專業(yè)課程設(shè)計(jì)設(shè)-李璇

1、電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目： MATLAB軟件應(yīng)用及仿真 院 （系）： 機(jī)電與自動(dòng)化學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電氣自動(dòng)化技術(shù)1001 學(xué)生姓名： 李 璇 學(xué) 號(hào)： 20102822013 指導(dǎo)教師： 郭 磊 20 13 年 3 月 17 日至20 13 年 4 月 6 日華中科技大學(xué)武昌分校制電氣專業(yè)方向綜合課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)（調(diào)查報(bào)告/論文）題目MATLAB軟件應(yīng)用及仿真二、設(shè)計(jì)（調(diào)查報(bào)告/論文）主要內(nèi)容1、晶閘管的仿真模型及以單相半波整流器為例，說(shuō)明晶閘管元件應(yīng)用系統(tǒng)的建模與仿真方法。2、晶閘管三相橋式整流帶電阻性負(fù)載時(shí)系統(tǒng)的建模與仿真。3、可關(guān)斷晶閘管的仿真模型及以可關(guān)斷晶閘管元

2、件組成的Buck變換器為例的仿真過(guò)程。4、絕緣柵雙極型晶體管元件的仿真模型及一個(gè)由IGBT元件組成的Boost變換器的建模與仿真。5、相位控制的晶閘管單相交流調(diào)壓器帶電阻性負(fù)載時(shí)系統(tǒng)的建模與仿真。三、原始資料MATLAB仿真軟件四、要求的設(shè)計(jì)（調(diào)查/論文）成果編寫(xiě)詳細(xì)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（附上本次設(shè)計(jì)心得體會(huì)） 說(shuō)明書(shū)中完成相應(yīng)系統(tǒng)模型的建模、參數(shù)設(shè)置及仿真調(diào)試，寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告。1.晶閘管的仿真模型、參數(shù)設(shè)定方法、以單相半波整流器為例說(shuō)明晶閘管元件應(yīng)用系統(tǒng)的建模與仿真方法，記錄相應(yīng)波形。2.晶閘管三相橋式整流帶電阻性負(fù)載時(shí)系統(tǒng)的建模過(guò)程與仿真調(diào)試，記錄波形。3.可關(guān)斷晶閘管的仿真模型、參數(shù)設(shè)定方法、以可

3、關(guān)斷晶閘管元件組成的Buck變換器為例的建模、仿真過(guò)程，記錄波形。4.絕緣柵雙極型晶體管元件的仿真模型、參數(shù)設(shè)定方法、及由IGBT元件組成的Boost變換器的建模與仿真，記錄波形。5.相位控制的晶閘管單相交流調(diào)壓器帶電阻性負(fù)載時(shí)系統(tǒng)的建模與仿真，記錄波形。以上5個(gè)題目的仿真過(guò)程中皆需包含具體電路形式，工作過(guò)程分析，在MATLAB中的建模，各組成環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)置過(guò)程，仿真波形，波形分析。五、進(jìn)程安排1. 下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，講解設(shè)計(jì)要求、進(jìn)度安排、指導(dǎo)時(shí)間、注意事項(xiàng)等，提供參考資料。（0.5天）2. 學(xué)習(xí)并熟練MATLAB Simulink/Power System 工具箱等相關(guān)內(nèi)容（4.5天）3.

4、典型電力電子器件的仿真模型建模及仿真實(shí)例（1天）；4. 典型電力電子變換器的應(yīng)用仿真。（7天）5. 撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。（1天）6. 答辯。（1天）六、主要參考資料1. 王兆安、劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)（第五版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.2. 周淵深. 電力電子技術(shù)與MATLAB仿真.北京：中國(guó)電力出版社, 2005.3. 林飛、杜欣. 電力電子應(yīng)用技術(shù)的MATLAB仿真.北京：中國(guó)電力出版社,2009.4. 洪乃剛. 電力電子、電機(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010.指導(dǎo)教師（簽名）：20 年 月 日 目 錄1 MATLAB/SIMULIK基礎(chǔ)知識(shí)11.1 MATLAB

