Matlab電氣仿真

1、題目：電氣系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號：學(xué)院：輪機(jī)工程學(xué)院專業(yè)班級：電氣工程及其自動化（4）班指導(dǎo)老師：鄭忠玖王寧l 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24V50HZ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，輸出電壓和電流無法突變，使輸出電壓波形在一定的電壓附近形成正弦脈動。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、單相

2、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：（3） 仿真結(jié)果波形圖：（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)通時管壓降理想為零，電流波形與負(fù)載輸出電流波形

3、保持一致；二極管截止時，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。l 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、 掌握Matlab/Simulink 電氣仿真的基本步驟；3、 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、 通過對電感充電放電的過程，對一階直流激勵電路進(jìn)行研究。2、 通過對電容、電感充電放電的過程，對二階直流激勵RLC電路進(jìn)行研究。3、 二

4、階RLC交流激勵下動態(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RL充放電電路的研究(學(xué)號尾數(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)果寫出分析和結(jié)論；（2） 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置：（3） 電路設(shè)計(jì)圖：（4） 仿真結(jié)果波形圖：（5）仿真結(jié)果分析：由對理想開關(guān)的控制可知，在t=0.1s時開關(guān)閉合給電感充電,電感初始儲能為0，電壓迅速上升，其電壓變化率最大，隨著充電的進(jìn)行，電感儲能增加，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，通過的電流最大。在放電過程中，電感兩端電壓逐漸減小

5、，后趨于穩(wěn)定值0V。當(dāng)電感放電過程中電流變化很快，放完電之后通過的電流為零。負(fù)載兩端的電壓在電感充電和放電過程中分別呈現(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最終趨于穩(wěn)態(tài)分別為12V和0V。2、二階RLC直流激勵下動態(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)果寫出分析和結(jié)論；d) 過阻尼情況（學(xué)號尾數(shù)為雙數(shù)）（2） 電路設(shè)計(jì)圖（3） 仿真波形圖：（4） 仿真結(jié)果分析：由圖可見，由于電路處于過阻尼狀態(tài)，電感電壓逐漸上升，無震蕩，最終趨于穩(wěn)態(tài)。二階RLC交流激勵下動態(tài)響應(yīng)的研究（全體學(xué)生）（1） 設(shè)計(jì)要求：a) 自

6、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交流激勵的動態(tài)響應(yīng)電感兩端電壓，電流波形為正弦波，其中，電流滯后于電壓；電容兩端電壓為正弦波，而通過的電流在起始時刻波動之后趨于穩(wěn)定值為零。4、變壓器（無飽和，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（無飽和，采用線性變壓器模型）的穩(wěn)態(tài)分析：一臺10kVA，60Hz，380V/220V單相變壓器，原、副邊的漏阻抗分別為：Zp, Zs；勵磁阻抗：Zm=30+j310；負(fù)載阻抗：ZL=4+j5。要求: 利用Simuli

7、nk建立仿真模型，計(jì)算在高壓側(cè)施加額定電壓時，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：S(base)=10kVAVpbase=380VZp(base)=V2p(base)Sp(base)=14.44Rp(pu)=RpZp(base)=0.1414.44 Xp(pu)=Xpzp(base)=0.2214.44副邊：S(base)=10kVAVsbase=220VZs(base)=V2s(base)Is(base)=4.84Rs(pu)=RsZs(base)=0.0354.84 Xs(pu)=Xszs(base)=0

8、.0554.84勵磁支路：Rc=Rm2+Xm2Rm=97003Xm=Rm2+Xm2Xm=970031Rc(pu)=RcZp(base)=97003*14.44Xm(pu)=XmZp(base)=970031*14.44變壓器及負(fù)載參數(shù)配置：（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。由于原、副邊的漏阻抗分別為：Zp, Zs,勵磁阻抗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

9、T形等效電路還是不同的，因此在實(shí)際參數(shù)折算的時候要區(qū)分開；變壓器參數(shù)配置時選擇分?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)行時將會出現(xiàn)下圖所示的警告。l 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、 掌握Matlab/Simulink 電氣仿真的基本步驟；3、 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)閂T1VT6,VT1VT2,VT2

