电力电子的matlab仿真设计

吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计目 录摘 要IABSTRACTII第1章 前言11.1 设计目的11.2 设计的主要内容11.3 电力电子技术简介11.4 MATLAB在电力电子中的应用1第2章 单相半波可控整流电路仿真32.1单相半波可控整流电路（电阻性负载）32.1.1建立仿真模型32.1.2仿真参数设置42.1.3仿真结果42.2 单相半波可控整流电路（阻-感性负载）52.2.1原理图52.2.2建立仿真模型62.2.3仿真参数设置62.2.4仿真结果7第3章 单相全控桥式整流电路仿真83.1单相全控桥可控整流电路（电阻性负载）83.1.1建立仿真模型83.1.2仿真参数设置93.1.3 仿真结果93.2单相全控桥可控整流电路（阻-感性负载）113.2.1建立仿真模型113.2.2仿真参数设置123.2.3 仿真结果12第4章 三相全控桥式整流电路仿真144.1三相全控桥式可控整流电路（电阻性负载）144.1.1建立仿真模型144.1.2仿真参数设置154.1.3 仿真结果154.2三相全控桥式可控整流电路（阻-感性负载）174.2.1建立仿真模型174.2.2仿真参数设置174.2.3 仿真结果18总 结19致 谢20参考文献21摘 要电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术，使电能可以交换和控制，产生了现代各种高效节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产，交通运输，楼宇办公家庭自动化提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量，使人类社会生产生活发生了巨大变化。电力电子技术由于电力电子器件自身的非关联性，给电力电子电路和系统的分析了一定的复杂性和困难，一般常用波形分析和分段线性化处理的方法来研究电力电子电路。现代计算机仿真技术为电力电子电路和系统的分析提供了崭新的方法，可以使复杂的电力电子电路系统的分析和设计变得更加容易和有效。MATLAB软件是由美国Math Works公司推出的用于数值计算和图形处理的科学计算软件系统被誉为“巨人肩上的工具”MATLAB早期主要用于控制系统的仿真，经过不断扩展已经成为包含通信电气工程优化控制等诸多领域的科学计算软件，可以用于电力电子电路和电力拖动控制系统的仿真。因此本课题在MATLAB的基础上进行电力电子变流电路的仿真，运用现代仿真技术研究和比较各种电力电子变流电路。关键词：MATLAB,电力电子技术,仿真1ABSTRACTElectronic technology, power electronic technology is applied in the electric field, the electric energy can be exchanged and control, the new power of all modern energy-efficient and DC speed regulating device, as industrial production, transportation, building a home automation provides high new technology modernization, improve the production efficiency and the quality of life of people, the dramatic changes in human social life and production. Power electronic technology, power electronic devices due to the non relevance itself, to power electronic circuits and systems analysis of some of the complexities and difficulties, analyzes common waveform and piecewise linearization method to study the power electronic circuit. Provides a new method for the analysis of power electronic circuits and systems of modern computer simulation technology, makes the analysis and design of power electronic circuits and complex system more easily and effectively. The MATLAB software is introduced by