5、 介紹11.1.1 MATLAB 主要組成部分11.1.2 MATLAB的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境1 1.2 SIMULINK 仿真基礎(chǔ)31.2.1 SIMULINK 啟動(dòng)31.2.2 SIMULINK的模塊庫(kù)介紹41.2.3 電力系統(tǒng)模塊的介紹 41.2.4 SIMULINK的仿真步驟62 單相半波可控整流系統(tǒng)62.1 晶閘管的仿真62.1.1 晶閘管的模型62.1.2 晶閘管參數(shù)及其設(shè)置62.2 單相半波可控整流電路仿真模型72.2.1 單相半波可控整流電工作原理72.2.2 建立仿真模型82.3 模型參數(shù)的設(shè)置82.4 仿真結(jié)果123 晶閘管三相橋式整流系統(tǒng)的仿真133.1 電路圖工作原理133.2

6、 建立仿真模型133.3 模型參數(shù)簡(jiǎn)介與設(shè)置143.4 仿真結(jié)果174.降壓斬波電路（Buck變換器）184.1可關(guān)斷晶閘管（GTO）的仿真184.1.1可關(guān)斷晶閘管模型184.1.2可關(guān)斷晶閘管參數(shù)及其設(shè)置184.2 Buck變換器的仿真194.2.1電路圖及工作原理194.2.2建立仿真模型194.2.3模型參數(shù)簡(jiǎn)介與設(shè)置204.4 仿真結(jié)果215 總結(jié)236 參考文獻(xiàn)241 MATLAB/SIMULIK基礎(chǔ)知識(shí)1.1 MATLAB 介紹MATLAB的名稱來(lái)源Matrix Laboratory, 1984年，由美國(guó)Math Works公司推向市場(chǎng)。它是一種科學(xué)計(jì)算軟件，專門以矩形的形式處理

7、數(shù)據(jù)。MATLAB將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛的運(yùn)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)和信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作。MATLAB軟件包括五大通用功能，數(shù)值計(jì)算功能（Nomoric），符號(hào)運(yùn)算功能（Symbolic），數(shù)據(jù)可視化功能（Graphic），數(shù)字圖形文字統(tǒng)一處理功能（Notebook）和建模仿真可視化功能（Simulink）。其中，符號(hào)運(yùn)算功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)請(qǐng)求MAPLE內(nèi)核計(jì)算并將結(jié)果返回到MATLAB命令窗口。該軟件有三大特點(diǎn)，一是功能強(qiáng)大；二是界面友善，語(yǔ)言自然；三是開(kāi)放性強(qiáng)。 由于使用MATLAB編程運(yùn)算與進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的思路和表達(dá)方式完全一

8、致，所以不像學(xué)習(xí)Basic、Fortran和C等其它高級(jí)語(yǔ)言那樣難于掌握。用MATLAB編寫(xiě)程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問(wèn)題。在這個(gè)環(huán)境下，對(duì)所要求解的問(wèn)題，用戶只需簡(jiǎn)單地列出數(shù)學(xué)表達(dá)式，其結(jié)果便會(huì)由MATLAB以數(shù)值或圖形的方式顯示出來(lái)。它可以很方便地進(jìn)行圖形化的輸入輸出，同時(shí)還具有豐富的函數(shù)庫(kù)（工具箱），極易實(shí)現(xiàn)各種不同專業(yè)的科學(xué)計(jì)算功能。另外，MATLAB和其他高級(jí)語(yǔ)言也具有良好的接口，可以方便地與其他語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)混合編程，這都進(jìn)一步拓寬了它的應(yīng)用范圍和使用領(lǐng)域。1.1.1 MATLAB 主要組成部分MATLAB的主要組成： （1） MATLAB語(yǔ)言：高級(jí)矩陣/陣列語(yǔ)言。 （2） MA

9、TLAB工作環(huán)境：一組實(shí)用工具函數(shù)。（3） 圖形處理。 （4） MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)。 （5） MATLAB應(yīng)用程序接口。MATLAB重要部件： （1） SIMULINK：進(jìn)行仿真的交互式系統(tǒng)。 （2） Toolboxes：用于解決某一方面問(wèn)題的子程序集。1.1.2 MATLAB的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境 在桌面上雙擊MATLAB快捷方式圖標(biāo)，或者在開(kāi)始菜單里點(diǎn)擊MATLAB的選項(xiàng)，即可進(jìn)入環(huán)境。進(jìn)入MATLAB環(huán)境，即打開(kāi)了MATLAB窗口（見(jiàn)圖1-1）。環(huán)境包括MATLAB標(biāo)題欄、主菜單欄和常用工具欄。在默認(rèn)顯示狀態(tài)時(shí)，在工具欄下有三個(gè)子窗口，左邊上方窗口顯示MATLAB聯(lián)機(jī)說(shuō)明書(shū)目錄或工作間的內(nèi)容，

