MATLAB電氣系統(tǒng)仿真報(bào)告final

1、大連海事大學(xué)Dalian Maritime University課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：電氣系統(tǒng)建模與仿真姓名：劉建志學(xué)號：2220120329所屬學(xué)院：輪機(jī)工程學(xué)院專業(yè)班級:電氣工程及其自動化（1）班指導(dǎo)教師： 姚玉斌2021年4月13日2015年1月4日目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 設(shè)計(jì)任務(wù)（一）3 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容31、單相橋式整流3 HYPERLINK l bookmark118 o Current Docume

2、nt 設(shè)計(jì)任務(wù)（二）6 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容6 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 1、一階直流激勵RC充、放電電路的研究（學(xué)號尾數(shù)為單數(shù)）6 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 2、二階RLC直流激勵下動態(tài)響應(yīng)的研究8 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 3、二階RLC交流激勵下動態(tài)響應(yīng)的研究9 HYPERLINK l bookmark112 o Current

3、 Document 3、變壓器的穩(wěn)態(tài)分析10 HYPERLINK l bookmark197 o Current Document 設(shè)計(jì)任務(wù)（三）13 HYPERLINK l bookmark121 o Current Document 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容13 HYPERLINK l bookmark133 o Current Document 1、三相橋式整流電路（晶閘管）分析13 HYPERLINK l bookmark149 o Current Document 2、三相PWM逆變電路分析16 HYPERLINK l bookmark155 o Current Document

4、 3、buck 降壓電路分析17 HYPERLINK l bookmark176 o Current Document 4、boost升壓電路分析19設(shè)計(jì)任務(wù)（四）22 HYPERLINK l bookmark200 o Current Document 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容22 HYPERLINK l bookmark211 o Current Document 1、鼠籠型異步電機(jī)直接起動的研究22 HYPERLINK l bookmark223 o Current Document 2、繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動的研究25 HYPERLINK l bookmark233 o Cu

5、rrent Document 電氣系統(tǒng)仿真總結(jié)28設(shè)計(jì)任務(wù)（一）電氣工程及其自動化（1）班 劉建志 學(xué)號：2220120329一、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在整流電路方面的仿真設(shè)計(jì)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、單相橋式整流單相橋式整流加LC濾波電路，電源為220V,50Hz,整流電路輸入為24V, 負(fù)載為10Q阻性負(fù)載，濾波電感L=100mH，濾波電容C=200uF。參數(shù)設(shè)置：電源：220V、50Hz變壓器：200VA、220V/24V電

6、感：100mH并聯(lián)阻容支路：10 Q、200uf理論值計(jì)算：輸出電壓平均值：Uo=0.9cos （0） U2=21.6V注意事項(xiàng)：根據(jù)需要進(jìn)行標(biāo)記模塊根據(jù)需要標(biāo)記連線的名字的根據(jù)需要標(biāo)注示波器的曲線可以通過幫助文件了解模塊的使用方法測量電壓（流）必須經(jīng)由電壓（流）測量模塊進(jìn)入示波器Scope。仿真電路圖:C c-ntinuou 1 DohmsSDOuFPGsraui仿真結(jié)果:二極管3波形二極管4波形電流iTime offset: 0負(fù)載電壓波形Time offset: 0仿真結(jié)果分析：二極管波形分析位于兩個橋壁的二極管3、二極管4交替導(dǎo)通，電流波形由濾波電感、濾波 電容共同決定，當(dāng)二極管截止時(shí)

7、，二極管兩端承受反壓。負(fù)載電壓波形分析當(dāng)1號和4號晶閘管導(dǎo)通時(shí)，整流橋兩端輸出完整的正弦正半波，當(dāng)2號和 3號晶閘管導(dǎo)通時(shí)，整流橋兩端輸出完整的正弦正半波，一個周期內(nèi)整流橋兩端 輸出電壓有效值為21.6V，由于濾波電容作用使負(fù)載兩端的電壓維持在22-26V 之間。設(shè)計(jì)任務(wù)（二）電氣工程及其自動化（1）班 劉建志 學(xué)號：2220120329一、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在整流電路方面的仿真設(shè)計(jì)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、一階直流激勵RC充

