电力电子技术仿真实训.doc
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桥式整流电路仿真研究
一、准备工作
1、预习Matlab/simulink仿真软件；
2、预习整流电路的几种形式和原理，重点预习单相桥式全控整流电路。
有能力的同学也可以预习其他各种形式的整流电路。
二、操作方法
1、带电阻性负载的仿真实验
启动MATLAB7.0（或6.5）,进入SIMULINK后建新文档，绘制单相全波可控整流器结构模型图，如图1所示。
双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。
图1带电阻负载单相桥式全控整流电路模型
（1）晶闸管元件参数设置
双击晶闸管模块，本例元件参数对话框如图2所示。
a）晶闸管元件内电阻Ron，单位为Ω。
b）晶闸管元件内电阻Lon，单位为H。
注意，电感不能设置为0。
c）晶闸管元件的正向管压降Vf，单位为V。
d）电流下降到10％的时间tf，单位为秒（s）。
e）电流拖尾时间Tq，单位为秒（s）。
f）初始电流IC，单位为A，与晶闸管元件初始电流的设置相同。
通常将IC设置为0。
g）缓冲电阻Rs，单位为Ω，为了在模型中消除缓冲电路，可将缓冲电阻Rs设置为inf。
h）缓冲电容Cs，单位为F，为了在模型中消除缓冲电路，可将缓冲电容Cs设置为0。
为了得到纯电阻Rs，可将电容Cs参数设置为inf。
图2晶闸管元件的参数设置对话框
（2）单个电阻、电容、电感元件的参数设置。
双击RLC模块，整个电阻、电容、电感元件的参数设置对话框如图3所示。
本例中设置电阻R＝10Ω，电感L＝0H，电容C为inf。
串联RLC分支与并联RLC分支的设置方法见表1。
图3单个电阻、电容、电感元件的参数设置对话框
表1单个电阻、电容、电感元件的参数
元件
串联RLC分支
并联RLC分支
类别
电阻数值
电感数值
电容数值
电阻数值
电感数值
电容数值
单个电阻
R
0
inf
R
inf
0
单个电容
0
L
inf
inf
L
0
单个电感
0
0
C
inf
inf
C
（3）固定时间间隔的脉冲发生器参数设置
双击脉冲发生器模块（pulse），固定时间间隔的脉冲发生器参数设置对话框如图4所示。
本例中振幅设置为5V，周期与电源电压设置一致，为0.02S（即频率为50Hz），脉冲宽度为2，初相位（控制角）为0.0025，（45°）。
一定要注意触发脉冲控制角的设置，否则要烧坏晶闸管。
图4固定时间间隔的脉冲发生器参数设置对话框
（4）电源电压的参数设置
双击电源电压模块，参数设置对话框如图52所示。
本例中电源电压的幅值为220V，初相位为0°，电源电压的周期与固定时间的脉冲发生器的周期都为0.02s。
图5电源电压的参数设置对话框
（5）仿真参数设置
选择仿真中仿真参数设计，出现仿真对话框如图6。
不同版本的matlab，对话框有些不同。
图6是在matlab7.0下的对话框。
图6仿真参数设置对话框
（6）信号标签的传递
信号标签传递的方法有两种：
（a）选择信号线并双击，在信号标签编辑框中输入“<>”,在此括号中输入信号标签即可传递信号标签,然后选择“Edit”菜单中的“UpdateDiagram”命令来刷新模型。
（b）选择信号线，然后选择“Edit”菜单中的“SignalProperties”命令；或单击右键，选择弹出快捷菜单中的“SignalProperties”命令，出现如图7所示的对话框，在“SignalName”下写上信号线的名称，当一个带有标签的信号与Scope模块连接时，信号标签将作为标题显示。
图7SignalProperties对话框
（7）仿真
单击工具栏的按钮或“Simulation”菜单下的“Start”命令进行仿真，双击示波器模块，得到仿真结果如图8所示。
图8电阻负载，控制角为45°是单相桥式整流器仿真结果
（8）示波器参数的设置
单击示波器工具栏中图标，出现如图9所示“General”选项卡和“DataHistory”选项卡对话框，在本例中设置的坐标系数目为6，显示时间为0.1（设置的是横坐标），坐标系的标签为all。
单击右键，选择弹出快捷菜单中的“Axesproperities”命令，出现如图10所示示波器的纵坐标参数设置对话框。
本对话框中设置的是触发信号纵坐标。
图9示波器参数设置对话框图10示波器的纵坐标参数设置对话框
2、带电阻电感性负载的仿真
带电阻电感性负载的仿真与带电阻性负载的仿真方法基本相同，但需要将RLC的串联分支设置为电阻电感性负载。
本例中设置的电阻R＝1Ω，L＝0.01H，电容为inf。
图11为电阻电感性负载仿真图。
图11电阻电感负载单相桥式全控整流仿真结果
三、注意事项
1、分析各种整流电路原理时要抓住相控控制方法的本质。
2、仿真时要与实际电路联系起来，要知道所设置参数的含义。
直流降压变换器仿真研究
一、任务准备
1、复习matlab中的simulink的使用。
2、复习直流降压变换器的工作原理。
二、实施方法
1、启动MATLAB6.5（7.0），进入SIMULINK后建新文档，绘制直流降压变换器仿真模型图，如图1所示，双击个模块，在出现的对话框内设置相应的参数。
图1电直流降压变换器仿真模型图