10、兩者可以通過(guò)子窗口下方的Current Directory和Workspace鍵進(jìn)行切換。左邊下方窗口將顯示已執(zhí)行的命令（Command History）。右方窗口是MATLAB的命令子窗口，這是MATLAB的主要工作窗口，在這個(gè)窗口中，在提示符“>>”后逐行輸入MATLAB命令，回車后，命令就能立即得到執(zhí)行。在這里，對(duì)開(kāi)發(fā)環(huán)境做簡(jiǎn)要介紹。圖1-1 MATLAB 的操作界面窗口 MATLAB的主菜單 MATLAB的主菜單有File、Edit、View、Web和Help六項(xiàng)。點(diǎn)擊菜單命令就會(huì)顯示下拉子菜單的內(nèi)容。這些菜單的內(nèi)容和其他程序的菜單區(qū)別不大，在這里不做說(shuō)明。命令窗口（Com

11、mand Window）命令窗口是用戶與MATLAB進(jìn)行交互的主要場(chǎng)所。如上圖中右方窗口所示。命令窗口的空白區(qū)域，用于輸入和顯示計(jì)算結(jié)果。可以在該區(qū)域鍵入各種MATLAB命令進(jìn)行各種操作，或直接鍵入數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算，還可以直接鍵入MATLAB的系統(tǒng)命令并執(zhí)行。工作空間（Workspace） 工作空間（Workspace）是指接受MATLAB命令的內(nèi)存區(qū)域，存儲(chǔ)著命令窗口輸入的命令和創(chuàng)建的所有變量值。每打開(kāi)一次MATLAB，都會(huì)自動(dòng)建立一個(gè)工作空間，當(dāng)MATLAB運(yùn)行程序時(shí)，程序中的變量就會(huì)存放到工作空間中，程序的運(yùn)行結(jié)果也以變量的形式保存在工作空間中，關(guān)閉MATLAB后，工作空間會(huì)自動(dòng)消除。

12、1.2 SIMULINK 仿真基礎(chǔ)系統(tǒng)仿真（SIMULINK）環(huán)境也稱工具箱（Toolbox），是MATLAB最早開(kāi)發(fā)的，它包括SIMULINK仿真平臺(tái)和系統(tǒng)仿真模型庫(kù)兩部分，主要用于仿真以數(shù)學(xué)函數(shù)和傳遞函數(shù)表達(dá)的系統(tǒng)，是20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的連續(xù)系統(tǒng)仿真程序包（CCS）的繼續(xù)，現(xiàn)在的系統(tǒng)仿真（SIMULINK）包括了連續(xù)系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)和離散系統(tǒng)的仿真。由于SIMULINK的仿真平臺(tái)使用方便、功能強(qiáng)大，后來(lái)拓展的其他模型庫(kù)也都共同使用這個(gè)仿真環(huán)境，成為MATLAB仿真的公共平臺(tái)。SIMULINK是Simulation和Link兩個(gè)英文單詞的縮寫(xiě)，意思是仿真鏈接，MATLAB模型庫(kù)都在此環(huán)境中

13、使用，從模型庫(kù)中提取放到SIMULINK的仿真平臺(tái)上進(jìn)行仿真。所以，有關(guān)SIMULINK的操作是仿真應(yīng)用的基礎(chǔ)。 1.2.1 SIMULINK 啟動(dòng)從MATLAB窗口進(jìn)入SIMULINK環(huán)境有以下幾種方法： （1）在MATLAB菜單欄上單擊File，并在下拉菜單中的New選項(xiàng)下單擊Model； （2）在MATLAB工具欄上單擊按鈕，然后在打開(kāi)的模型庫(kù)瀏覽器窗口菜單上單擊按鈕； （3）在MATLAB的命令窗口中輸入“simulink”后回車，然后在打開(kāi)的模型庫(kù)瀏覽器窗口菜單上單擊按鈕。 完成上述操作之一后，屏幕上出現(xiàn)SIMULINK的工作窗口（見(jiàn)圖1-2）。在SIMULINK工作窗口上方標(biāo)題欄上

