大，轉(zhuǎn)速speed減少。串入電阻起動的目的就是為了減