8、、放電電路的研究（學(xué)號尾數(shù)為單數(shù)）參數(shù)設(shè)置：電源：20V （直流）斷路器：初始狀態(tài)斷開，0.2s閉合，1s斷開理想開關(guān)：初始狀態(tài)斷開，1s閉合串聯(lián)阻容支路：100Q、100uf理論值計(jì)算：充電時(shí)間t=R*C=0.01s放電時(shí)間t=R*C=0.01s注意事項(xiàng)：根據(jù)需要進(jìn)行標(biāo)記模塊根據(jù)需要標(biāo)記連線的名字的根據(jù)需要標(biāo)注示波器的曲線可以通過幫助文件了解模塊的使用方法測量電壓（流）必須經(jīng)由電壓（流）測量模塊進(jìn)入示波器Scope。仿真電路圖:仿真結(jié)果:電容電流電壓波形仿真結(jié)果分析：在t=0s時(shí)刻理想開關(guān)和斷路器斷開；在t=0.2s時(shí)閉合斷路器，電容充電容，充電開始時(shí)儲能為0，其中電壓最小 而其電壓變化率最

9、大；隨著充電的進(jìn)行，電容儲能增加，電壓增大而電壓變化 率減小，電容中電壓亦接近理論值U =20V；在t=1s時(shí)閉合理想開關(guān)，斷開斷路器，電容放電，放電開始時(shí)儲能為0，其 中電壓最大而其電壓變化率最大；隨著放電的進(jìn)行，電容儲能減少，電壓增大 而電壓變化率減小，放電結(jié)束后電容中電壓為U=0V；2、二階RLC直流激勵下動態(tài)響應(yīng)的研究要求：欠阻尼情況（學(xué)號尾數(shù)為單數(shù)）參數(shù)設(shè)置：電源：10V （直流）斷路器：初始狀態(tài)斷開，0.025s閉合理想開關(guān)：初始狀態(tài)閉合，0.025s斷開電阻：5Q電感：0.01H電容：100uf理論值計(jì)算：臨界阻尼時(shí)電阻取值：Rs=2* （L/C） A（1/2）=20Q注意事項(xiàng)：

10、根據(jù)需要進(jìn)行標(biāo)記模塊根據(jù)需要標(biāo)記連線的名字的根據(jù)需要標(biāo)注示波器的曲線可以通過幫助文件了解模塊的使用方法測量電壓（流）必須經(jīng)由電壓（流）測量模塊進(jìn)入示波器Scope。仿真電路圖：仿真結(jié)果:仿真結(jié)果分析：設(shè)置電容 C=100uf,電感 L=0.01H，根據(jù) Rs=2* （L/C） A（1/2）=20Q,考慮使電 路工作在欠阻尼狀態(tài)，取電阻R=5Q。由圖可見，負(fù)載電流、電壓出現(xiàn)超調(diào)部分， 電路處于欠阻尼狀態(tài)。3、二階RLC交流激勵下動態(tài)響應(yīng)的研究參數(shù)設(shè)置：電源：100V、50Hz斷路器：初始狀態(tài)斷開，0.05s閉合理想開關(guān)：初始狀態(tài)閉合，0.05s斷開電阻：10Q電感：0.1H電容：10uf理論值計(jì)

11、算：（無）注意事項(xiàng)：根據(jù)需要進(jìn)行標(biāo)記模塊根據(jù)需要標(biāo)記連線的名字的根據(jù)需要標(biāo)注示波器的曲線可以通過幫助文件了解模塊的使用方法測量電壓（流）必須經(jīng)由電壓（流）測量模塊進(jìn)入示波器Scope。仿真電路圖:仿真結(jié)果:仿真結(jié)果分析：電路在t=0s時(shí)理想開關(guān)閉合，斷路器斷開，電容充電；電路在t=0.05s時(shí)理想開關(guān)斷開，斷路器閉合，電容放電，電容儲存的電能 在R、L支路被消耗，最終R、L、C的電壓電流均為零。3、變壓器的穩(wěn)態(tài)分析已知：一臺10kVA，60Hz，380V/220V單相變壓器，原、副邊的漏阻抗分 別為：Zp=0.14+j0.22Q, Zs=0.035+j0.055 Q ,勵磁阻抗 Zm=30+j