14、，“untitled”表示一個(gè)尚未命名的新文件，在其上方右側(cè)是最小化、最大化和關(guān)閉三個(gè)按鈕。標(biāo)題欄下方是菜單欄，這里有File（文件）、Edit（編輯）、View（查看）、Simulation（仿真）、Format（格式）、Tools（工具）和Help（幫助）7項(xiàng)主要功能菜單。第三欄是菜單命令的等效按鈕。窗口下方有仿真狀態(tài)的提示欄，在啟動(dòng)仿真后，在該欄中可以提示仿真的進(jìn)度和使用的仿真算法。窗口中部的空白部分是繪制仿真模型框圖的空間，這是對(duì)系統(tǒng)仿真的主要平臺(tái)。圖1-2 SIMULINK工作窗口1.2.2 SIMULINK的模塊庫(kù)介紹在Matlab命令窗口中鍵入Simulink命令，便可以打開(kāi)SI

15、MULINK的庫(kù)瀏覽器窗口（見(jiàn)圖1-3），窗口左部的樹(shù)狀目錄是各分類模型庫(kù)的名稱。在分類模型庫(kù)下還有二級(jí)子模型庫(kù)，點(diǎn)擊模型庫(kù)前帶“+”的小方塊則可展開(kāi)二級(jí)子模型庫(kù)的目錄，點(diǎn)擊模型庫(kù)名前帶“-”的小方塊則可關(guān)閉二級(jí)目錄。在這里點(diǎn)擊或直接點(diǎn)擊圖標(biāo)可以在窗口中展現(xiàn)三級(jí)目錄下的模型圖標(biāo)。圖1-4所示為打開(kāi)儀器儀表模塊庫(kù)（Sinks）子模型庫(kù)后的窗口。在窗口右邊展現(xiàn)了Sinks子模型庫(kù)中的9個(gè)模塊。 圖1-3 模型庫(kù)瀏覽器窗口之一 圖1-4 模型庫(kù)瀏覽器窗口之二 1.2.3 電力系統(tǒng)模塊的介紹 在Matlab命令窗口中輸入“powerlib”，按回車鍵（Enter），就可以打開(kāi)電力系統(tǒng)工具箱。電力系統(tǒng)工

16、具箱包括了電路、電力電子等電氣工程學(xué)科中常用的元件模型，這些元件模型分布在7個(gè)模塊庫(kù)中，如圖1-5所示。利用這些庫(kù)模塊及其它庫(kù)模塊，可以方便、直觀地建立各種系統(tǒng)模型并進(jìn)行仿真。圖1-5電力系統(tǒng)工具箱模塊庫(kù)電源模塊庫(kù)(Electrical Sources)： 包括交流、直流及可控的電壓源和電流源。這一部分模型可以用來(lái)仿真交、直流電源。元件模塊庫(kù)(Elements) ： 包括串聯(lián)及并聯(lián)的RLC支路負(fù)載、斷路器、分布參數(shù)線、線性變壓器、飽和變壓器、和過(guò)電壓自動(dòng)裝置、互感、開(kāi)關(guān)等。這部分可以仿真交流輸電線裝置。電力電子模塊庫(kù)(Power Electronics)：包括二極管、晶閘管、GTO、MOSFE

17、T、IGBT 等電力電子器件。還有通用橋(Universal Bridge)，它可設(shè)定成不同電力電子器件的單臂、雙臂和三臂橋。這些設(shè)備模型不僅可以單獨(dú)進(jìn)行仿真而且可以組合在一起仿真整流電路等直流輸變電的電力電子設(shè)備。電機(jī)模塊庫(kù)(Machines)： 此部分有異步電動(dòng)機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、水輪電機(jī)及其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、永磁同步電機(jī)、簡(jiǎn)化的同步電機(jī)、同步電機(jī)。這些模型可以仿真電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)設(shè)備、電力拖動(dòng)設(shè)備等。連接模塊庫(kù)(Connectors)：這一部分包括一些電力系統(tǒng)中常用的接線設(shè)備。如地線、中性點(diǎn)、連結(jié)點(diǎn)等。 測(cè)量模塊庫(kù)(Measurements)：包括電流、電壓等測(cè)量模塊，該部分模型用來(lái)采集線路的電壓或電

