電力電子課程模板

前言隨著電力電子技術(shù)的不斷開展，可控整流電路在直流電動機(jī)控制、可變直流電源、高壓直流輸電等方面得到廣泛應(yīng)用。本文建立了基于MATLAB/SIMULINK軟件的電力電子電路仿真，三相半波共陰極整流電路的設(shè)計、斬波電路仿真仿真模型，以下給出了仿真實例與仿真結(jié)果。驗證了模型的正確性，并展現(xiàn)了simulink仿真具有的快捷、靈活、方便、直觀等優(yōu)點。從而為電力電子電路的教學(xué)及設(shè)計提供了有效工具。更有助與初學(xué)者學(xué)習(xí)電力電子，加深對各種電路器件原理的理解。目錄TOC\o"1-3"\h\u3533第1章概述 4248791-1課程設(shè)計的任務(wù) 4325361-2課程設(shè)計的目的 4148141-3課程設(shè)計的流程 430200第2章三相半波共陰極整流電路工作原理 4160262-1三相半波共陰極整流電路 5264532-2工作原理 5145762-3數(shù)量計算 69642第3章斬波電路的工作原理 6112773-1直流降壓斬波電路圖 680993-2工作原理 7110923-3數(shù)量關(guān)系 79432第4章Matlab/simulink簡介 7129844-1Simulink簡介 7269434-2根本模塊 7304334.21三相半波共陰極整流電路中的根本模塊介紹 713524.22斬波電路的根本模塊介紹 104954第5章電路的仿真 14245145-1三相半波共陰極整流電路的仿真 14285125.11建立仿真模型 14258495.12參數(shù)設(shè)定 14183295.13仿真結(jié)果 1655885.14分析結(jié)果 1732021小結(jié) 17204545-2斬波電路的仿真 17239355.21建立仿真模型 1797135.22參數(shù)設(shè)定 17142265.23仿真結(jié)果 18138955.24分析結(jié)果 1915138小結(jié) 196333總結(jié) 19第1章概述1-1課程設(shè)計的任務(wù)1-11完成三相半波共陰極整流電路的設(shè)計，輸入電源電壓幅值為310V,頻率為50HZ，負(fù)載為阻感負(fù)載，電感值為50mH，電阻為10；仿真分析觸發(fā)角為和時電路的特性和工作過程；將負(fù)載電感的值修改為5mH和1H，對觸發(fā)角為時的工作過程進(jìn)行仿真，并分析負(fù)載電感對電路特性的影響。1-12斬波電路仿真，分析降壓斬波電路占空比分別為0.2、0.5、0.8時的輸出波形。1-2課程設(shè)計的目的通過設(shè)計使學(xué)生了解Matlab/simulink仿真軟件；學(xué)會搭建仿真模型，參數(shù)設(shè)置；并通過對仿真結(jié)果的分析穩(wěn)固電力電子技術(shù)的根本理論；掌握電力電子技術(shù)根本分析方法；獲得根本技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程以及從事與電氣工程及其自動化專業(yè)有關(guān)的技術(shù)工作和科學(xué)研究打下一定的根底；也便于學(xué)生加深理解和靈活運(yùn)用所學(xué)的理論；提高學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力，為畢業(yè)后的工程實踐打下扎實的根底。1-3課程設(shè)計的流程設(shè)計步驟為：理論分析電路的工作過程；搭建仿真模型；進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；進(jìn)行仿真；分析仿真結(jié)果；小結(jié)。第2章三相半波共陰極整流電路工作原理三相半波共陰極整流電路用了三只晶閘管，與單相電路比擬，其輸出電壓脈動小，輸出功率大。缺乏之處是晶閘管電流即變壓器的副邊電流在一個周期內(nèi)只有1/3時間有電流流過，變壓器利用率較低。2-1三相半波共陰極整流電路〔阻感負(fù)載〕三相半波共陰極整流電路原理圖如圖1-1所示：圖2-1變壓器二次側(cè)必須接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形，為△/Y接法，防止3次諧波流入電網(wǎng)。三個晶閘管分別接入u、v、w三相電源，其陰極連接在一起，稱為共陰極接法，這種接法觸發(fā)電路有公共端，連線方便。負(fù)載接電阻和電感。2-2工作原理主電路理論圖如圖2-1所示。假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，并用VD表示，該電路就成為三相半波不可控整流電路。