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1、河南科技学院机电学院本科学位论文2010 届本科毕业论文论文题目：基于MATLAB的电力电子电路仿真分析学生姓名： 所在院系： 机 电 学 院所学专业： 电气工程及其自动化导师姓名： 沈 宏完成时间： 2010年5月22日I河南科技学院机电学院本科学位论文摘 要电力电子技术课程是电气信息类学生所必修的一门专业基础课程，其理论性和实践性很强。本文以MATLAB软件的SIMULINK仿真软件包为平台，对几种常见的电力电子电路进行仿真分析，内容涉及单相桥式全控整流电路、单相桥式有源逆变电路、三相半波可控整流电路、BUCK直流/直流变换电路进、桥式直流PWM变换电路。文章对每个电路首先进行原理分析，进
2、而建立相应的仿真模型，经过详细计算确定并设置仿真参数进行仿真，对于每次仿真结果均采用可视化波形图的方式直接输出。在对仿真结果分析的基础上，不断优化仿真参数，使其最大化再现实际物理过程，并根据各个电路的性能进行参数改变从而观察结果的异同。通过仿真软件MATLAB /SIMULINK建立的电路动态仿真模型，验证了模型的正确性、灵活性和直观性，并克服了以往分析过程中系统接线复杂和改变接线困难等缺点。MATLAB / SIMULINK 为电力电子系统引入了一个有效的学习和分析工具，是学生深刻理解掌握该课程和老师生动形象教授该课程的有力工具。关键词：电力电子电路，MATLAB，计算机仿真Abstract
3、The course of power electronics is the required specialized course for the students majoring in electrical information. The course has high theory and practice. Based on the software package of SIMULINK in MATLAB, this paper simulates and analyzes some basic power electronics circuits, including Sin
4、gle-Phase Full-Bridge Controlled Rectifier, Single-Phase Full-Bridge Active Reverser, Three-phase Whole-wave Circuit of Silicon Controlled Rectifier, Buck Converter and PWM Generator. First, the principle of each circuit is researched, then the respect model simulation is established, and the simula
5、tion parameters are gained through accurate calculation. At last, the result of each simulation is directly output in the form of visual waveform. The simulation results are all fully studied and the simulation parameters are optimized again and again accordingly, consequently, the actual physical p
6、rocess is highly approximated. The parameters are also changed regularly so as to validate the theory. Through simulation software MATLAB / SIMULINK, this article establishes the dynamic simulation model of power electronics circuit, confirms the correctness, vivacity and agility of the model. And t
7、he defects of complex wiring and difficult in changing have been avoided. MATLAB / SIMULINK has introduced a valid tool to power electronic system, it proved to be an effective approach for both the teachers and students.Key words：Power electronics circuits, MATLAB, Computer simulation目 录1 绪论11.1 现代
8、电力电子技术的主要研究内容11.2 本课题的研究内容22 MATLAB及其仿真工具箱SIMULINK应用介绍22.1 MATLAB简介22.2 SIMULINK应用介绍32.3 仿真实验系统总体设计43 单相桥式全控整流电路的仿真分析53.1 单相桥式全控整流电路的工作原理53.2 计算机仿真实验63.2.1 带电阻性负载的仿真实验63.2.2 整流电路带电感性负载84 单相桥式有源逆变电路的仿真分析94.1 单相桥式有源逆变电路的工作原理94.2 产生有源逆变的条件94.3 计算机仿真实验95 三相半波可控整流电路的仿真分析105.1 三相半波可控整流电路的工作原理105.2 三相半波可控整
