電氣系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計(jì)報(bào)告(大連海事大學(xué))

課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：電氣系統(tǒng)建模與仿真姓名：xx學(xué)號(hào)：222014xx09所屬學(xué)院：輪機(jī)工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化（1）班指導(dǎo)教師：王瑩、朱景偉2017年1月2日目錄TOC\h\z\t"樣式1,1,樣式2,2,樣式4,3"目錄 1設(shè)計(jì)任務(wù)一 2一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2二. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 21. 單相橋式整流 2設(shè)計(jì)任務(wù)2 5一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?5二. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 51. 一階直流激勵(lì)RC充、放電電路的研究(學(xué)號(hào)尾數(shù)為單數(shù)) 52. 二階RLC直流激勵(lì)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究 63. 二階RLC交流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究 74. 變壓器的穩(wěn)態(tài)分析 9設(shè)計(jì)任務(wù)3 13一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?13二. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 131. 三相橋式整流電路（晶閘管）分析 132. 三相PWM逆變電路分析 163. buck降壓電路分析 174. boost升壓電路分析 19設(shè)計(jì)任務(wù)4 22一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?22二. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 221. 籠型異步電機(jī)直接起動(dòng)的研究 222. 繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)的研究 25電氣系統(tǒng)仿真總結(jié) 29設(shè)計(jì)任務(wù)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆誐atlab/Simulink中SimPowerSystems工具箱的基本建模方法掌握Matlab/Simulink電氣仿真的基本步驟利用Matlab/Simulink在基本電路與磁路、電力電子技術(shù)、電氣傳動(dòng)等方面的仿真設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容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10Ω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電感：100mH并聯(lián)阻容支路：10ohms、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(cè)量電壓(流)必須經(jīng)由電壓(流)測(cè)量模塊進(jìn)入示波器Scope。仿真電路:仿真結(jié)果：二極管3波形:二極管4波形:負(fù)載電壓波形:仿真結(jié)果分析：二極管波形分析:位于兩個(gè)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)，二極管兩端承受反壓。負(fù)載電壓波形分析：當(dāng)1號(hào)和4號(hào)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(hào)和3號(hào)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(gè)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18V~22V之間。設(shè)計(jì)任務(wù)2實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆誐atlab/Simulink中SimPowerSystems工具箱的基本建模方法掌握Matlab/Simulink電氣仿真的基本步驟利用Matlab/Simulink在基本電路與磁路、電力電子技術(shù)、電氣傳動(dòng)等方面的仿真設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一階直流激勵(lì)RC充、放電電路的研究(學(xué)號(hào)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：500ohms、100uF理論值計(jì)算：充電時(shí)間t=R*C=0.05s放電時(shí)間t=R*C=0.05s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(cè)量電壓(流)必須經(jīng)由電壓(流)測(cè)量模塊進(jìn)入示波器Scope。仿真電路圖：電容電流波形：電容電壓波形：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(chǔ)能為0，其中電壓最小而其電壓變化率最大；隨著充電的進(jìn)行，電容儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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；二階RLC直流激勵(lì)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究要求：欠阻尼情況（學(xué)號(hào)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，0.01s閉合理想開關(guān)：初始狀態(tài)閉合，0.01s斷開電阻：5ohms電感：10mH電容：100uF理論值計(jì)算：臨界阻尼時(shí)電阻取值：Rs=2*（L/C）^(1/2)=20Ω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(cè)量電壓(流)必須經(jīng)由電壓(流)測(cè)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=10mH，根據(jù)Rs=2*（L/C）^(1/2)=20ohms,考慮使電路工作在欠阻尼狀態(tài)，取電阻R=5ohms。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)。二階RLC交流激勵(lì)下動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究參數(shù)設(shè)置：電源：100V、50Hz電阻：1ohm電感：1mH電容：10uF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(cè)量電壓(流)必須經(jīng)由電壓(流)測(cè)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：結(jié)論：交流電源電容、電阻、電感電壓都為正弦波/電路穩(wěn)定后，電感接近短路電阻兩端電壓與電容兩端電壓相差半個(gè)周期（由于電容、電感正方向相反，所以圖中顯示為同向）變壓器的穩(wěn)態(tài)分析一臺(tái)10kVA，60Hz，380V/220V單相變壓器，原、副邊的漏阻抗分別為：Zp=0.14+j0.22Ω,Zs=0.035+j0.055Ω,勵(lì)磁阻抗Zm=30+j310Ω，負(fù)載阻抗ZL=4+j5Ω。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)置和理論值計(jì)算：電源參數(shù)設(shè)置：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)=14.44ΩL(base)=0.0383H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(lì)磁支路上存在區(qū)別，故計(jì)算勵(lì)磁阻抗時(shí)，需使用一下轉(zhuǎn)換公式：Rc=3233.4ΩXm=312.9Lm=Xm/(2*pi*60)=0.83HRm(pu)=Rc/R(base)=223.92Lm(pu)=Lm/L(base)=21.67變壓器的參數(shù)如圖：原邊漏阻抗：副邊漏阻抗：仿真電路圖：仿真結(jié)果分析：根據(jù)電路圖所示，原邊電流有效值20.44A，負(fù)載電壓有效值214.8V，副邊電流有效值33.54A。設(shè)計(jì)任務(wù)3實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆誐atlab/Simulink中SimPowerSystems工具箱的基本建模方法掌握Matlab/Simulink電氣仿真的基本步驟利用Matlab/Simulink在基本電路與磁路、電力電子技術(shù)、電氣傳動(dòng)等方面的仿真設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三相橋式整流電路（晶閘管）分析已知：3個(gè)交流電源，U=220+(學(xué)號(hào)%10)×20V，50Hz。串聯(lián)負(fù)載分別為：R=1Ω，L=1mH。要求:利用Simulink建立仿真模型，觀察：(a)各個(gè)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。提示：(1)Synchronized6-PulseGenerator位于ExtraLibrary的ControlBlocks。其Block端輸入為0(選constant模塊)，頻率為50Hz。(2)整流橋選UniversalBridge，位于powerelectronics模塊中。參數(shù)設(shè)置：電源：400V、50Hz電感：100mH同步6脈沖產(chǎn)生器：頻率：50Hz脈寬：10°串聯(lián)阻感支路：1ohm、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(cè)量電壓(流)必須經(jīng)由電壓(流)測(cè)量模塊進(jìn)入示波器Scope。仿真電路圖仿真結(jié)果晶閘管電壓波形：晶閘管電流波形：負(fù)載電壓電流波形：仿真結(jié)果分析：1號(hào)-6號(hào)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(dòng)。