American Math Works company for numerical computing and graphics processing in scientific computing software system known as the giants shoulder early MATLAB mainly used in the simulation of control system, through continuous expansion has become including optimizing control communication electrical engineering and many other fields of scientific computing software, can be used for simulation of power electronic circuit and electric drive control system. So the research of simulation of power electronic converter circuit based on MATLAB, using the technology of simulation and comparison of various power electronic converter circuit.Keywords: MATLAB, power electronics technology, simulation1 第1章 前言1.1 设计目的1. 要求对电力电子技术有较全面和深刻的理解。2. 通过此次课程设计，使所学的电力电子技术进行全面的复习和总结，巩固所学的理论知识。3. 通过理论与实践相结合，提高分析问题和解决问题的能力。4. 学会使用规范、标准及有关设计资料。5. 初步掌握设计步骤和基本内容，掌握编写设计说明书的基本方法。6. 在绘制MATLAB仿真图得到了初步锻炼。1.2 设计的主要内容 1.建立单相半波可控整流电路仿真模型。 2.建立单相全控桥式整流电路仿真模型。 3.建立三相全控桥式整流电路仿真模型。1.3 电力电子技术简介电力电子技术是一种电能处理技术(Electrical Energy Processing)，即采用功率半导体器件（电力电子器件）和线路对电能进行转换(conversion)、控制(control)和高效利用(efficient use)的一门技术。广泛应用于各种电源系统、电气传动自动化系统及电力系统等工业生产和民用部门。主要研究内容（Power Electronics contents)：电力电子器件、电力电子电路、电力电子装置。1.4 MATLAB在电力电子中的应用MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。在本次电力电子技术仿真设计中，我们主要应用到matlab里的simulink工具库里的一些小工具模块，还有simulink power工具库。通过MATLAB，树立模型仿真，让我们清楚的了解电力电子技术的各种技巧。电力电子技巧仿真的所有原件模子都包括在MATLAB的电力体系模块中。第2章 单相半波可控整流电路仿真2.1单相半波可控整流电路（电阻性负载）单相半波可控整流电流（电阻性负载）原理图，晶闸管作为开关元件，变压器t器变换电压和隔离的作用，用u1和u2分别表示一次和二次电压瞬时值，二次电压u2为50Hz正弦波波形如图所示，其有效值为u2，如图2-1。图2-1单相半波可控整流电路（电阻性负载）2.1.1建立仿真模型根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，如图2-2。 图2-2单相半波可控整流电阻负载仿真电路2.1.2仿真参数设置选择ode45s算法，相对误差选择1e-3，开始时间为0，结束时间为0.1s。选择电源参数频率为50Hz，电压峰值为220v。R=1选择晶闸管参数R=0.0001，L=0,Vf=0，Ic=0，Rs=10，Cs=47e-62.1.3仿真结果设置触发脉冲分别为30、60。与其产生的相应波形分别如图2-3、图2-4、。在波形图中第一通道波为输出电流和电压波形（因为R=1所以电压和电流重合），第二通道波为晶闸管电压波形，第三通道波为脉冲和输入电压波形。图2-3触发角= 30图2-4触发角= 602.2 单相半波可控整流电路（阻-感性负载）2.2.1原理图单相半波阻-感性负载整流电路图如2-5所示，当负载中感抗远远大于电阻时成为阻-感性负载，属于阻-感性负载的有机的励磁线圈和负载串联电抗器等。阻-感性负载的等效电路可以用一个电感和电阻的串联电路来表示。图2-5单相半波可控整流电路（阻-感负载）2.2.2建立仿真模型根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，整体模型如图2-6。