18、流值。這一部分還起著連接SIMULINK 模型與POWERLIB 模型的作用。附加模塊庫(kù)(Extras)：擴(kuò)展模塊組包含了上述各個(gè)模塊組中的各個(gè)附加子模塊組。用戶可以根據(jù)自己的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖使用POWERLIB和SLMULINK中相應(yīng)的模型來(lái)組成仿真的電路模型。主要有控制模塊庫(kù)：內(nèi)有同步6 脈沖發(fā)生器、PWM 發(fā)生器、時(shí)鐘、三相可編程電源等。離散測(cè)量模塊庫(kù)：各種離散測(cè)量模塊。離散控制模塊庫(kù)：離散PI、PID 控制器，離散PWM 發(fā)生器和二階濾波器等。測(cè)量模塊庫(kù)：有交流調(diào)速中的坐標(biāo)變換等。矢量模塊庫(kù)：序列分析器等。附加電機(jī)模塊庫(kù)：有直流電機(jī)、離散直流電機(jī)等。1.2.4 SIMULINK的仿真步驟

19、利用SIMULINK環(huán)境仿真一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程基本上可以分為如下幾個(gè)步驟： （1）根據(jù)要仿真的系統(tǒng)框圖，在SIMULINK窗口的仿真平臺(tái)上構(gòu)建仿真模型； （2）設(shè)置模塊參數(shù)； （3）設(shè)置仿真參； （4）啟動(dòng)仿真； （5）觀測(cè)仿真結(jié)果。2 單相半波可控整流系統(tǒng)2.1 晶閘管的仿真2.1.1 晶閘管模型晶閘管是一種門極信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的半導(dǎo)體器件。晶閘管有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，第一個(gè)輸入與輸出是陽(yáng)極媏a與陰極端k，第二個(gè)輸入g是門極控制信號(hào)端如圖，當(dāng)勾選“Show measurement port”項(xiàng)時(shí)便顯示第二個(gè)輸出端m如圖，這是晶閘管檢測(cè)輸出向量Iak Uak端，可連接儀表檢測(cè)流經(jīng)晶閘管的電流Iak

20、與晶閘管的正向壓降Uak，晶閘管組件的符號(hào)和仿真模型圖如圖所示。 圖 圖 圖2-1 晶閘管組建的符號(hào)和仿真模型2.1.2 晶閘管參數(shù)及其設(shè)置在模型結(jié)構(gòu)圖中，當(dāng)鼠標(biāo)雙擊模型時(shí)，則彈出晶閘管參數(shù)對(duì)話框，如圖2-2所示。圖2-2 晶閘管參數(shù)對(duì)話框“Resistance Ron(Ohms)”：晶閘管導(dǎo)通電阻Ron（）?！癐nductance Lon（H）”：晶閘管元件內(nèi)電感Lon（H）。電感參數(shù)與電阻參數(shù)不能同時(shí)設(shè)為0。“Forward voltage Vf（V）”：晶閘管元件的正向管壓降Vf（V）。“Initial current Ic（A）”：初始電流Ic（A）。“Snubber resistan

21、ce Rs（ohms）”：緩沖電阻Rs（）。“Snubber capacitance Cs（F）”：緩沖電容Cs（F）?？蓪?duì)Rs與Cs設(shè)置不同的數(shù)值以改變或者取消吸收電路。“Show measurement port”：為設(shè)置是否顯示檢測(cè)端（m）。需要說(shuō)明的是，含有晶閘管模型的電路仿真時(shí)，最好采用特定的算法Ode23tb與Oder15s，而當(dāng)電路進(jìn)行離散化處理時(shí)，晶閘管的內(nèi)電感量應(yīng)設(shè)為0。2.2 單相半波可控整流電路仿真模型2.2.1 單相半波可控整流電路工作原理當(dāng)晶閘管VT處于斷態(tài)時(shí)，電路中電流Id=0，負(fù)載上的電壓為0，U2全部加在VT兩端，在觸發(fā)角處，觸發(fā)VT使其導(dǎo)通，U2加于負(fù)載兩端，