9、流电压平均值的计算105.3 计算机仿真实验115.3.1 仿真参数设置115.3.2 负载为电阻性负载125.3.3 负载为阻感负载136 BUCK直流/直流降压变换电路的仿真分析146.1 BUCK变换器的工作原理146.2 计算机仿真实验156.2.1 仿真模型156.2.2 仿真参数设置157 桥式直流PWM变换电路实验仿真分析167.1 桥式直流PWM变换电路简介167.2 桥式直流PWM变换电路的工作原理167.3 计算机仿真实验177.3.1 桥式直流PWM变换电路仿真模型的建立177.3.2 桥式直流PWM变换电路仿真模型的参数设置177.3.3 仿真结果及分析188 感应电动
10、机变频调速系统的仿真分析188.1感应电动机变频调速系统的电路原理图188.2 计算机仿真实验198.2.1 感应电动机变频调速系统仿真模型的建立198.2.2 仿真结果及分析199 结语20致谢20参考文献21河南科技学院机电学院本科学位论文1 绪论1.1 现代电力电子技术的主要研究内容当前，电力电子技术己成为一门新兴的高新技术学科，它是介于电力、电子和控制技术这三大领域之间的边缘交叉学科，是研究电力的传送、变换、控制和开关的电子学。其应用范围十分广泛，不仅应用于一般工业，同时广泛应用于电力系统 、交通运输 、通信系统以及新能源系统。电力电子技术课程是电气信息类学生所必修的一门专业基础课程，
11、其理论性和实践性很强。因此对于电气工程及其自动化专业的学生，学好电力电子技术尤其重要。在介绍电力电子技术具体应用时因电路图及波形图多且复杂、控制理论分析抽象，系统的响应无法动态显示，实验中电力电子器件参数不稳定，使实验值与理论值相差较大，而且电力电子器件易受冲击或因电路搭建错误而损坏等，因而影响学生的理解与接受。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，可以使电力电子电路的分析和设计变得更加容易和有效，同时弥补了实验设备的不足，是学习电力电子技术的重要手段。而通常仿真技术在电力电子技术领域中应用较少，主要是因为功率开关元件数学模型非常复杂，使仿真模型的建立非常困难。MATLAB
12、/SIMULINK 提供的电力电子电路系统建模与仿真工具为电力电子技术的研究与应用提供了理想的工具。电力电子电路主要包括控制电路、检测电路、驱动电路和主电路，而其中的主电路按拓扑结构又可分为：1. 交流（AC）/直流（DC）整流电路：将频率为f1、电压为v1的交流电能变换为频率f2 = 0、电压为v2的直流电能；2. 直流（DC）/交流(AC)逆变电路：将频率f1 = 0、电压为v1的直流电能变换为频率f2 0、电压为v2的的交流电能；3. 直流（AC）/直流(AC)电压变换电路：将频率f1 = 0、直流电压为v1的直流电能变换为f2 = 0、直流电压为v2的直流电能。又称为直流斩波电路、直流
13、斩波器；4. 交流（AC）/交流 (AC)电压和/或电流变换电路：将频率为f1交流电压为v1变换为频率为f2的交流电压v2。如果频率不变（f1 = f2）仅改变电压，则称为交流电压变换器或交流斩波器。如果频率、电压均改变，则称为直接变频器。以上四类电力变换器如图1所示。这四大类电力变换器在本科教学中主要以分析主电路为主。其中，交流（AC）/直流（DC）整流电路则是相控分析法的基础和重点，而三相可控桥式整流电路则是整流电路的难点。图1. 常见的四种电力变换器1.2 本课题的研究内容本文正是以MATLAB/SIMULINK 提供的SimPower Sysems工具箱为主要平台，对一些基本的电力电子
14、电路进行仿真分析，同一电路结构在不同的工作状态下对比学习，并在此基础上对电路参数进行优化改进，最终结果以可视化的波形图输出，形象直观的展现电路工作情况，从而更深刻掌握电力电子电路的基本拓扑结构。在仿真分析四类电力变换电路中的一些基本电力电子电路的基础上，为了更进一步的掌握其应用，本文最后对感应电动机变频调速主电路建立了仿真模型。文章行文结构如下：第2部分对MATLAB/SIMULINK中的SimPower Sysems工具箱作简要介绍，并给出建立仿真文件的流程图；第3部分对单相桥式全控整流电路进行仿真分析；第4部分对单相桥式有源逆变电路进行仿真分析；第5部分对三相半波可控整流电路进行仿真分析；
15、第6部分对BUCK直流/直流变换电路进行仿真分析；第7部分对桥式直流PWM变换电路进行仿真分析；第8部分对感应电动机变频调速系统进行仿真分析。2 MATLAB及其仿真工具箱SIMULINK应用介绍2.1 MATLAB简介MATLAB是以矩阵为基本编程单元的一种程序设计语言，它提供了各种矩阵的运算与操作，并有较强的绘图功能，是目前国际上最流行的控制系统计算机辅助设计软件。新版本的推出，使得MATLAB的应用范围更加广泛，而且增加了许多工具箱，如信号处理、通信系统、虚拟现实、系统辨识、神经网络、模糊逻辑、实时空间等学科和领域的工具箱，以供不同专业的科研技术人员开发利用。 SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它和MATLAB语言的主要区别在于，与用户的交互接口是基于Windows 模型化图形输人，使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建而非编程上。目前Mathworks公司已经把SIMULINK发展成为一个系列产品，MATLAB/SIMULINK中的 SimPower Sysems正是专为电力电子和电气传动系统仿