2、仿真步骤
1）参数设置
模块
参数名
参数值
直流电源Vs
Amplitude/V
200
电感模块L
Inductance/H
0.01
电阻模块R
Resistance/
5
脉冲模块
PeridodTS/s
0.002
Pulse
PulseWidth（%）
50
模型中IGBT和二极管的参数可以保持蕴含值，电源电压和负载电阻可以根据实际情况设定，驱动脉冲宽度和电感值可以根据对输出电压电流的脉动要求选择。
2）设置仿真时间为0.05s，算法ode15s。
3）起动仿真，仿真结果如图2所示。
其中图2—a为变换器输出电压波形，IGBT的开关频率为500Hz，占空比为0.5。
b为负载波形；c为加滤波器的波形。
a）换器输出电压仿真波形：
b）负载输出波形
c）滤波后的仿真波形
图2直流降压变换器仿真结果
（9）记录仿真结果，写在实训报告中。
三、注意事项
1、注意遵守实验室使用规范
2、每个同学独立完成此项任务。
任务小结
本任务对直流降压变换器的进行了仿真研究。
单相逆变器仿真研究
一、任务准备
1、复习电压型单相全桥逆变电路的工作原理
2、复习正弦波脉宽调制（SPWM）调频、调压的原理。
3、研究单相全桥逆变电路触发控制的要求。
二、实施方法
1、采用正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频。
交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路，逆变部分（DC/AC）有四只IGBT管组成单相桥式逆变电路径，电路采用双极性控制方式。
输出经LC低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。
启动MATLAB6.5（7.0），进入SIMULINK后建新文档，绘制电压型单相全桥逆变电路仿真模型图，如图1所示，双击个模块，在出现的对话框内设置相应的参数。
图1电压型单相全桥逆变电路仿真模型图
（1）交流电压源参数设置。
设置交流峰值电压为220V,频率为50Hz。
（2）IGBT的参数设置
按下列数据设置参数Rn＝0.001Ω，Lon=1e-6H，Uf=0.8，Rs=10Ω，Cs=250e-6（250×10-6）F
（3）电阻R的参数设置
R＝1000Ω，L=0H，C=inf。
（4）电容C的参数设置
R＝0Ω，L=0H，C=100μF。
（5）感性负载的参数设置
R＝10Ω，L=1H，C=inf。
（8）普通桥的参数设置，如图2所示。
图2普通桥的参数设置对话框
单击仿真按钮进行仿真。
双击示波器模块，得到如图3所示仿真结果。
图3电压型单相全桥逆变电路仿真结果
（9）记录仿真结果，写在实训报告中。
三、注意事项
1、注意遵守实验室使用规范
2、每个同学独立完成此项任务。
任务小结
本任务对单相逆变器的各种拓扑结构进行了研究，并针对典型电路进行了仿真研究。
单相交流调压器仿真研究
一、准备工作
1、预习Matlab/simulink仿真软件；
2、预习单相交流调压电路的原理，有能力的同学也可以预习三相交流调压电路。
二、实施方法
1、带电阻性负载的仿真实验
启动MATLAB7.0（或6.5）,进入SIMULINK后建新文档，绘制单相交流调压系统模型图，如图1所示。
双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。
（1）交流电压源参数设置
打开参数设置对话框，按要求进行参数设置，主要的参数有交流峰值电压、相位和频率。
设置交流峰值电压为220V，频率为50Hz。
（2）晶闸管的参数设置
Rn＝0.001Ω，Lon＝0H，Vf＝0.8Ω，Rs＝500，Cs＝250e－9（250×10-9）F。
（3）负载的参数设置
R＝450Ω，L＝0H，C＝inf。
图1单相交流调压系统模型图
（4）脉冲发生器模块（pulse）的参数设置
α＝0°时，pulse设置为0，pulse1设置为0.01。
α＝60°时，pulse设置为0.00334，pulse1设置为0.01334。
打开仿真/参数窗，选择ode23tb算法，将相无偿设置为1e－3（1×10-3），开始仿真时间为0，停止时间设置为0.1。
设置好各模块参数后，单击工具栏的按钮，得到如图2（a）和2（b）的仿真结果。
（a）控制角为0°（b）控制角为60°
图2带电阻性负载单相交流调压系统仿真结果
2、带电感性负载的仿真
各模块参数设置同上，但负载模块的参数设置为：
R＝450Ω，L＝0.1H，C＝inf。
设置好各模块参数后，单击工具栏的按钮，得到如图3（a）和3（b）的仿真结果。
（a）控制角为0°（b）控制角为60°
图3带电感性负载单相交流调压系统仿真结果
3、在报告中要包括以下内容
（1）交流调压的应用场合概述。
（2）本任务的目的。
（3）记录仿真模型和仿真结果。
（4）分析电阻电感性负载时，α角和角相应关系的变化对调压器工作的影响。
（5）分析仿真中出现的各种问题。
三、注意事项
1、将仿真结果用全屏拷贝的方式复制到U盘中，写报告用。
2、严格执行相关实验实训室的规定。
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