10、VT3,VT3VT4,VT4VT5,VT5VT6。帶阻感性負(fù)載時，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DC-DC變換器或者稱為斬波電路，將直流電變?yōu)榭烧{(diào)電壓的直流電。通過Pulse Generator對開關(guān)器件的控制，實(shí)現(xiàn)直流-直流降壓的作用，并且通過調(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

11、DC-DC變換器或者稱為斬波電路，將直流電變?yōu)榭烧{(diào)電壓的直流電。通過Pulse Generator對開關(guān)器件的控制，實(shí)現(xiàn)直流-直流升壓的作用，并且通過調(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個交流電源，U = 220 +(學(xué)號%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：（3） 仿真波形圖：u 觸發(fā)角：control angle=0u 觸發(fā)角：control ang

12、le=30u 觸發(fā)角：control angle=60（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，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)載電壓波形不會出現(xiàn)負(fù)的部分；當(dāng)觸發(fā)角等于60時負(fù)載電壓波形為臨界狀態(tài)。由理論可知當(dāng)觸發(fā)角大于60時負(fù)載電壓波形會出現(xiàn)負(fù)的部分。帶阻感負(fù)載時，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)通時刻依次延遲60故相位互差6

13、0。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%10）5V，輸出頻率50Hz；負(fù)載分別為：ZL = 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：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求中的設(shè)計(jì)提示對電路各器件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如上圖所示：a) 兩個直流電壓源串聯(lián)，中間接地；（每個電壓源根據(jù)學(xué)號設(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P

14、owergui模塊；其中PWM發(fā)生器載波頻率為1000HZ，調(diào)制比為，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)；（4） 仿真波形圖：（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?。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)制信號內(nèi)部產(chǎn)生時，無需連接輸入端子Signal(s),該模式下可以通過改變Modulation index（調(diào)制比）來改變輸出信號的幅值，改

15、變Frequency of output voltage來改變輸出電壓的頻率，改變Phase of output voltage來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%10)5V；負(fù)載為：RL = 50；濾波電容mF；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：（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，脈沖寬度取60%。（4） 仿真波形圖：負(fù)載的電壓、電流：buck降壓

16、電路IGBT電壓，電流波形：（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110V=66V。通常，串聯(lián)的電感越大，負(fù)載電流連續(xù)且脈動越小。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%10）5V；負(fù)載為：RL = 100；濾波電容；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：（3） 參數(shù)設(shè)置：周期取，脈沖寬度取60%。（4） 仿真波形圖:負(fù)載的電壓、電流:boost降壓電路IGBT電壓，電流波形：（5） 仿

17、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)镮GBT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。l 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、 掌握Matlab/Simulink 電氣仿真的基本步驟；3、 利用Matlab/Simulink 在異步電機(jī)起動等電機(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，通過對異步電機(jī)的定子繞組施加三相交流電使其直接起動。2、繞線式異步電機(jī)串電阻起動，通過在轉(zhuǎn)子繞組串電阻

18、的方式，實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的起動。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、籠型異步電機(jī)直接起動的研究:（1） 設(shè)計(jì)要求：已知：三相交流電壓源(線電壓取值：學(xué)號單號為220V，雙號為380V)，頻率(單號：60Hz，雙號為50Hz)。電動機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩T = 10 +（學(xué)號%100）/100Nm。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；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:（5） 仿真結(jié)果分析：鼠籠式異步電機(jī)起動，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，

19、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。2、繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動的研究：（1） 設(shè)計(jì)要求：已知：三相交流電壓源(線電壓取值：學(xué)號單號為220V，雙號為380V)，頻率(單號：60Hz，雙號為50Hz)。電動機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩T = 10 + （學(xué)號%100）/100Nm。串聯(lián)電阻R = 3。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) A相轉(zhuǎn)子電流Ira;b) A相定子電流Isa;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:繞線式電機(jī)參數(shù)配置如下通過改變斷路器breake