本科生電氣系統(tǒng)仿真報告

電氣系統(tǒng)計算機輔助分析與仿真課程設(shè)計報告指導(dǎo)老師：XXX、XXX學(xué)生姓名：XXX專業(yè)班級：2011級電氣X班學(xué)號：222011XXXX2013年12月27日一、實驗?zāi)康?、掌握Matlab/Simulink中SimPowerSystems工具箱的根本建模方法；2、掌握Matlab/Simulink電氣仿真的根本步驟；3、利用Matlab/Simulink在根本電路與磁路、電力電子技術(shù)、電氣傳動等方面的仿真設(shè)計。二、實驗任務(wù)及其內(nèi)容的實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)1：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，負載為10Ω阻性負載，濾波電感L=100mH，濾波電容C=200uF。1、仿真電路圖2、理論計算：2=0.9*24=21.6V3、參數(shù)設(shè)置：a、變壓器V1=220v、V2=24V、f=50Hz.其余參數(shù)取默認值。b、濾波電感L=100mH、電容C=100uF.、負載電阻R=10Ω.c、二極管正向壓降為0.8V.4、仿真結(jié)果：a、輸出負載電壓波形b、二極管VD2的電壓波形和電流波形c、二極管VD4的電壓波形和電流波形5、仿真結(jié)果分析：整流橋兩個橋臂各導(dǎo)通180度，二極管在承受負電壓時截止，電流為0，因此只有正半局部的電流值，而且二極管有0.8V的導(dǎo)通壓降?？紤]電感的阻抗壓降，到達穩(wěn)態(tài)時輸出V≈20V，與理論計算根本吻合。設(shè)計任務(wù)2：根本電路與磁路的仿真設(shè)計：電路局部一、一階直流鼓勵R充、放電電路的研究仿真電路圖：充電：放電：理論分析：充電過程：電源VCC=100V經(jīng)電阻R=50Ω向電容C充電，充電起始電流，隨著時間變化，電容電壓安指數(shù)規(guī)律上升最終到達100V，充電電流安指數(shù)規(guī)律遞減，最終較小到0.放電過程：設(shè)置電容電壓初始值為100V，電容向50Ω電阻放電，初始放電電流，隨著時間變化，電容電壓和充電電流都按指數(shù)規(guī)律減小到0。電容電壓的波形和充電電流的波形充電過程：放電過程：4、仿真結(jié)果分析：有充放電響應(yīng)曲線可以看去，充放電電容電壓和充放電電流都按指數(shù)規(guī)律變化，充放電電流的初始值都為2A，同一電路中，電容充放電電流方向相反。充電過程到達穩(wěn)態(tài)后，電容電壓到達電源電壓100V。放電過程到達穩(wěn)態(tài)后電容電壓和放電電流都變?yōu)?.二、二階RLC直流和交流鼓勵下動態(tài)響應(yīng)的研究〔直流鼓勵：欠阻尼情況〕仿真原理圖：直流鼓勵：交流鼓勵：參數(shù)設(shè)置L=1mH、C=10uF，欠阻尼情況下，取R=5Ω.理論分析：二階RLC直流鼓勵下的響應(yīng)會出現(xiàn)加大的超調(diào)，但響應(yīng)速度快，時間短。交流鼓勵下，如下圖電路，開關(guān)閉合后，由于電源頻率為50Hz,屬于低頻，感抗遠遠小于容抗，故電容電流很小，開關(guān)斷開后，電容和電感并聯(lián)諧振，諧振頻率：。4、仿真結(jié)果直流鼓勵情況下：交流鼓勵情況下：仿真結(jié)果分析：在直流鼓勵下，二階RLC串聯(lián)電路中，電阻R=5Ω.電路狀態(tài)為欠阻尼，從響應(yīng)曲線可以看出，超調(diào)量較大，但響應(yīng)時間比臨界阻尼和過阻尼情況下短。交流鼓勵下，由于電源頻率低，開關(guān)閉合之前，電感幾乎將電容短路，故電容電壓近似為零。開關(guān)斷開后，電感、電容并聯(lián)諧振。三、磁路局部：單相變壓器仿真設(shè)計設(shè)計要求：一臺10kVA，60Hz，380V/220V單相變壓器，原、副邊的漏阻抗分別為：ΩΩ,勵磁阻抗Zm=30+j310Ω，負載阻抗ZL=4+j5Ω。要求:利用Simulink建立仿真模型，計算在高壓側(cè)施加額定電壓時，(a)分別計算原、副邊的電流的有效值。(b)副邊的負載上電壓的有效值。仿真原理圖：2、參數(shù)設(shè)置與理論計算由設(shè)計要求可知，容量：頻率：原邊電壓有效值：副邊電壓有效值：原邊漏阻抗對應(yīng)的電阻、電感：；副邊漏阻抗對應(yīng)的電阻、電感：；勵磁電阻：勵磁電感：勵磁電感：故參數(shù)設(shè)置如下列圖：4、仿真結(jié)果原、副邊電壓電流如下圖：效率：5、仿真結(jié)果分析在模式ode45下輸出負載電壓有效值204.7V，且計算時間很慢，改用ode23s算法后，變壓器二次電壓為214.7V。帶負載情況下，受內(nèi)阻壓降的影響，二次側(cè)端電壓有所降低。符合實際情況。有與仿真計算對損耗的考慮不全面。本設(shè)計過程中，還可取額定容量和額定電壓為基值，推算其他參數(shù)的標幺值，各參數(shù)用標幺值表示。