12、310Q，負(fù)載阻抗 ZL=4+j5 Q。要求：利用Simulink建立仿真模型，計(jì)算在高壓側(cè)施加額定電壓時(shí)，(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 參數(shù)設(shè)置/理論值計(jì)算：(1)電源參數(shù)設(shè)置電源參數(shù)設(shè)置框(2)變壓器參數(shù)設(shè)置 根據(jù)公式：計(jì)算變壓器參數(shù)設(shè)置如下：R(base)=14.44QL(base)=0.0383HR1(pu)=0.0096953L1(pu)=0.01523R2(pu)=0.0072314L2(pu)=0.011363由于國內(nèi)教材常采用變壓器的等效電路與英文版中常采用的等效電路在勵磁支 路上存在區(qū)別，故計(jì)算勵磁阻抗時(shí)，需使用一下轉(zhuǎn)換公式：Rc=3

13、233.4QXm=312.9Lm=Xm/(2*pi*60)=0.83HRm(pu)=Rc/R(base)=223.92Lm(pu)=Lm/L(base)=21.67變壓器參數(shù)設(shè)置框注意事項(xiàng)：根據(jù)需要進(jìn)行標(biāo)記模塊根據(jù)需要標(biāo)記連線的名字的根據(jù)需要標(biāo)注示波器的曲線可以通過幫助文件了解模塊的使用方法測量電壓（流）必須經(jīng)由電壓（流）測量模塊進(jìn)入示波器Scope。仿真電路圖/仿真結(jié)果：仿真結(jié)果分析：根據(jù)電路圖所示，原邊電流有效值20.41A，負(fù)載電壓有效值214.7V，副邊 電流有效值33.5A。設(shè)計(jì)任務(wù)（三）電氣工程及其自動化（1）班 劉建志 學(xué)號：2220120329一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握Matlab/

14、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在整流電路方面的仿真設(shè)計(jì)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、三相橋式整流電路（晶閘管）分析已知：3個交流電源，U = 220 + （學(xué)號10個位號）X20V, 50Hz。串聯(lián)負(fù)載 分別為：R = 1Q, L= 1mH。要求：利用Simulink建立仿真模型，觀察：（a）各個晶閘管的電流、電壓。（b）負(fù)載上的電流、電壓。模型和曲線要有標(biāo)注。參數(shù)設(shè)置：電源：400V、50Hz電感：100mH同步劉脈沖產(chǎn)生器：頻率：50Hz脈寬：10串聯(lián)阻感支路：1Q、

15、1mh理論值計(jì)算：輸出電壓平均值：Uo=2.34cos （0） U2=936V注意事項(xiàng)：根據(jù)需要進(jìn)行標(biāo)記模塊根據(jù)需要標(biāo)記連線的名字的根據(jù)需要標(biāo)注示波器的曲線可以通過幫助文件了解模塊的使用方法測量電壓（流）必須經(jīng)由電壓（流）測量模塊進(jìn)入示波器Scope。仿真電路圖:Lontinuouip-DwerguiBCUniversal BridgeMultimetcrlIlmhI* BottSyncbrnizBdMulOmeterEkc0晶閘管電壓波形晶閘管電流波形仿真結(jié)果分析:1號-6號晶閘管依次導(dǎo)通，后一晶閘管比前一晶閘管滯后60導(dǎo)通，整流后 的電壓在840V-980V波動。2、三相PWM逆變電路分析

16、已知：直流電壓源電壓U = 100 + （學(xué)號10）X20V，輸出頻率50Hz。負(fù)載 分別為：ZL= 2+j1Q。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。參數(shù)設(shè)置：電源：140V（兩個串聯(lián)，中間接地）PWM波形發(fā)生器：載波頻率：1000Hz輸出電壓頻率：50Hz （其余參數(shù)采用默認(rèn) 值）三相阻感負(fù)載：2Q、3.183mh注意事項(xiàng)：根據(jù)需要進(jìn)行標(biāo)記模塊根據(jù)需要標(biāo)記連線的名字的根據(jù)需要標(biāo)注示波器的曲線可以通過幫助文件了解模塊的使用方法測量電壓（流）必須經(jīng)由電壓（流）測量模塊進(jìn)入示波器Scope。仿真電路圖：pcweroui仿真結(jié)果:3、buck降壓電

