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1、课程设计(综合实验)报告( 2010- 2011 年度第 1 学期)名 称：电力电子技术课程设计院 系：电气与电子工程学院班 级： 电气班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 20-21周 成 绩： 日期：2011年 1月 13日摘要和关键词摘要：随着电力电子技术的不断发展，可控整流电路在直流电动机控制、可变直流电源、高压直流输电等方面得到广泛应用。本文建立了基于MATLAB软件中simulink中powersystem模块编写的单相半波可控整流电路、单相全控桥式整流电路、三相全控桥式整流电路、升降压斩波、三相桥式SPWM逆变电路的仿真模型，以下给出了仿真实例与仿真结果。验证了模型的
2、正确性，并展现了simulink 仿真具有的快捷、灵活、方便、直观等优点。从而为电力电子电路的教学及设计提供了有效工具。关键词: 整流电路; 电力电子; MATLAB; simulink； 仿真目 录课程设计的任务* 2前言* 2报告正文（几个电力电子电路仿真实例）* 2课程设计总结或结论* 21参考文献* 22一、课程设计的任务（一）建立单相半波可控整流电路仿真模型：1、对教材P43图2-1、P44图2-2和P46图2-4进行验证（交流电压有效值为220伏）。2、改变直流侧负载电阻与电感值，观察各波形的变化。3、改变晶闸管触发角，观察各波形的变化。（二）建立单相全控桥式整流电路仿真模型：1、
3、对教材P47图2-5、P48图2-6进行验证（假设三相交流线电压有效值为380伏）。2、改变直流侧负载电阻与电感值，观察各波形的变化。3、改变晶闸管触发角，观察各波形的变化。（三）建立P54图2.17所示的三相全控桥式整流电路仿真模型，假设三相交流线电压有效值为380伏，直流侧负载电阻为1欧姆，电感为20mH。改变交流侧电感（0.0010.1mH）、晶闸管触发角，观察交流电压、直流电压与交流电流的波形。（四）建立P106图3.4所示的升降压斩波电路仿真模型，假设，开关频率。改变占空比，观察电感上电压、电流波形的变化情况。（五）在P153图6.7所示的三相桥式SPWM逆变电路中，假设，三相负载电
4、阻，负载电感，开关频率。并假设三相负载中含有电源，U相电源电压(50V为峰值，频率为50Hz，相位为，三相互差)。若每相电流有效值为35A，请确定幅值调制率的取值（定义为正弦波调制信号峰值与三角波载波信号峰值的比值，逆变电路输出相电压有效值）。若取为0.8，每相电流有效值为35A，则直流侧电压应取何值？画出、与的波形。（六）实现滞环比较方式PWM电流跟踪控制的仿真。（七）以有源电力滤波系统的总体设计与仿真研究为例，给同学演示并讲解有源电力滤波系统主电路、谐波检测电路、控制策略与补偿特性，进而详细讲解电力电子仿真的若干方面问题。二、前言目前电力电子技术发展迅猛，直流开关电源应用广泛。为了实现电源
5、装置的高性能、高效率、高可靠性，减小体积和重量，必须实现功率器件的软开关，因此，软开关技术得到了广泛的关注。应用计算机仿真来研究电力电子装置，有利于提高研究效率， 降低研发成本。基于MATLAB/ SIMULINK软件的电力电子电路仿真，更有助与初学者学习电力电子，加深对各种电路器件原理的理解。本文介绍了基于MATLAB/ SIMULINK 的几个基本电力电子电路仿真分析。三、报告正文1、建立单相半波可控整流电路仿真模型：对教材P43图2-1、P44图2-2和P46图2-4进行验证（交流电压有效值为220伏）。A、单相半波可控整流电路（电阻负载）：按照书上43页的图2-1，用simulink进
6、行仿真，电路图如下：图中Pulse Generation1产生晶闸管的触发脉冲Vg，可通过更改其设置中的Phase delay项的值改变触发角；示波器Scope1记录了交流电源侧电压U2，触发脉冲Vg，负载电压Ud，晶闸管两端电压Uvt的波形。当控制触发角=60 时，仿真的波形结果如下：通过改变Pulse Generation1中Phase delay项的值改变触发角的值，得：当=120 时的仿真结果波形图如下：当=180 时的仿真结果波形图如下：从中可以看出此时晶闸管在整个周期中不导通、Ud=0，所以单相半波可控整流电路的触发角的范围是0到180。B、单相半波可控整流电路（阻感负载）：把上图
7、中的电阻改成阻感得电路图如下：设置负载为R=1，L=0.05，当触发角=30 时的仿真结果波形图如下：当触发角为=90 时的仿真结果波形图如下：更改电阻电感的取值，当R=1，L=0.1时，触发角=90 时的仿真结果波形图如下：由仿真波形可知，由于负载主要呈电感，电感有储能作用，当U2过零时，电路中的电流还未减小到0，所以晶闸管继续导通，知道电流过零，Ud会出现负半波部分。C、单相半波可控整流电路（阻感负载，有续流二极管）：图中增加了续流二极管VDr，当晶闸管关断后，许留二极管起续流作用，在VDr，负载回路中仍有电流流过，使得负载电流Id为连续电流。设置负载为R=1，L=0.5，当触发角=60