图2-6单相半波可控整流阻感负载仿真电路2.2.3仿真参数设置选择ode45s算法，相对误差为1e-3，开始时间为0，结束时间为0.1s。选择R=1，L=0.1H。选择电源频率为50Hz，电压峰值为220v。选择晶闸管参数，R=0.0001，L=0,Vf=0，Ic=0，Rs=10，Cs=47e-6。2.2.4仿真结果设置触发脉冲分别为30、60。与其产生的相应波形分别如图2-7、图2-8。在波形图中第一通道波为输出电流（脉动小的）和电压（脉动大的）波形，第二通道波为晶闸管电压波形，第三通道波为脉冲和输入电压波形。图2-7触发角= 30图2-8触发角= 60第3章 单相全控桥式整流电路仿真3.1单相全控桥可控整流电路（电阻性负载）单相全控桥可控整流电路的原理图如图3-1所示。在单相桥式全控整流电路中，晶闸管和组成一对桥臂，和组成一对桥臂。在征半周，若四个晶闸管均不导通，负载电流=0，=0，、串联承受电压，设、的漏电流相等，则个承受的一半。若在触发角处给和加触发脉冲，和就会导通，电流从电源a端经、R、流回电源b端。当过零时，流经晶闸管的电流也降到零，和关断。在的负半周期是和重复和的状态。图3-1单相全控桥可控整流电路（电阻负载）3.1.1建立仿真模型根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，如图3-2。图3-2 单相全控桥式整流电阻电路仿真图3.1.2仿真参数设置选择ode45s算法，相对误差为1e-3，开始时间为0，结束时间为0.1s。选择电源频率为50Hz，电压峰值220v。选择晶闸管参数R=0.0001，L=0,Vf=0，Ic=0，Rs=10，Cs=47e-6。脉冲参数设置是两个互差180度。3.1.3 仿真结果设置触发脉冲分别为60、90。与其产生的相应波形分别如图3-3、图3-4、在波形图中第一通道晶闸管电压输出波形，第二列波为流过负载电流波形，第三列波负载两端的电压波形。图3-3触发角= 60图3-4触发角= 903.2单相全控桥可控整流电路（阻-感性负载）单相半波阻-感性负载整流电路图如3-4所示，当负载中感抗远远大于电阻时成为阻-感性负载，属于阻-感性负载的有机的励磁线圈和负载串联电抗器等。阻-感性负载的等效电路可以用一个电感和电阻的串联电路来表示。图3-5单相全控桥可控整流电路（阻-感负载）3.2.1建立仿真模型根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，如图3-5。图3-6 单相全控桥式整流阻-感电路仿真图3.2.2仿真参数设置选择ode45s算法，相对误差为1e-3，开始时间为0，结束时间为0.1s。选择电源频率为50Hz，电压峰值220v。选择晶闸管参数R=0.0001，L=0,Vf=0，Ic=0，Rs=10，Cs=47e-6。脉冲参数设置是两个互差180度。3.2.3 仿真结果设置触发脉冲分别为60、90。与其产生的相应波形分别如图3-7、图3-8。在波形图中第一列晶闸管电压输出波形，第二列波为流过负载电流波形，第三列波负载两端的电压波形。图3-7触发角= 60 图3-8触发角= 90第4章 三相全控桥式整流电路仿真4.1三相全控桥式可控整流电路（电阻性负载）三相桥式全控整流电路（电阻负载），其原理图如图4-1所示，习惯将其中的阴极连接在一起的三个晶闸管（、)称为共阴极组；阳极连在一起的三个晶闸管（4、6、2)称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通。为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的三个晶闸管分别为、，共阳极组与a、b、c三相电源相接的三个晶闸管分别为4、6、2。图4-1 三相全控桥可控整流电路（电阻负载）4.1.1建立仿真模型根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，如图4-2。图4-2 三相全控桥式可控整流电阻负载仿真电路4.1.2仿真参数设置选择ode23s算法，相对误差为1e-3，开始时间为0，结束时间为0.06s。选择电源频率50Hz，电压220v。选择晶闸管参数R=0.0001，L=0,Vf=0，Ic=0，Rs=10，Cs=47e-6。脉冲参数设置1-6的顺序是依次相差60。4.1.3 仿真结果 设置触发脉冲分别为30、60。与其产生的相应波形分别如图4-3、图4-4。在波形图中第一列晶闸管电压输出波形，第二列波为流过负载电压（上面的）、电流（下面的）波形。图4-3 触发角=30图4-4 触发角=60 4.2三相全控桥式可控整流电路（阻-感性负载）单相半波阻-感性负载整流电路图如2-5所示，当负载中感抗远远大于电阻时成为阻-感性负载，属于阻-感性负载的有机的励磁线圈和负载串联电抗器等。阻-感性负载的等效电路可以用一个电感和电阻的串联电路来表示。 4-5三相全控桥可控整流电路（阻-感负载）4.2.1建立仿真模型根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，如图4-6。