17、路分析已知：直流電壓源電壓U = 100 + （學(xué)號10）X20V。負(fù)載為：RL= 50Q,濾 波電容C=0.3mF。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。提示：脈沖發(fā)生器位于Simulink的Sources，周期取0.0001s，脈沖寬度取 60%。參數(shù)設(shè)置：電源：280V（直流）脈沖發(fā)生器：周期：0.0001s脈寬：60% （其余參數(shù)采用默認(rèn)值）電感：11H電阻：100Q電容：0.3mf理論值計(jì)算：負(fù)載電壓U=60%E=168V注意事項(xiàng)：根據(jù)需要進(jìn)行標(biāo)記模塊根據(jù)需要標(biāo)記連線的名字的根據(jù)需要標(biāo)注示波器的曲線

18、可以通過幫助文件了解模塊的使用方法測量電壓（流）必須經(jīng)由電壓（流）測量模塊進(jìn)入示波器Scope。仿真電路圖:IGBT電流電壓波形負(fù)載的電壓電流質(zhì)載電JE員載電流rime offset1 0仿真結(jié)果分析：E=280V，脈沖寬度取60%，負(fù)載電壓U=60%E=168V，根據(jù)負(fù)載電壓波形 可知降壓電路運(yùn)行正常。4、boost升壓電路分析已知：直流電壓源電壓U = 100 + （學(xué)號10）X20 V。負(fù)載為：RL= 100Q, 濾波電容C=0.3mF。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。提示：脈沖發(fā)生器位于Simu

19、link的Sources，周期取0.0001s，脈沖寬度取 60%。參數(shù)設(shè)置：電源：280V（直流）脈沖發(fā)生器：周期：0.0001s脈寬：60% （其余參數(shù)采用默認(rèn)值）電感：1.25H電阻：100Q電容：0.3mf理論值計(jì)算：負(fù)載電壓 U=E/（1-60%）=700V注意事項(xiàng)：根據(jù)需要進(jìn)行標(biāo)記模塊根據(jù)需要標(biāo)記連線的名字的根據(jù)需要標(biāo)注示波器的曲線可以通過幫助文件了解模塊的使用方法測量電壓（流）必須經(jīng)由電壓（流）測量模塊進(jìn)入示波器Scope。仿真電路圖:IGBT電流電壓波形負(fù)載電流電壓波形仿真結(jié)果分析:E=280V,脈沖寬度取60%,負(fù)載電壓U=E/(1-60%)=700V,根據(jù)負(fù)載電壓波 形可知

20、升壓電路運(yùn)行正常。設(shè)計(jì)任務(wù)（四）電氣工程及其自動化（1）班 劉建志 學(xué)號：2220120329一、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在整流電路方面的仿真設(shè)計(jì)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、鼠籠型異步電機(jī)直接起動的研究已知：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相轉(zhuǎn)子電流Ir

21、a、A相定子電 流Isa、轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）、電磁轉(zhuǎn)矩。模型和曲線要有標(biāo)注。參數(shù)設(shè)置：電源：220V、60Hz三相電阻:60Hz、5kw（其他參數(shù)默認(rèn)設(shè)置）三相電壓電流測量器：ThreeFtisE& yl JtESEinMMii 血（link）Thia hlu-ck UE&d. to bsbitt? 1jaer&lLaEE voltacBG ejl-1 cuzrEntE Id a cgnTL Vheii : , ! 1 : ：i ； J I . 1 I . - : i j ! : * cinmeatEHl in vatu 日at r&tiniL Ui& three-EicnmdcinrsntE-.