8、时的仿真结果波形图如下： 从图中可以看到Id连续，而晶闸管和续流二极管叠加后就是Id的波形。改变其负载参数及晶闸管触发角可以得到与书上相同的结果，从而验证电路的正确性及该参数下的导通特性。2、建立单相全控桥式整流电路仿真模型：对教材P47图2-5、P48图2-6进行验证（假设三相交流线电压有效值为380伏）。A、单相桥式全控整流电路（带电阻负载）：仿真主电路图如下：此电路中Pulse Generator1为VT1和VT4提供触发脉冲，Pulse Generator2为VT2和VT3提供触发脉冲，且之间相差180。仿真结果如下：参数设置为R=100，1脉发生器的触发角为45，2触发器的触发角为2
9、25，仿真波形 1脉发生器的触发角为90，2触发器的触发角为270，仿真波形如下：以上波形结果与书上的完全吻合，验证了该电路的波形特点。B、单相桥式全控整流电路（带阻感负载）：仿真主电路图如下：参数设置R=1，L=0.05，当负载为阻感负载时，由于电感的储能作用，当电压过零时，电流还未过零，晶闸管继续导通，此时得到的负载电流Id为连续的，且为对桥的晶闸管电流Ivt的叠加。1脉发生器的触发角为452触发器的触发角为225仿真波形如下图：改变电感参数与晶闸管的触发角可得到类似的波形，与书上的波形完全吻合，从而验证了单相桥的工作原理及其波形特点。3、建立P54图2.17所示的三相全控桥式整流电路仿真
10、模型，假设三相交流线电压有效值为380伏，直流侧负载电阻为1欧姆，电感为20mH。改变交流侧电感（0.0010.1mH）、晶闸管触发角，观察交流电压、直流电压与交流电流的波形。器仿真主电路图如下：此电路中的六个晶闸管从VT1到VT6每个晶闸管的触发脉冲都相差60，一个周期360中，分成六个阶段，每个阶段60有上、下桥中各一只晶闸管导通，直流侧负载设置R=1，L=20e-3，当VT1晶闸管的触发角为30时，仿真波形如下：触发脉冲波形为：仿真结果为：当设置VT1晶闸管的触发角为60时，仿真波形如下所示： 从仿真波形可以看出输出整流电路Ud为两个相电压相减的结果，是线电压中最大的一个，因此输出整流电
11、压Ud波形为线电压在正半周期的包络线。而在阻感负载中，由于电感的储能作用，负载侧电流Id为连续的直线输出。需要注意的问题是：为确保电路的正常工作，需要保证同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲，为此可采用两种方法：1、使脉冲宽度大于60，称为宽脉冲触发；2、在触发某个晶闸管的同时，给序号紧前的一个晶闸管补发脉冲，即双脉冲触发。本例中我把6个触发脉冲器的占空比设置为20%。通过仿真的波形结果可知与书上的波形图完全吻合，反映出了该种电路的波形特点。4、建立P106图3.4所示的升降压斩波电路仿真模型，假设，开关频率。改变占空比，观察电感上电压、电流波形的变化情况。该电路的仿真电路图如下：如图设置直流电压
12、为E=15V，电感L=0.05e-3，GTO的开关频率为20KHz，则应把图中的pulse Generator中的参数周期设为5e-5。当占空比设为30%的仿真结果波形图如下：当占空比设为60%的仿真结果波形图如下：把占空比改为80%时的仿真波形如下：由仿真结果可以看出：电感上的电压电流波形的变化情况：随着占空比的增大UL的波形从正半波的占空比慢慢变大但正值也减小，负半波占空比减小但是值变大；而电感电流IL的值随着占空比的增大而增大，且始终为连续平稳直流波。5、在P153图6.7所示的三相桥式SPWM逆变电路中，假设，三相负载电阻，负载电感，开关频率。并假设三相负载中含有电源，U相电源电压(5
13、0V为峰值，频率为50Hz，相位为，三相互差)。若每相电流有效值为35A，请确定幅值调制率的取值（定义为正弦波调制信号峰值与三角波载波信号峰值的比值，逆变电路输出相电压有效值）。若取为0.8，每相电流有效值为35A，则直流侧电压应取何值？画出、与的波形。仿真主电路图如下：图中的触发脉冲采用软件自带的PWM Pulse Generator，按照题目的要求设置参数如下图：载波频率即开关频率设置为1000HZ，调制比m为0.8，输出电压频率为50HZ。仿真结果波形如下图：仿真结果和理论结果完全符合。若取为0.8，每相电流有效值为35A，则直流侧电压应取值计算结果如下：四、课程设计总结或结论这次课程设
14、计历时二个星期多左右，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。