4-6三相全控桥式可控整流阻-感负载仿真电路4.2.2仿真参数设置选择ode23s算法，相对误差为1e-3，开始时间为0，结束时间为0.06s。选择电源频率50Hz，电压220v。选择晶闸管参数R=0.0001，L=0,Vf=0，Ic=0，Rs=10，Cs=47e-6。 脉冲参数设置1-6的顺序是依次相差604.2.3 仿真结果设置触发脉冲分别为30、60。与其产生的相应波形分别如图4-7、图4-8所示，在波形图中第一列晶闸管输出电压波形，第二列波为流过负载电压（波动大的）、电流波形。图4-7 触发角= 30图4-8触发角= 60总 结通过这两个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。课程设计是培养学生综合运用所学知识发现、提出、分析和解决实际问题锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新日异，电子技术已经成为当今世界空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握电子的开发技术是十分重要的。而仿真软件matlab中的simulink模块中的simpowersystem是专门针对电力系统而设置的专业仿真模块，通过该软件搭建的仿真电路，观察波形输出，初学者可以学到不少东西，由于现实器件的限制，模拟仿真就给我们提供了一个准确理解学习理论的良好途径。 所谓“态度决定一切”，于是偶然又必然地收获了诸多，概而言之，大约以下几点：课程设计开始的时候思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习不够扎实的我们深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”，便重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。课程设计基本告成，才切身领悟“实践是检验真理的唯一标准”学海无涯，学无止境。尽管课程设计是在本学期开始，我们的教材学习完毕，掌握许多知识，但是还有很多地方理解领悟不到位。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的悉心指导和与同学的讨论，努力思索下终于迎刃而解。同时从中发现了还有很多工具及理论还未掌握，在以后的学习生活中更应加深对这方面内容的理解与学习。这次课程设计还培养了我们严谨科学的思维，通过它架起理论与实践桥梁。通过利用Simulink仿真软件，只要对模块的参数作相应的修改，不需再重新构建仿真模型，便可得到各输出量对应不同条件下（如负载不同、控制角不同）的波形，使教学更具有实时性、直观性，也一改传统教学中出现的静止不变的电压和电流波形，使学生可以观测到动态的电压、电流波形，有助于理论知识的理解， 更好的掌握课程。致 谢通过两个周的仿真设计加深了我对matlab在电力电子技术应用知识的理解，基本上掌握了仿真计所要经历的步骤，我仿真分析、查资料，整理说明书到最后完成整个设计。作为大学阶段一次重要的学习经历我感觉自己受益非浅， 同时深深的感觉的自己的学习能力在不断提高，半个月的时间就这样匆匆的过去了，对matlab在电力电子技术仿真的设计由一无所知到现在的一定程度的掌握，起到了非常重要的作用，对程风琴老师的关心，指导有感于心， 事实上这次设计对我们的锻炼是多方面的，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了绘制仿真图的能力。虽然能够满足设计任务书的要求，但是我认为还要提高和改进的地方还有很多。在细节方面， 还有许多需要精雕细琢的地方，这次没有能够深入下去。希望以后有机会能够进一步。 在这次设计的过程中本人得到了许多老师的精心指导和帮助。在此我要对给予我帮助的老师表示感谢，没有他们的悉心指导我就不会更好的完成设计任务，特别是老师对设计提出了许多宝贵的意见和建议，使我解决了许多设计中存在的许多问题.在此向他们致以最诚恳的谢意！同时感谢学校给予我们的这次设计机会。 参考文献1 王正林.MATLAB/Simulink与控制系统仿真.电子工业出版社 20052 陈桂明.应用MATLAB建模与仿真.机械工业出版社.20013 张葛祥、李娜.MATLAB仿真技术与应用.清华大学出版社.20034 王兆安等.电力电子技术M。北京：机械工业出版社，20015 张平.MATLAB基础与应用简明教程M.北京：北京航空航天大学出版社，20016 张森、张正亮编.MATLAB仿真技术与实例应用教程M.机械工业出版社.20047 周渊深主编.电力电子技术与MATLAB仿真M.北京：中国电力出版社，20058 应建平主编.电力电子技术基础。北京：机械工业出版社，20039 陈治明.电力电子器件基础.北京：机械工业出版社，200510 赵良炳.现代电力电子技术基础。北京：清华大学出版社，199511 王兆安、黄俊.主编.电力电子技术（第4版）.北京：机械工业出版社，2002第 19 页 共 21 页