电力电子实验报告Word文件下载.docx
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3.4实验内容15
3.5步骤及方法15
3.6课后思考与总结16
3.6.1建立模型16
3.6.2仿真结果及分析16
3.6.3buck变换器连续和断续工作模式下与电感取值的关系17
3.6.4断续模式下buck变换器的输出和输入电压关系18
4.实验4单相桥式可控整流电路工作原理仿真19
4.1实验目的19
4.2实验系统组成及工作原理19
4.3实验所需软、硬件设备及仪器19
4.4实验内容19
4.5步骤及方法19
4.6课后思考与总结19
4.6.1建立模型19
4.6.2仿真结果及分析19
实验1单相桥式可控整流电路工作原理仿真
1.1实验目的
加深对单相桥式可控整流电路工作原理的理解，学会使用仿真软件MATLAB中的SIMULINK模块，搭建单相桥式可控整流电路模型，以及如何利用脉冲发生器来构建晶闸管的触发脉冲，并利用仿真模型，示波器和多路测量器分析单相桥式可控整流电路在不同触发延迟角、不同性质负载下的电流、输出电压波形。
1.2实验系统组成及工作原理
单相桥式全控整流原理电路
1.3实验所需软、硬件设备及仪器
（1）计算机（装有windowsXP以上操作系统）；
（2）MATLAB6.1版本以上软件；
1.4实验内容
单相桥式全控整流电路，电源电压为220V/50HZ，观察不同触发角（30°
90°
下阻性负载（Rl2）与感性负载下（Rl2，L0.01H）时的输出电压、负载电流以及晶闸管的耐压波形等。
1.5步骤及方法
仿真参数设置
（1）电压源参数。
电压为220V，频率50Hz，输入电压峰值为220*sqrt
（2）
（2）变压器参数。
电压为220V（有效值），二次电压为100V（有效值）。
（3）晶闸管使用默认参数。
（4）负载RLC的参数。
阻性负载Rl2，感性负载下Rl2,L0.01H
（5）触发角的参数。
30、90。
1.6课后思考与总结
（1）撰写仿真实验报告；
（2）思考不同负载下的单相整流桥的工作原理，并仿真单相桥式半波可控电路,理解其（带续流二极管电路）在阻性和感性负载下的工作原理。
1.6.1仿真结果及分析
A.电阻负载
a.30时,仿真波形如图1-2,
图1-230,单相桥
b.90时，仿真波形如图1-3,
321
图1-390,单相桥
B.阻感负载式全控整流电路带
a.30时，仿真波形如图1-4,
图1-430，单相桥
b.90时，仿真波形如图1-5，
图1-5
90，单相桥
1.6.2单相整流桥工作原理
（1）电阻负载（如图1-6）
在单相桥式全控整流电路中，晶闸管V「和vt4组成一对桥臂，vt2和vt3组成另一对桥臂。
在U2正半周，若4个晶闸管均不导通，负载电流id为零，Ud也为零，VTi、VT4串联承受电压U2。
若在触发角处给VT和VT4加触发脉冲，VTi和VT4即导通，电流从电源经VTi、R、VT4流回电源。
当U2过零时，流经晶闸管的电流也降到零，VJ和VT4关断。
在U2负半周，仍在触发延迟角处触发VT?
和VT3（VT2和VT3的=0处为t），VT2和VT3导通，电流从电源流出，经过VT3、R、VT?
流回电源。
至Uu?
过零时，电流又降为零，VT?
和VT3关断。
此后又是VJ和VT4导通，如此循环地工作下去。
（?
）阻感负载（如图1-7）
假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。
在u?
的正半周期，触发角处给晶闸管VTi和VT4加触发脉冲使其开通，
UdU2。
负载中有电感存在使负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。
u?
过零变负时，由于电感的作用晶闸管VTi和VT4中仍流过电流id，并不关断，至t时刻，
给VT?
和VT3加触发脉冲，因VT?
和VT3本已承受正电压，故两管导通。
VT?
和VT3导通后，u?
通过VT?
和VT3分别向VTi和VT4施加反压使VTi和VT4关断，流过V「和VT4的电流迅速转移到VT?