22、由于電感L的存在使電流id不能突變，id從0開(kāi)始增加同時(shí)L的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)試圖阻止id增加，這時(shí)交流電源一方面供給電阻R消耗的能量，一方面供給電感L吸收的電磁能量到U2由正變負(fù)的過(guò)零點(diǎn)處處id已經(jīng)處于減小的過(guò)程中，但尚未降到零，因此VT仍處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)id減小至零，VT關(guān)斷并承受反向壓降，電感L延遲了VT的關(guān)斷時(shí)刻使Ud波形出現(xiàn)負(fù)的部分。其電路圖如下：圖2-3 單相半波可控整流電路圖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2-4所示 圖2-4 單相半波晶閘管可控整流電路的仿真模型2.3 模型參數(shù)的設(shè)置仿真參數(shù)：選擇ode23tb算法，將相對(duì)誤差設(shè)置為

23、1e-3。 開(kāi)始仿真時(shí)間設(shè)置為0，停止仿真時(shí)間設(shè)置為0.12。 如下圖2-5所示。圖2-5 仿真參數(shù)設(shè)置（1）交流電壓源：“Peak amplitude”：正弦電壓峰值Um，單位V，“Phase”：正弦電壓初相角,單位度，“Frequency”：正弦電壓頻率f，單位 Hz，“Sample time”：采樣時(shí)間，單位 s，本實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置為頻率50Hz，電壓幅值220V，其他為默認(rèn)設(shè)置，如圖所示。 圖2-6 交流電壓源參數(shù)設(shè)置（2）晶閘管： 設(shè)置“Snubber resistance Rs（ohms）”緩沖電阻Rs=500。 “Snubber capacitance Cs（F）”：緩沖電容Cs為無(wú)

24、窮大inf，其他為默認(rèn)設(shè)置，如圖所示。圖2-7 晶閘管參數(shù)設(shè)置（3）RLC元件：設(shè)置“Resistance (Ohms)” 電阻R=1。“Inductance Lon（H）” 電感L=5e-3H。 “capacitance（F）” 電容為無(wú)窮大inf。 “measurements”測(cè)量選None，如圖所示。圖2-8 RLC元件參數(shù)設(shè)置（4）脈沖信號(hào)發(fā)生器： “Amplitude”：脈沖幅值。 “Period(secs)”：周期（秒）。 “Pulse Width(% of Period”：脈沖寬度（周期的百分?jǐn)?shù)）。 “Phase delay(secs)”：相位延遲（秒）。 振幅A=3V，周期T=

25、0.02，占空比10%，時(shí)相延遲（1/50）X(/360)s,如圖所示，為移相控制角。圖2-9 脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)設(shè)置（5）示波器：設(shè)置Number of axes 為5，顯示5段波形，分別為脈沖電壓Ug，晶閘管兩端電壓UVT，負(fù)載電流id，負(fù)載電壓Ud，電源電壓U2 。圖2-10示波器參數(shù)設(shè)置（6）電壓電流測(cè)量電壓電流測(cè)量無(wú)需設(shè)置直接使用。2.4 仿真結(jié)果設(shè)置觸發(fā)脈沖為0°。其產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如圖所示。在波形圖中第一列為脈沖電壓Ug波形，第二列為晶閘管兩端電壓UVT波形，第三列為負(fù)載電流id波形，第四列為負(fù)載電壓Ud波形，第五列為電源電壓U2 波形。圖2-11 =0°仿

26、真波形3 晶閘管三相橋式整流系統(tǒng)的仿真3.1 電路圖及工作原理以=0°為例，6個(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，觸發(fā)脈沖為寬脈沖寬度大于60°，保證了每個(gè)時(shí)刻均有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，當(dāng)VT1-VT2導(dǎo)通時(shí)橋臂輸出電壓為Uac，然后VT2-VT3導(dǎo)通輸出電壓為Ubc，VT3-VT4導(dǎo)通輸出電壓為Uba，VT4-VT5導(dǎo)通輸出電壓為Uca，VT5-VT6 導(dǎo)通輸出電壓為Ucb，VT6-VT1導(dǎo)通輸出電壓為Uab。因此輸出整流電壓Ud波形為線電壓在正半周的包絡(luò)線。下圖3-1為三相橋式整流系統(tǒng)的電路圖。圖3-1 晶閘管三相橋式整流系統(tǒng)電路圖3.2 建立