設(shè)計任務(wù)3：幾種典型的變流電路的仿真設(shè)計一、三相橋式整流電路〔晶閘管〕分析1、仿真電路圖參數(shù)設(shè)置：電源電壓有效值U=270V，f=50Hz負載R=1Ω、L=1mH理論計算：負載電壓：當ɑ=0度時：V當ɑ=30度時：4、仿真結(jié)果：當a=0度：負載電壓電流波形：晶閘管電壓波形：當ɑ=30度時：負載電壓波形和電流波形晶閘管電壓波形：二、三相PWM逆變電路分析〔IGBT〕1、仿真電路圖：參數(shù)設(shè)置：直流電源電壓U=150V，電容C1=C2=3000uF,頻率f=50Hz,負載ZL=2+j1Ω。3、仿真結(jié)果：電壓波形：電流波形：仿真結(jié)果分析：逆變時一定要加電阻R1，應(yīng)為電容電壓不能突變。電容C1，C2串聯(lián)，中間取參考點，即可得到正負電源。且電容越大，輸出電壓越平滑。三、buck降壓電路分析1、仿真電路圖：2、參數(shù)設(shè)置：直流電壓VDC150V，電感L=0.2uH，濾波電容C=300uF，負載電阻RL=50Ω開關(guān)頻率f=10KHz、占空比ɑ=0.6.理論分析計算：輸出電壓：負載電流：仿真結(jié)果負載電壓電流波形：仿真結(jié)果分析輸出負載電壓值約為100多伏，比理論值高10v，是由于電容將電壓泵升。負載電流約為2A，根本符合理論值。四、boost升壓電路分析1、仿真電路圖：2、參數(shù)設(shè)置：直流電壓VDC150V，電感L=0.2uH，濾波電容C=300uF，負載電阻RL=100Ω開關(guān)頻率f=10KHz、占空比ɑ=0.6.3、理論分析計算：輸出電壓：負載電流：仿真波形：5、仿真結(jié)果分析輸出電壓值為，電流為，理論電壓值為375V，電流值為3.75A.仿真結(jié)果與理論值吻合.設(shè)計任務(wù)4：電機拖動電路的仿真設(shè)計鼠籠型異步電機直接起動的研究1、仿真電路圖2、參數(shù)設(shè)置理論計算：同步轉(zhuǎn)速：仿真結(jié)果5、仿真結(jié)果分析工程中一般10Kw下的電機允許直接起動，且起動時間一般在1s秒之內(nèi)。本次設(shè)計三相四級鼠籠式異步電機，其容量為7.5Kw。起動電流，起動轉(zhuǎn)矩很大。1s時電機起動，開始穩(wěn)定運行，由于電機空載，故穩(wěn)態(tài)電流、轉(zhuǎn)矩都比擬下。穩(wěn)態(tài)電流大局部來建立旋轉(zhuǎn)磁場，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩那么用來克服摩擦阻力。繞線式異步電機轉(zhuǎn)子串電阻起動的研究1、仿真電路圖2、參數(shù)設(shè)置3、理論計算：同步轉(zhuǎn)速：穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩：〔額定轉(zhuǎn)速近似取同步轉(zhuǎn)速〕轉(zhuǎn)差率S=1時：故：轉(zhuǎn)子回路所串的電阻?。骸矊嶋H仿真中取了R=3Ω〕注意：在t=0時起動電機，t=0.6s時閉合斷路器，將轉(zhuǎn)子繞組短路仿真結(jié)果：串電阻起動：未串電阻啟動：5、仿真結(jié)果分析由仿真結(jié)果可以看出，串電阻起動時的起動電流約為75A，轉(zhuǎn)矩約為130N*M，不串電阻起動時，起動電流約為130A，起動轉(zhuǎn)矩約為100N*M，因此轉(zhuǎn)子回路串電阻起動能夠有效減小起動電流，增大起動轉(zhuǎn)矩，起動性能好。三、課程設(shè)計總結(jié)與心得在仿真過程中，熟練地掌握了Matlab/Simulink中SimPowerSystems工具箱的根本建模方法，掌握了Matlab/Simulink電氣仿真的根本步驟，加深了對根本電路與磁路、電力電子技術(shù)、電氣傳動等方面知識的理解。在做Boost升壓電路時，發(fā)現(xiàn)萬用表測出的數(shù)據(jù)與理論和實際相差很大，好多人都出現(xiàn)了這個問題，最終在命令窗口中用plot繪圖，得到了正確的響應(yīng)曲線。在電機的仿真設(shè)計過程中，通過調(diào)節(jié)各種參數(shù)，使電機正常運轉(zhuǎn)，7.5Kw電機起動時間長達20s,以為大功告成，可是老師指出：仿真要盡最大的努力仿實際的工作過程，不能隨意設(shè)置參數(shù)。于是我又查找相關(guān)資料，得知工程中10Kw以下電機電機的起動時間一般小于1s,于是根據(jù)實際情況，調(diào)整相關(guān)參數(shù)，并對其他電路的參數(shù)也做了調(diào)整。最終完成仿真設(shè)計。由于自己做過實際的Buck、Boost等實際的斬波電路，發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果過于理想，因此，仿真只能為實際工程提供一個參考，仿真的結(jié)果并不能作為“真理”