和VT3上，此过程称为换相，亦称换流。
至下一周期重复上述过程，如此循环下去。
图1-6单相桥
H
实验2三相桥式可控整流电路工作原理仿真
2.1实验目的
加深对三相桥式可控整流电路工作原理的理解，学会使用仿真软件MATLAB中的SIMULINK模块，搭建三相桥式可控整流电路模型，以及如何构建三相桥式驱动电路一一6脉冲驱动发生器，并利用仿真模型，分析三相桥式整流电路在不同触发延迟角、不同性质负载下的电流、输出电压波形，学会用Fourier分
析模块分析相电流的谐波情况。
三相桥式全控整流原理电路
2.3实验所需软、硬件设备及仪器
2.4实验内容
三相桥式全控整流电路，电源相电压为220V，整流变压器输出电压为100V（相电压），观察整流器在不同负载，不同触发延迟角时，整流电路输出电压、
电流波形，测量整流输出电压平均值，并观察整流器交流侧电流波形和分析其主要次谐波。
2.5步骤及方法
100V,三相电源相位依次延迟120°
5,30;
感性负载下Rl5
C500F,0。
A.
电阻负载（Rl
5，
30°
）
仿真波形如图
2-2,
B.
感性负载（Rl
5，L
0.01H，
60）
2-3,
C.
容性负载（Rl
2，C
500口F,
0°
2-4,
2.6.1仿真结果及分析
2.5.1仿真参数设置
交流电压源参数U
（2）负载RLC的参数。
电阻负载Rl
L0.01H,60;
容性负载时，Rl2
2.5.2建立模型
在MATLAB中建立如图2-1所示模型
图2-2电阻负
图2-3阻感负
图2-4容性负载
2.6.2三相整流桥工作原理
（1）电阻负载
对于共阴极组的三个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通。
而对于共阳极组的三个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最小的一个导通。
这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。
此时电路工作波形如图2-5所示。
0时，各晶闸管均在自然换相点处换相。
由图中变压器二次绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。
在分析Ud的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。
从相电压波形看，共阴极组晶闸管导通时，以变压器二次侧的中点n为参考点，整流输出电压比!
为相电压在正半周的包络线；
共阳极组导通时，整流输出
电压Ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压UdUd1Ud2，是两条
包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周期的包络线
直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是最大的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小的相电压，输出整流电压Ud为这两个相电压想减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压Ud波形
为线电压在正半周期的包络线。
为了说明各晶闸管的工作情况，将波形中的一个周期等分为六段，每段为
60，如图2-5所示。
六个晶闸管的导通顺序为VTiVT2VT3VT4VT5VT6。
图2-5三相桥式
（2）感性负载全控整流电路
当60时，Ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压Ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。
区别在于由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id波形不同，电阻负载时id与Ud波形形状一样。
而阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。
图2-6给出了三相桥式全控整流电路带阻感负载0时的波
形。
图2-6三相桥式
（3）容性负载全控整流电路
容性负载时，当某一对二极管导通时，输出直流电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电。
当没有二极管导通时，由
电容向负载放电，Ud按指数规律下降。
设二极管在距线电压过零点角处开始
导通，并以二极管VD6和VDi开始同时导通的时刻为时间零点，则线电压为
Uab6U2sin（t）
相电压为
Uab2U2Sin（t）
6
在t0时，二极管VD6和VDi开始同时导通，直流侧电压等于Uab；
下一次同时导通的一对管子是VDi和VD2，直流侧电压等于Uac0这两段导通过程之间的交替有两种情况，一种是在VDi和VD2同时导通之前VD6和VDi是关断的，交流侧向直流侧的充电电流id是断续的；
另一种是VDi—直导通，交替时由VD6导通换相至VD2导通，id是连续的。
介于二者之间的临界情况是，VD6和VDi同时导通的阶段与VDi和VD2同时导通的阶段在t2/3处恰好衔接起来，id恰好连续。
由“电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件。
