MATLAB仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

1、第15卷第1期2002年3月出版大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)PHYSICALEXPERIMENTOFCOLLEGEVol.15No.1Mar.2002文章編號(hào):1007-2934(2002)01-0041-03MATLAB仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用(西北二民院,銀川,750021)(寧夏大學(xué),銀川,750021)虎恩典杜全忠摘要:本文以單相半波及三相橋式全波可控整流電路為例,敘述了MATLAB仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:仿真;元器件;電力電子技術(shù)中圖分類號(hào):O313131MA仿真技術(shù)已滲透到工程技術(shù)及物理實(shí)驗(yàn)等各個(gè)領(lǐng)域,其新版本的仿真能力越來越強(qiáng),尤其MATLAB513版本之后

2、出現(xiàn)的元器件仿真能力使得原來一定要用實(shí)實(shí)在在的功率器件來搭接的實(shí)驗(yàn)線路,現(xiàn)在只需在MATLABWINDOUSCOMMAND下,鍵入SIMULINK,然后打開相應(yīng)的工具箱,即可找到相應(yīng)的信號(hào)源、連接線、元器件。用戶只需將元器件及電源按原理電路要求搭接,并按要求設(shè)置所需參數(shù),則一個(gè)可在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)已經(jīng)完成,它幾乎不需任何投資,亦沒有實(shí)際中燒毀元器件及危及人身安全的危險(xiǎn),真可謂是一種理想的實(shí)踐教學(xué)軟件。電力電子技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用技術(shù),教學(xué)中有大量的波形分析內(nèi)容,不可避免地需要大量掛圖,畫出變流過程的電壓、電流波形圖,而只靠圖形來說明缺乏真實(shí)性,如果能結(jié)合實(shí)驗(yàn)演示,從示波器上觀察

3、整流后的電壓、電流波形對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深入理解其作用是顯而易見的。而做電力電子實(shí)驗(yàn)所涉及的都是功率器件,又要三相電源及示波器等,費(fèi)用高、費(fèi)時(shí)、且危險(xiǎn)性大,能用模擬元件代替實(shí)際元件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真是本課程夢(mèng)寐以求的愿望,而MATLAB的仿真技術(shù)恰好迎合了這種需要,下面將結(jié)合單相半波(見圖1)、三相橋式整流電路(見圖2)對(duì)使用該軟件給以說明,首先說明元器件的選擇。2元器件選擇2.1下面談一下根據(jù)連接要求進(jìn)行元器件的選擇元器件的選擇先要分清單端器件與雙端器件。首先談一下單端元器件,比如象圖中的信號(hào)源如pulsegenerator,constant只有一個(gè)輸出,而不象實(shí)際信號(hào)源一樣還需地信號(hào);又如gai

4、n(增益),scope(示波器)也屬此類元件,它們的選用與連接也有類似的性質(zhì)。收稿日期:2001-08-2941圖1single-phasehalf-wavecontrolledrectifier這一點(diǎn)象控制理論中的信號(hào)源、傳遞函數(shù)方框、輸出端的特點(diǎn)和性質(zhì)。另一類元器件屬于雙端器件,其選擇和連接與實(shí)際電路元器件基本一樣,如圖中的電源AC有正負(fù)極輸出,負(fù)載RL有輸入電流端、輸出電流端,二極管(Diode)、可控硅(Thyristor)都要有電流從正(陽)極輸入,負(fù)(陰)極輸出,總之要形成電流的通路。這類元器件連接時(shí)還要注意箭頭所指的方向與連接線的方向是否一致,否則會(huì)造成看似接通,而實(shí)際并未接通的

5、現(xiàn)象,信號(hào)匯交點(diǎn)與分離點(diǎn)應(yīng)選用專用的連接元件(參看圖1、圖2)。另外,還有一類元件是多個(gè)元件的一種組合或稱子系統(tǒng)(subsystem),這類元件的各輸入、輸出端子性質(zhì)可能不同(如圖1中子系統(tǒng)的輸入端1、2性質(zhì)不同,而圖2中的子系統(tǒng)輸入、輸出性質(zhì)不同),使用(或連接)時(shí)一定要給予注意。關(guān)于圖中出現(xiàn)的電流、電壓檢測(cè)元件其輸出端都已成為單端信號(hào),直接可接示波器。2.2元器件參數(shù)的選擇選擇元器件參數(shù)時(shí)應(yīng)考慮各參數(shù)之間互相匹配,比如頻率、電壓等級(jí)要一致,選擇二極管、晶閘管時(shí)應(yīng)注意各參數(shù)的大致范圍,適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)各參數(shù)的數(shù)值可使輸出波形完整、光滑而沒有毛刺,其基本數(shù)值可參考庫中的原始值,或手冊(cè)中給出的數(shù)值。電