22、bl-oct can output thp wltagEE and cinre-ntE In peer wit vsJtlbc 仙口 理 vltE and1e- ecwwiiAte Ihxebe if f-dtl wheI to output i& voltaEBE andCinTEETtfi iXtl JMliPsrSH&tETEP Current & in miBase Pulver I： VA 3 idLa 曲啊喑Base v-nltacephase-jhHE&Ji.Output: Eg遂OS。皿el并聯(lián)阻容支路：10 Q、200uf放大器：30/pi電動機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩：T =10.29NM

23、電機(jī)測量分配器：Nachin? BH&TLmsntE (naEk) (link)SlitEiExicla- of v-bj-iq-ue achiHE hhIIe .巳邑5皿已日政it -outputVMtccr intn eepairat b Ei gnals _Faz-HBet ecr&Ji&chin匚 type:ksrnehTDiiGQSKctnrcuiTent&ii ijb izrizi KotciCUTTffllt iT_Q ir_4 Rotorflux BEKvtarvnltaee-aE plxlrn pliird vr_-a vr_d 1EtatnrClETTMltES-fca-t

24、ncrcuzrx ent eia ib ic Ji e_q i&_-d Statccrf ItlkbeStatDivoltacERctcr 鄰且 &dVS_Q VE_1 J m Kutor ancletorque Tb E thetM TaiCfincelBLd異步電機(jī)設(shè)置:AstqchrnnDiis UechinB- (ask) (link)IWpieaBntE a three-pihase aETZLchroiLcaiE Hachine wound rotor ncr &nuiirel cseb Kod&led in a Eelwit且Lie du rsfecrmce frane rotc

25、Tj statcTj dt EynchiDnnue). Stator and Hntnr vin-dinEE aze- cDimected in tb to an inteinal neutxal i*nizit.Cc-nfieui at i-cnRre-set model:EdIdt type:MaEk units:PHT-aa&t ereAdvanc edMechanical input :Refeience frasiB：OK注意事項(xiàng)：根據(jù)需要進(jìn)行標(biāo)記模塊根據(jù)需要標(biāo)記連線的名字的根據(jù)需要標(biāo)注示波器的曲線可以通過幫助文件了解模塊的使用方法測量電壓（流）必須經(jīng)由電壓（流）測量模塊進(jìn)入示波器S

26、cope。仿真電路圖：A相轉(zhuǎn)子電流Ira、A相定子電流Isa、轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）、電磁轉(zhuǎn)矩波形:TiTce-PhnseV- MeaiJjrEmentMs diim klMK.r-1-Tnai 皿 1將廣日:.11 : FEl.n同躊（EG “rD仿真結(jié)果分析：鼠籠式異步電機(jī)起動后隨著轉(zhuǎn)速的增加，轉(zhuǎn)子電流和定子電流均減小，穩(wěn)定 后在很小的范圍內(nèi)周期性波動；電磁轉(zhuǎn)矩逐漸減小，最終趨于穩(wěn)定在10.29Nm。2、繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動的研究已知：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）/

27、100Nm。 串聯(lián)電阻R = 3Q。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)數(shù)（rpm）、電磁轉(zhuǎn)矩。模型和曲線要有標(biāo) 注。參數(shù)設(shè)置：電源：220V、60Hz三相電壓電流測量器：ThmLPti眺e 五宜即EinezFLT lEHEk） （lidkHiE bl-o-ck ie uEed 午 thjaer&LasEejlI cinreotE id aIheRHHmeottil az natn b ttzree-pbaE e 巨leflentj St T&tmiL tM& three-Eiwmd 罕說包咨 find Iih

28、b cuTrentE-.bl-oct JL outpoit th咨 voltagEE and Lure-ntE In per ooil公丁 垣 vitltE szid田mer即.CtEk th白 而皿呻riE f-dtl wniit tn output i& voltaeBE and.cuTrerrtE iz puParEBBterEVljltfiEB 拓皿EBEOt 曲|C iirrent fiB-asui eseat ye7*1g 口拓a曲號1IeiMI j|ueq-4 Frnu block 七口 -tHfllo-ot 氏if ciipiial血b虹P Cinrartt in miBase ihmvei 小向 3 血a曲堀所Base YoltaEB （Ttras phase-jkhBE&J :5Wb3Qmtput： : Coqpjfri| 十os。皿砂 1E&lp ApLr：并聯(lián)阻容支路：10 Q、200uf放大器：30/pi電動機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩：T =10.29NM異步電機(jī)繞線串聯(lián)斷路器電阻：3Q電機(jī)測量分配器:Nachin? H&a&TEmntE皿毗 (