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1、电力电子技术电力电子技术 课程设计报告课程设计报告题 目： 基于 MATLAB 的电力电子技术 仿真分析 院 （系）： 机电与自动化学院 专业班级： 电气工程及其自动化 11XX 学生姓名： XXX 学 号： XXXX 指导教师： XXX 2014 年 1 月 13 日至 2014 年 1 月 17 日华华中科技大学武昌分校中科技大学武昌分校电力电子技术课程设计任务书一、一、设计设计（ （调查报调查报告告/论论文）文）题题目目基于 MATLAB 的电力电子技术仿真分析二、二、设计设计（ （调查报调查报告告/论论文）主要内容文）主要内容1.晶闸管的仿真模型及以单相半波整流器为例，说明晶闸管元件应
2、用系统的建模与仿真方法。2.晶闸管三相桥式整流带电阻性负载时系统的建模与仿真。3.绝缘栅双极型晶体管元件的仿真模型及一个由 IGBT 元件组成的 Boost 变换器的建模与仿真。4.相位控制的晶闸管单相交流调压器带电阻性负载时系统的建模与仿真。三、原始三、原始资资料料MATLAB 仿真软件四、要求的四、要求的设计设计（ （调查调查/论论文）成果文）成果编写详细的设计说明书（附上本次设计心得体会） 说明书中完成相应系统模型的建模、参数设置及仿真调试，写出设计报告。1.晶闸管的仿真模型、参数设定方法、以单相半波整流器为例说明晶闸管元件应用系统的建模与仿真方法，记录相应波形。2.晶闸管三相桥式整流带
3、电阻性负载时系统的建模过程与仿真调试，记录波形。3.绝缘栅双极型晶体管元件的仿真模型、参数设定方法、及由 IGBT 元件组成的Boost 变换器的建模与仿真，记录波形。4.相位控制的晶闸管单相交流调压器带电阻性负载时系统的建模与仿真，记录波形。以上 4 个类型的仿真过程中皆需包含具体电路形式，工作过程分析，在MATLAB 中的建模，各组成环节的参数设置过程，仿真波形，波形分析。五、五、进进程安排程安排1. 下达设计任务书，讲解设计要求、进度安排、指导时间、注意事项等，提供参考资料。 （0.5 天）2. 学习并熟练 MATLAB Simulink/Power System 工具箱等相关内容（1.
4、5 天）3. 典型电力电子器件的仿真模型建模及仿真实例（0.5 天）；4. 典型电力电子变换器的应用仿真。 （1 天）5. 撰写课程设计报告。 （0.5 天）6. 答辩。 （1 天）六、主要参考六、主要参考资资料料1 王兆安，刘进军.电力电子技术（第五版）.北京：机械工业出版社，2010.2 周渊深. 电力电子技术与 MATLAB 仿真.北京：中国电力出版社, 2005.3 林飞,杜欣. 电力电子应用技术的 MATLAB 仿真.北京：中国电力出版社,2009.4 洪乃刚. 电力电子、电机控制系统的建模和仿真. 北京：机械工业出版社,2010.指导教师（签名）：20 年 月 日目目 录录第第 1
5、 1 章章 MATLABMATLAB 软件及仿真集成环境软件及仿真集成环境 SimulinkSimulink 简介简介 (1)(1) 1.11.1 MATLABMATLAB 及及 SimulinkSimulink 简介简介 (1)(1) 1.21.2 SimulinkSimulink 系统的操作步骤系统的操作步骤 (1)(1) 1.31.3 电气元件模块库电气元件模块库 (2)(2)第第 2 2 章章 电力电子技术仿真分析电力电子技术仿真分析 (3)(3)2.12.1 单相半波可控整流电路仿真单相半波可控整流电路仿真 (3)(3)2.1.12.1.1 单相半波可控整流电路基本原理单相半波可控整
6、流电路基本原理 (3)(3) 2.1.22.1.2 电阻负载时仿真分析电阻负载时仿真分析 (4)(4) 2.1.32.1.3 阻感负载仿真分析阻感负载仿真分析 (5)(5)2.22.2 晶闸管三相桥式整流电路的仿真晶闸管三相桥式整流电路的仿真 (7)(7)2.2.12.2.1 电路图及工作原理电路图及工作原理 (7)(7) 2.2.22.2.2 仿真模型及波形仿真模型及波形 (8)(8)2.32.3 BoostBoost 变换器的仿真变换器的仿真 (11)(11) 2.3.12.3.1 电路图及工作原理电路图及工作原理 (11)(11) 2.3.22.3.2 仿真模型及波形仿真模型及波形 (1
7、1)(11)2.42.4 相位控制的晶闸管单相交流调压器系统的仿真相位控制的晶闸管单相交流调压器系统的仿真 (12)(12) 2.4.12.4.1 电路图及工作原理电路图及工作原理 (12)(12) 2.4.22.4.2 仿真模型及波形仿真模型及波形 (13)(13)第第 3 3 章章 总结总结(15)(15)课程设计成绩评定表课程设计成绩评定表 (16)(16)第第 1 1 章章 MATLABMATLAB 软件及仿真集成环境软件及仿真集成环境 SimulinkSimulink 简介简介1.1 MATLAB 及 Simulink 简介 MATLAB 软件是美国 MathWorks 公司在 20