此時，三個二極管對應(yīng)的相電壓中哪一個的值最大，那么該相對應(yīng)的二極管導(dǎo)通，并使另兩相的二極管承受反壓關(guān)斷，輸出整流電壓即為該相的相電壓。在相電壓的交點處，均出現(xiàn)了二極管換相，即電流由一個二極管向另一個二極管轉(zhuǎn)移，稱這些交點為自然換相點。自然換相點是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時刻，將其作為計算各晶閘管觸發(fā)角α的起點，即α=0。，要改變觸發(fā)角只能是在此根底上增大它，即沿時間坐標(biāo)軸向右移。當(dāng)a<30時：整流電壓波形如圖2-2所示圖2-2當(dāng)a=60時的波形如圖2-3所示圖2-3u2過零時，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來，才換流，——ud波形中出現(xiàn)負(fù)的局部。id波形有一定的脈動，但為簡化分析及定量計算，可將id近似為一條水平線。阻感負(fù)載時的移相范圍為0-902-3數(shù)量計算由于負(fù)載電流連續(xù)，可由式〔2-1〕求出，即變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為晶閘管的額定電流為晶閘管最大正、反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值第3章斬波電路的工作原理3-1直流降壓斬波電路圖降壓斬波電路如圖3－49所示。圖3－1降壓斬波電路原理圖3-2工作原理t=0時刻驅(qū)動V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。t=t1時控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小。3-3數(shù)量關(guān)系(P120-P121)第4章Matlab/simulink簡介4-1Simulink簡介Simulink是MATLAB的重要組成局部，它是MathWorks公司于20世紀(jì)90年代初開發(fā)的產(chǎn)品。Simulink既適用于線性系統(tǒng)，也適用于非線性系統(tǒng)，既適用于連續(xù)系統(tǒng)，也適用于離散系統(tǒng)和連續(xù)與離散混合系統(tǒng)，既適用于定常系統(tǒng)，也適用于時變系統(tǒng)。Simulink提供圖形用戶界面，用戶可以用鼠標(biāo)操作，從模塊庫中調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)模塊，將他們適當(dāng)?shù)剡B接起來以構(gòu)成動態(tài)系統(tǒng)模型，并且用各模塊的參數(shù)對話框為系統(tǒng)中各模塊設(shè)置參數(shù)。當(dāng)各模塊的參數(shù)設(shè)置完成之后，即建立起該系統(tǒng)的模型。Simulink模塊庫內(nèi)容十分豐富，除包括信號源模塊庫〔Sources〕、輸出模塊庫〔Sinks〕、連續(xù)系統(tǒng)模塊庫〔Continuous〕、離散系統(tǒng)模塊庫〔Discrete〕等許多標(biāo)準(zhǔn)模塊外，用戶還可以自己定制和創(chuàng)立模塊。系統(tǒng)的模型建立之后，選擇仿真參數(shù)和數(shù)值算法，便可以啟動仿真程序?qū)υ撓到y(tǒng)進(jìn)行仿真。在仿真過程中，用戶可以設(shè)置不同的輸出方式來觀察仿真結(jié)果。4-2根本模塊4.21三相半波共陰極整流電路中的根本模塊介紹該電路仿真所用模塊及尋找路徑：電源模塊：位于SimPowerSystems/ElectricalSources中。查找路徑如圖4-1所示圖4-1器件模塊：位于SimPowerSystems/Power中，查找路徑如圖4-2所示圖4-2〔3〕脈沖發(fā)生器：位于Simulink/Sources中；查找路徑如圖4-3所示圖4-3阻感負(fù)載：位于SimPowerSystems/Elements中，其中電容參數(shù)設(shè)置為：inf；查找路徑如圖4-4所示圖4-4電壓/電流測量模塊：：位于SimPowerSystems/Measurements中；查找路徑如圖4-5、4-6所示圖4-5圖4-6示波器：位于Simulink/Sinks中。