27、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，整體模型如下圖所示。圖3-2 三相橋式全控整流系統(tǒng)（電阻負(fù)載）的仿真模型3.3 模型參數(shù)簡(jiǎn)介與設(shè)置仿真參數(shù)：選擇ode23tb算法，將相對(duì)誤差設(shè)置為1e-3 開(kāi)始仿真時(shí)間設(shè)置為0，停止仿真時(shí)間設(shè)置為0.05。（1）交流電壓源三相交流電源通過(guò)三個(gè)頻率為50Hz、幅值為220V、相位兩兩相差120°，A相的設(shè)置如圖3-3所示，另外兩相設(shè)置為B相相位滯后A相120°，Phase設(shè)置為-120°，C相相位超前A相120°，Phase設(shè)置為120°，測(cè)量“measurements”三相都要選Vol

28、tage，以便使用萬(wàn)用表測(cè)量電壓。圖3-3 交流電壓源參數(shù)設(shè)置（2）通用橋輸入端A,B,C為三相交流的相電壓輸入端子，輸入端g為觸發(fā)脈沖輸入端子，+,-為整流器輸出正負(fù)極端子?！癗umber of bridge arms”：通用整流橋臂的相數(shù)，“Snubber resistance Rs（ohms）”：緩沖電阻Rs（），“Snubber capacitance Cs（F）”：緩沖電容Cs（F），“Power Electronic device”：電力電子器件的種類，默認(rèn)晶閘管“Ron(Ohms)”：器件內(nèi)電阻（），“Lon(H)”：器件內(nèi)電感（H），“Forward voltage Vf(V)

29、”：整流橋門檻電壓(伏）.在測(cè)量“Measurements”選“All voltages and currents”（全部電壓和電流）以便測(cè)量橋臂內(nèi)晶閘管的電壓和電流，其他參數(shù)為默認(rèn)值.如圖3-4所示。圖3-4 通用橋內(nèi)晶閘管參數(shù)設(shè)置（3）常量三相橋式全控整流系統(tǒng)仿真模型要使用兩個(gè)常量模塊，一個(gè)提供觸發(fā)角的值，一個(gè)設(shè)置為0連接同步6脈沖觸發(fā)器的使能端Block，使其能正常工作。如圖3-5所示。圖3-5 常量參數(shù)設(shè)置（4）同步6脈沖觸發(fā)器輸入端alpha_deg為移相控制角給定信號(hào)，用常量模塊constant輸入控制角。輸入端AB,BC,CA是同步線電壓輸入端。輸入端Block是觸發(fā)器的使能端，

30、當(dāng)此端置0時(shí)，則輸出脈沖。輸出端Pulse是觸發(fā)脈沖的輸出，它是一個(gè)6維向量，即6個(gè)觸發(fā)脈沖?！癋requency of synchronisation voltages(Hz)”：同步電壓頻率（Hz)“Pulse width(degrees)”：脈沖寬度（度） 頻率設(shè)置為50Hz，脈沖用寬脈沖設(shè)置為80°，如圖3-6所示。圖3-6 觸發(fā)器參數(shù)設(shè)置（5）萬(wàn)用表三相橋式全控整流系統(tǒng)仿真模型使用了兩個(gè)萬(wàn)用表，其中一個(gè)萬(wàn)用表的參數(shù)如圖3-7所示，選中Isw1和Usw1，點(diǎn)擊【>>】移入右側(cè)的對(duì)話框中，分別測(cè)量iVT1，uVT1 。另一個(gè)萬(wàn)用表選擇Usrc：A，Usrc：B，Us

31、rc：C，分別測(cè)量A,B,C三相電壓。圖3-7 萬(wàn)用表選擇（6）示波器三相橋式全控整流系統(tǒng)仿真模型使用了兩三個(gè)示波器，最主要的一個(gè)設(shè)置Number of axes 為4，顯示4段波形，分別為負(fù)載電壓ud，負(fù)載電流id，脈沖信號(hào)電壓Ug，A,B,C三相電壓，與萬(wàn)用表連接的示波器，設(shè)置Number of axes 為2，顯示2段波形，分別為晶閘管VT1的電壓和電流，另一個(gè)示波器設(shè)置Number of axes 為3，顯示3段波形，分別為A,B,C三相的電流。如圖。圖3-8 示波器參數(shù)設(shè)置（7）電壓電流測(cè)量由于同步6脈沖觸發(fā)器的AB,BC,CA端為同步線電壓輸入端，而三相電源提供的是相電壓，所以要通