8、 世纪 80 年代中期推出的高性能数值计算软件,经过近 30 年的开发和更新换代,该软件已成为合适多学科功能十分强大的软件系统,成为线性代数、数字信号处理、自动控制系统分析、动态系统仿真等方面的强大工具。MATLAB 中含有一个仿真集成环境 Simulink,其主要功能是实现各种动态系统建模、仿真与分析。在 MATLAB 启动后的系统界面中的命令窗口输入”SIMULINK”指令就可以启动 SIMULINK 仿真环境。启动 SIMULINK后就进入了浏览器既模版库，在图中左侧为以目录结构显示的 17 类模版库名称（因软件版本的不同，库的数量及其他细节可能不同） ，选中模版库后，即会在右侧窗口出现
9、该模型库中的各种元件或子库。Simulink 支持连续、离散系统以及连续离散混合系统、非线性系统等多种类型系统的仿真分析，本书中将主要介绍和电力电子电路仿真有关的元件模式及仿真方法。对于电力电子电路及系统的仿真，除需使用 Simulink 中的基本模板外，用到的主要元件模型集中在电气系统仿真库 SimPowerSystem 中，该模型库提供了电气系统中常用元件的图形化的图形化元件模型，包括无源元件、电力电子器件、触发器、电机和测量元件等。图形的元件模型使使用者可以快速并且形象地构建所需仿真系统结构。1.2 Simulink 系统的操作步骤在 Simulink 系统中，执行菜单“File”下“N
10、ew” 、 “Model”命令即可产生一个新的仿真模型编辑窗口，在窗口中可以采用形象的图形编辑的方法建立仿真对象、编辑元件及系统相关参数，进而完成电路及系统的仿真系统。具体步骤为：建立一个新的仿真模型编辑窗口后，首先从 Simulink 模块中选择所仿真电路或系统所需要的元件或模块搭建系统，方法为在 Simulink 模块库中所选元件位置按住鼠标左键将元件拖拽至所建编辑窗口的合适位置，不断重复该过程直至所有元件均放置完毕。在窗口中用鼠标左键单击元件图形，元件四周将出现黑色小方块，表示元件已经选中，对该元件可以进行复制（Ctrl+V） 、粘贴（Ctrl+V） 、旋转（Ctrl+R） 、旋转（Ct
11、rl+I） 、删除（Delete）等操作，也可以在元件处按住鼠标左键将元件拖拽移动。需要改变元件大小时可以选定该元件，将鼠标移至元件四周的黑色小方块，待鼠标指针变为箭头形状时按住鼠标左键将元件拖拽至合适尺寸。需要改变元件参数，可以在该元件处双击鼠标左键，即可弹出该元件的参数设置对话窗口进行参数设置。将元件放置完毕后，可采用信号线将元件间连接构成电路或系统结构图，将鼠标放置在元件端子处，但鼠标指针变为“+”字形状时，按住鼠标左键移动至需要连线的另一元件端子处，当鼠标指针变为“+”字形状时，松开鼠标左键及建立两端子之间的连线，若为控制模块间传递信号，则在连线端部将出现箭头表示信号的流向，不断重复该
12、过程直至系统连接完毕。仿真电路或系统模型建立完毕后，还需要使用“Simulink”菜单中的”Confihuration Parameters”命令对仿真起止时间、仿真步长、允许误差和求解算法进行设置和选择，参数的具体选择方法与所仿真电路相关。仿真模型建立完毕后，可以使用“file”菜单中的”Save”命令进行保存。1.3 电气元件模块库对于电力电子电路及系统的仿真除需使用 Simulink 中的基本模块外，用到的主要元件模型集中在电气系统仿真库 SimPowerSystem 中，该模型库提供了电气系统之中常用元件的图形化元件模型，包括无源元件、电力电子器件、触发器、电机和测量元件等。用鼠标单击
13、“SimPowerSystem” ，即会在右侧出现该模型库中八个模版库（子库） ，下面主要介绍电源模版库、电气元件模版库、电气测量模版库及电力电子器件模版库。用鼠标双击“Elements”图标，在窗口中显示 29 种电气元件。这些可以分为三大类:负载元件、传输线和变压器。双击串联 RLC 支路元件将弹出该元件的参数设置对话框,在“Resistance” 、“Inducatance” 、 “Capacitance”参数下可以分别设置三个元件的参数,如果电路中不含三者中的某个元件,则相应参数应设为 0(电阻或电感)或 inf(电容),在电路图形符号中这类元件也将自动消失。串联 RLC 负载元件则是通过设置每个元件的容量,由程序自动计算元件的参数。并联 RLC 支路元件和并联 RLC 负载元件用于描述由电阻、电容、电感并联的电路,参数设置方法类似。在不考虑变压器铁心饱和时不勾选“Saturable core” 。在“Magnetition resistance Rm”和“Magnetition resistance LM”参数