6、阻、電感、電容元件的選擇一般是從元件庫中調(diào)出RLC的串聯(lián)可并聯(lián)電路,對(duì)于不需要的元件只要在4參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中使該參數(shù)為零(R、L取零、C取無窮大)即可。圖2Three-phasefull-bridgecontrolledthyristorrectifier3仿真仿真過程非常簡(jiǎn)單,打開待仿真的文件,點(diǎn)擊上方的Start/Pause起動(dòng)鍵,仿真過程開始。為了得到不同控制角時(shí)的電壓、電流波形可在圖1中調(diào)節(jié)脈沖(Pulse)的寬度,圖視為=30°圖2可通過調(diào)節(jié)輸入常數(shù)(Constant)來調(diào)節(jié)角,圖視角在0°30°之間(約15°)。在這里Io、Vo、Vd分別為單

7、相半波電路仿真后的輸出電流、電壓及晶閘管上的電壓波形;Va、Ia分別為三相橋式整流電路仿真后的輸出電壓、電流波形。4結(jié)論通過以上敘述可以看出使用MATLAB軟件包對(duì)電力電子線路進(jìn)行仿真,方便、簡(jiǎn)單,調(diào)節(jié)容易,可視性好,既不擔(dān)心元器件損壞,也沒有任何危險(xiǎn),學(xué)生完全可以在無人指導(dǎo)的情況下、在計(jì)算機(jī)上自行完成電力電子線路仿真實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上,再進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼鎸?shí)性實(shí)驗(yàn),則會(huì)收到絕佳的實(shí)驗(yàn)效果。(下轉(zhuǎn)45頁)4箕底面滾動(dòng)拋出落入盒A內(nèi)的各條形槽內(nèi)。小球在簸箕內(nèi)滾動(dòng)時(shí)與其底面的凸出障礙物相撞就模擬了分子間的相互碰撞,使大量小球的速率分布與分子的速率分布規(guī)律相同。速率較大的小球拋落在相對(duì)簸箕較遠(yuǎn)的條形槽內(nèi),速

8、率較小的小球拋落在較近的槽內(nèi)。將玻璃板蓋在盒A上,使盒A內(nèi)條形槽的縱向沿鉛錘方向?qū)⒑蠥立置就會(huì)透過玻璃板清晰看到各條形槽內(nèi)小球堆積的高低分布形成麥克斯韋分布規(guī)律。如果擔(dān)心傾倒小球時(shí)小球會(huì)落在盒A之外,可以用一個(gè)更大的紙盒把A裝在內(nèi)以免小球丟失。這種教具的盒A是扁形的因而體積較小且輕便,攜帶方便。參考文獻(xiàn)1李椿等1熱學(xué)11978DEMONSTRATOROFTHEMAXWELLSun)Abstractakindofdemonstrator,whichcandemonstratetheMaxwellsvelocitydistribu2tionanditsimple,easilymadeandport

9、abletocarry.Keywords:demonstrator;Maxwellsvelocitydistribution(上接43頁)參考文獻(xiàn)1歐陽黎明編著1MATLAB控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1國防工業(yè)出版社,2001年1月2范影樂、楊勝天、李軼編著1MATLAB仿真應(yīng)用詳解1人民郵電出版社,2001年7月3王兆安、黃俊主編1電力電子技術(shù)1機(jī)械工業(yè)出版社,2000年5月APPLICATIONOFMATLABSIMULATIONTECHNOLOGYINPRACTICALTEACHINGOFPOWERELECTRONICTECHNOLOGYHuEndian(TheSecondNorthWestMinerityNationalityCollegeYinChuan750021)DuQuanzhong(NingXiaUniversityYinChuan750021)Abstract:ThearticletakestheexampleofSingle-PhaseHalf-WaveControlledRectifierandThree-PhaseFull-BridgeControlledRectifie