查找路徑如圖4-7所示圖4-74.22斬波電路的根本模塊介紹該電路仿真所用模塊：電源模塊；位于SimPowerSystems/ElectricalSources中；查找路徑如圖4-8所示圖4-8〔2〕器件模塊;位于SimPowerSystems/Power中;查找路徑如圖4-9、4-10所示圖4-9圖4-10(3)脈沖發(fā)生器：位于Simulink/Sources中；查找路徑如圖4-11所示圖4-11(4)電感及RC并聯(lián)支路：位于SimPowerSystems/Elements中，其中電阻參數(shù)設(shè)置為0，電容參數(shù)設(shè)置為：inf；查找路徑如圖4-12所示圖4-12：位于SimPowerSystems/Elements中，其中電感參數(shù)設(shè)置為：0；查找路徑如圖4-13所示圖4-13〔5〕電壓/電流測量模塊：：位于SimPowerSystems/Measurements中；查找路徑如圖4-14、4-15所示圖4-14圖4-15〔6〕示波器：位于Simulink/Sinks中。找路徑如圖4-16所示圖4-16第5章電路的仿真5-1三相半波共陰極整流電路的仿真5.11建立仿真模型啟動MATLAB7.0〔或6.5〕,進(jìn)入SIMULINK后新建Model文檔，然后放置所需模塊〔見第4章〕，連接各個模塊，繪制三相半波共陰極整流電路結(jié)構(gòu)模型圖，如圖5-1所示。圖5-1三相半波共陰極整流電路仿真模型5.12參數(shù)設(shè)定首先設(shè)置電感值為50mH，電阻值為10?，電阻電感負(fù)載參數(shù)設(shè)置如圖5-2所示：圖5-2然后設(shè)置三相交流電壓源的參數(shù)，三相的amplitude為310，frequency為50，Vu的屬性值phase屬性值為0，電壓源Vv的phase屬性值為-120，Vw的phase屬性值為120。電阻Ru、Rv、Rw的屬性值均設(shè)置為0.1。如圖5-3、5-4、5-5、5-6、5-7、5-8所示：圖5-3圖5-4圖5-5圖5-6圖5-7圖5-8接著設(shè)置時鐘信號發(fā)生器clocku、clockv、clockw的參數(shù)，三者的振幅為1V，周期為0.02s，占空比為5%，時相延遲分別為a、a+20/3、a+40/3。如圖5-9、5-10、5-11所示：圖5-9圖5-10圖5-115.13仿真結(jié)果設(shè)置觸發(fā)脈沖α分別為30°、60°。與其產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如圖5-12、圖5-13。在波形圖中第一列波為脈沖波形，第二列波為流過晶閘管電流波形，第三列波為晶閘管電壓波形，第四列波為負(fù)載電流波形和負(fù)載電壓波形。圖5-12觸發(fā)角為30°時產(chǎn)生的相應(yīng)波形圖5-13觸發(fā)角為60°時產(chǎn)生的相應(yīng)波形5.14分析結(jié)果a≤30時，整流電壓波形與電阻負(fù)載時相同。a>30時，u2過零時，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來才換流，由VT2導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時向VT1施加反壓使其關(guān)斷，因此ud波形中會出現(xiàn)負(fù)的局部。id波形有一定的脈動，但為簡化分析及定量計算，可將id近似為一條水平線。阻感負(fù)載時的移相范圍為0°~90。小結(jié)自己自由發(fā)揮5-2斬波電路的仿真5.21建立仿真模型啟動MATLAB7.0〔或6.5〕,進(jìn)入SIMULINK后新建Model文檔，然后放置所需模塊〔見第4章〕，連接各個模塊，繪制斬波電路結(jié)構(gòu)模型圖，如圖5-14所示。圖5-14降壓斬波電路仿真模型5.22參數(shù)設(shè)定雙擊模塊圖標(biāo)彈出參數(shù)設(shè)置對話框，然后按框中提示輸入，假設(shè)有不清楚的地方可以借助help幫助。仿真參數(shù)的設(shè)置與前相同。5.23仿真結(jié)果在參數(shù)設(shè)置完畢后即可以開始仿真。在菜單Simulation下選擇Start，立即開始仿真，假設(shè)要中途停止仿真可以選擇Stop。在仿真計算完成后即可以通過示波器來觀察仿真的結(jié)果。在需要觀察的點上放置示波器，雙擊示波器圖標(biāo)，即彈出示波器窗口顯示輸出波形。得到如圖5-15、圖5-16、圖5-17所示波形。占空比0.2時電壓和電流波形圖5-15占空比0.2時電壓和電流波形占空比0.5時電壓和電流波形圖5-16占空比0.5時電壓和電流波形占空比0.8時電壓和電流波形圖5-17占空比0.8時電壓和電流波形5.24分析結(jié)果自己分析小結(jié)〔自由發(fā)揮〕總結(jié)通過本次課程設(shè)計完成了三相半波共陰極整流電路及斬波電路，讓我有很多感受和體會，深切的感受到了電子技術(shù)在日常生活中的廣泛應(yīng)用，更加理解理論聯(lián)系實際的意義，為以后的工作、