三相PWM逆變電路分析已知：直流電壓源電壓U=100+(學(xué)號(hào)%10)×20V，輸出頻率50Hz。負(fù)載分別為：ZL=2+j1Ω。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。提示：(1)兩個(gè)直流電壓源串聯(lián)，中間接地。(2)整流橋的橋臂數(shù)選3，ABC為輸出。(3)PWM發(fā)生器位于ExtraLibrary的DiscreteControlBlocks，載波頻率取輸出頻率的20倍。(4)需要Powergui模塊。參數(shù)設(shè)置：電源：140V(兩個(gè)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：2ohms、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(cè)量電壓(流)必須經(jīng)由電壓(流)測(cè)量模塊進(jìn)入示波器Scope。仿真電路圖：仿真結(jié)果：負(fù)載電壓波形：負(fù)載電流波形：buck降壓電路分析已知：直流電壓源電壓U=100+(學(xué)號(hào)%10)×20V。負(fù)載為：RL=50ohms，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：10H電阻：100ohms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)注示波器的曲線可以通過幫助文件了解模塊的使用方法測(cè)量電壓(流)必須經(jīng)由電壓(流)測(cè)量模塊進(jìn)入示波器Scope。仿真電路圖：仿真結(jié)果：IGBT電流電壓：負(fù)載電壓電流：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。boost升壓電路分析已知：直流電壓源電壓U=100+(學(xué)號(hào)%10)×20V。負(fù)載為：RL=100ohms，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：1H電阻：100ohms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(cè)量電壓(流)必須經(jīng)由電壓(流)測(cè)量模塊進(jìn)入示波器Scope。仿真電路圖:仿真結(jié)果：IGBT電流電壓：負(fù)載電壓電流：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)載電壓波形可知升壓電路運(yùn)行正常。

設(shè)計(jì)任務(wù)4實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆誐atlab/Simulink中SimPowerSystems工具箱的基本建模方法掌握Matlab/Simulink電氣仿真的基本步驟利用Matlab/Simulink在基本電路與磁路、電力電子技術(shù)、電氣傳動(dòng)等方面的仿真設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容籠型異步電機(jī)直接起動(dòng)的研究已知：三相交流電壓源(線電壓取值：學(xué)號(hào)單號(hào)為220V，雙號(hào)為380V)，頻率(單號(hào)：60Hz，雙號(hào)為50Hz)。電動(dòng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩T=10+(學(xué)號(hào)%100)/100Nm。要求: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)數(shù)(rpm)、電磁轉(zhuǎn)矩。模型和曲線要有標(biāo)注。提示：(1)電機(jī)要選擇AsynchronousMachineSIUnits。(2)電源和電機(jī)的電壓、頻率需要設(shè)置。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(cè)量器：放大器：30/pi電動(dòng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩：T=10.09N·M母線選擇器（第一個(gè)）參數(shù)：異步電機(jī)設(shè)置：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(cè)量電壓(流)必須經(jīng)由電壓(流)測(cè)量模塊進(jìn)入示波器Scope。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：仿真結(jié)果分析：鼠籠式異步電機(jī)起動(dòng)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(dòng)；電磁轉(zhuǎn)矩逐漸減小，最終趨于穩(wěn)定在10.09N·m。繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)的研究已知：三相交流電壓源(線電壓取值：學(xué)號(hào)單號(hào)為220V，雙號(hào)為380V)，頻率(單號(hào)：60Hz，雙號(hào)為50Hz)。電動(dòng)機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)矩T=10+(學(xué)號(hào)%100)/100Nm。串聯(lián)電阻R=3Ω要求:利用Simulink建立仿真模型，對(duì)比未串聯(lián)和串聯(lián)電阻起動(dòng)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)