32、過(guò)三個(gè)電壓表進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其他電流電壓測(cè)量無(wú)需設(shè)置直接使用。（8）RLCR=10，L=0H,C=inf（無(wú)窮大）3.4 仿真結(jié)果設(shè)置觸發(fā)脈沖為30°，產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如圖所示，第一列為負(fù)載電壓ud波形，第二列負(fù)載電流id波形，第三列脈沖信號(hào)第四列電壓Ug波形，A,B,C三相電壓波形。圖3-9 =30°仿真波形4.降壓斬波電路（Buck變換器）4.1可關(guān)斷晶閘管（GTO）的仿真4.1.1可關(guān)斷晶閘管模型與晶閘管類似，可關(guān)斷晶閘管導(dǎo)通條件同傳統(tǒng)晶閘管，但是可在門極信號(hào)為0的任意時(shí)刻關(guān)斷，可關(guān)斷晶閘管模型有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，第一個(gè)輸入與輸出是陽(yáng)極媏（a）與陰極端（k），第二個(gè)

33、輸入（g）是門極控制信號(hào)端如圖，當(dāng)勾選“Show measurement port”項(xiàng)時(shí)便顯示第二個(gè)輸出端（m）如圖，這是可關(guān)斷晶閘管檢測(cè)輸出向量Iak Uak端，可連接儀表檢測(cè)流經(jīng)可關(guān)斷晶閘管的電流（Iak）與正向壓降（Uak），可關(guān)斷晶閘管組件的符號(hào)和仿真模型圖如圖所示。 圖4-1 可關(guān)斷晶閘管組件的符號(hào)和仿真模型4.1.2可關(guān)斷晶閘管參數(shù)及其設(shè)置在模型結(jié)構(gòu)圖中，當(dāng)鼠標(biāo)雙擊模型時(shí)，則彈出晶閘管參數(shù)對(duì)話框，如下圖所示圖4-2 可關(guān)斷晶閘管參數(shù)設(shè)置由圖可知，GTO的參數(shù)設(shè)置與晶閘管參數(shù)設(shè)置幾乎完全相同，只是多了兩項(xiàng)“Current 10% fall time Tf(s)”：電流下降時(shí)間Tf。“

34、Current tail time Tt(s)”：電流拖尾時(shí)間Tt。對(duì)于可關(guān)斷晶閘管GTO模型的電路仿真時(shí)，同樣宜采用Ode23tb與Oder15s算法。4.2 Buck變換器的仿真4.2.1電路圖及工作原理在t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)GTO導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，由于電感L的存在，負(fù)載電流i0緩慢上升（電流不能突變），當(dāng)t=t1時(shí)刻，控制GTO關(guān)斷負(fù)載電流經(jīng)二極管續(xù)流，電感L釋放電能，負(fù)載電流i0下降，至一個(gè)周期結(jié)束再驅(qū)動(dòng)GTO導(dǎo)通重復(fù)上一個(gè)周期過(guò)程，當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等，此時(shí)負(fù)載電壓平均值為 U0=ton*E/（ton+tof）=E 圖4-3 降壓斬波電路（阻感負(fù)載）

35、原理圖4.2.2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，整體模型如圖所示圖4-4 仿真電路圖仿真參數(shù)：選擇ode23tb算法，將相對(duì)誤差設(shè)置為1e-3， 開(kāi)始仿真時(shí)間設(shè)置為0，停止仿真時(shí)間設(shè)置為0.003。4.2.3模型參數(shù)簡(jiǎn)介與設(shè)置 （1）直流電壓源“Amplitude”：直流電壓幅值，單位V.測(cè)量“measurements”選擇是否測(cè)量電壓設(shè)置A=100V，“measurements”選None（不測(cè)量電壓），如右圖所示 圖4-5 電源參數(shù)設(shè)置（2）二極管“Resistance Ron(Ohms)”：晶閘管導(dǎo)通電阻Ron（）?！癐nductance Lon（H）”：晶閘管元件內(nèi)電感Lon（H），電感參數(shù)與電阻參數(shù)不能同時(shí)設(shè) 為0。“Forward voltage Vf（V）”：晶閘管元件的正向管壓降Vf（V）。“Initial current Ic（A）”：初始電流Ic（A）。“Snubber resistance Rs（ohms）”：緩沖電阻Rs（）?！癝nubber capacitance Cs（F）”：緩沖電容Cs（F），可對(duì)Rs與Cs設(shè)置不同的數(shù)值以改變或者取消吸收電路?！癝how measu