263三相桥式全控整流电路的特点
1）每个时刻均需两个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，一个是共阳极组的，且不能为同一组的晶闸管。
2）对触发脉冲的要求：
六个晶闸管的脉冲按VT1VT2VT3VT4VT5VT6
的顺序，相位依次差60;
共阴极组VTi、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳
极组VT4、VT6、VT2也依次差120;
同一相的上下两个桥臂，即VTi与VT4，
VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。
3）整流输出电压ud一周期脉动六次，每次脉动的波形都一样，故该电路为六脉波整流电路。
4）在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需
保证同时导通的两个晶闸管均有脉冲。
为此，可采用两种方法：
一种是使脉冲宽度大于60，称为款脉冲触发;
另一种方法是，在触发某个晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60，脉宽一般为2030,称为双脉冲触发。
实验3直-直变流器工作原理仿真
3.1实验目的
理解降压（BUCK）变流器的连续工作模式和断续工作模式的工作原理。
学会使用仿真软件MATLAB中的SIMULINK模块，构建BUCK变换器仿真模型,并分析和观察负载连续和断续以及不同占空比下，变换器各部分电压和电流波形，并通过Fourier分析直流输出电压的直流分量和谐波。
3.2实验系统组成及工作原理
开关器件VTL
”
2\VD。
负载
直流降压变流器使负载侧电压低于电源电压，其原理图如上图所示。
在开关器件VT导通时有电流经电感L向负载供电；
当VT关断时，电感L释放储能，维持负载电流，电流经过负载和二极管VD形成回路。
调节开关器件VT的通断周期,可以调整负载侧输出电流和电压的大小。
负载侧输出电压的平均值为
Ur辛EDE
3.3实验所需软、硬件设备及仪器
3.4实验内容
设直流降压变流器电源电压E200V，输出电压U。
100V，电阻负载为
5。
观察IGBT和二极管的电流波形，并设计电感和输出滤波电容值。
3.5步骤及方法
仿真步骤如下：
（1）在模型中设置参数，设置电源E电压为200V，电阻的阻值为5，脉冲发生器脉冲周期T0.2ms，脉冲宽度为50%,IGBT和二极管的参数可以保持默认值。
（2）设置仿真时间为0.002s,算法采用ode15&
启动仿真。
（3）仿真结果。
3.6课后思考与总结
（1）撰写仿真实验报告；
（2）思考buck变换器连续和断续工作模式下与电感取值的关系；
（3）思考bUCk变换器的输出和输入电压关系UoDUin在断续模式下还成立吗？
3.6.1建立模型
在MATLAB中建立如图3-1所示模型，
图3-1降压斩
3.6.2仿真结果及分析
仿真波形如图3-2所示
n014
右mo>
OO1F1
E>
<
®
*
口ov
imj1
1：
363buck变换器连续和断续工作模式下与电感取值的关系在器件V处于通态期间，设负载电流为ii，可列出如下方程
L虫RiiEmE
dt
设此阶段电流初值为Iio，L/R，解上式得
t
EEm（i
在V处于短肽期间，设负载电流为i
Ldi2dt
i2，可列出如下方程
Ri2Em0
设此阶段电流初值为
I20，解上式得
tton
>
2120e
Em"
On、
r（1e）
当电流连续时，有
ho
2（T）
120
ii（ti）
反过来，V
即V进入通态时的电流初值就是V在断态阶段结束时的电流值,进入断态时的电流初值就是V在通态阶段结束时的电流值。
364断续模式下buck变换器的输出和输入电压关系
VD即关断,
在负载电流断续工作的情况下，负载电流一降到零，续流二极管
负载两端电压等于Em。
输出电压平均值为
Uo
tonE（Tton
tx）Em
（1to^&
）m]E
Uo不仅和占空比有关，也和反电动势Em有关。
实验4交流调压器仿真
4.1实验目的
理解单相交流调压的相位控制。
学会使用仿真软件MATLAB中的SIMULINK模块，构建单相交流调压电路仿真模型，并分析和观察单相交流调压器在和两种情况下输出电压和电流的波形。
4.2实验系统组成及工作原理
单相交流调压电路
4.3实验所需软、硬件设备及仪器
4.4实验内容
交流电源电压220V/50HZ，负载R的值为1，L的值为10mH。
观察交流
调压器在和两种情况下输出电压和电流的波形。
4.5步骤及方法
（1）构建单相交流调压电路仿真模型
（2）构建交流调压器的触发电路，其由同步、锯齿波发生和移相控制等环节组成。
（3）对仿真模型中设置合适的仿真参数，移相控制电压Uct可在0〜10V之间任意调节。
（4）当Uct5V和2V时，观察调压器的输出电压、电流波形。
（5）撰写仿真实验报告；
4.6课后思考与总结
4.6.1建立模型
在MATLAB中建立如图4-1所示模型，
图4-1单相交流调压电路仿
462仿真结果及分析
A.时，仿真波形如图4-2所示,
图4-2，单相交流调压
电路仿真波形
B.时，仿真波形如图4-3所示,
图4-2，单相交流调压电路仿真波形
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