电力电子实验报告.docx
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电力电子实验报告
福建农林大学金山学院实验报告
系(教研室):
信息与机电工程系专业:
电气工程及其自动化年级:
14级
实验课程:
电力电子技术姓名:
林恒霄学号:
146715116
实验室:
B705指导教师签字:
成绩:
实验一整流电路的仿真
一、实验目的
1)掌握利用MATlab软件进行电力电子技术仿真的方法
2)掌握单相半波整流电路、单相桥式全控整流电路、单相桥式半控整流电路的Matlab的仿真方法和波形的分析
3)掌握三相半波整流电路、三相桥式全控整流电路的Matlab的仿真方法及相关参数的设置和波形的分析
二、实验仪器
1)PC一台
2)Matlab7.0软件
三、实验方法
图12-1单相半波可控整流电路电阻负载仿真界面
图12-2单相半波可控整流电路电阻负载电路仿真模型
1.单相半波可控整流电路电阻负载
(1)仿真方法
图12-2为仿真电路中主要件及其名称,其中电压与电流测量环节,取自电气仿真系统仿真库SimPowerSystem中的“Measurements“子库,电压测量环节输入侧连接到被测电路两端,输出端产生的测量电路两点间的电压波形。
电流测量环节串联接入电路中,输出端产生所测电路电流。
总线合成环节(BusCreator)取自Simulink库中的”CommonlyUsedBlocks“子库,该环节将多路输入信号合成为信号总线,输出至示波器,以便在同一图中同时显示多个波形曲线。
图12-3示波器环节参数设置菜单
示波器环节(Scope)取自Simulink库中的”CommonlyUsedBlocks“子库,双击该环节将显示图12-1右侧的波形显示窗口,单击窗口工具栏中的参数按钮“
”将显示参数设置菜单如图12-3所示,通过设置“Numberofaxes”,可设置示波器窗口内显示的波形数,“Timerange”用于设置时间轴的围,应根据电路的仿真时间进行选择。
“Ticklabels”用于选择时间轴的显示方式。
“Sampling”菜单有两个选项:
“Decimation”和“Sampletime”,用于设置显示间隔,“Decimation”设置为n时表示每计算n点显示一次,“Sampletime”则直接设置显示的间隔时间,单位为秒。
触发环节取自Simulink库中的“Sources”下的“Pulsegenerator”环节,可用于产生电力电子器件驱动信号,双击该环节将显示参数设置菜单如图1-所示,脉冲形式(Pulsetype)选择“TimeBase”,时间(Time)选择“Usesimulationtime”,脉冲幅值可以不接受实际驱动信号值限制,仿真中由于晶闸管采用宏模型,因此,脉冲幅值以不受实际驱动信号幅值限制,这里设置为10V。
脉冲的周期(Period)取为电源周期0.02s,脉冲宽度(PulseWidth)设置为窄脉冲,为电源周期的5%(即18度电角度)。
相位延迟(PhaseDelay)参数为由零时刻起至发出脉冲的间隔时间,在本电路中电源电压初始角为0度,因此该参数所对应的角度即为触发延迟角α。
该参数初始设置为2.5ms时,对应的α角为45度,改变该参数观察不同触发延迟角条件下的电路工作波形。
图12-4触发环节参数设置菜单
电路其他元件参数如下:
交流电源电压峰值为100V,频率为50Hz,初始相角为0度,负载电阻为2Ω。
电路各环节参数设置或修改完毕后,单击仿真窗口中的开始运行按钮“
”开始仿真。
当触发环节中的延迟时间设置为2.5ms(α角为45度)时仿真波形如图1-所示,按照黄色、紫色曲线颜色顺序三幅波形依次为:
电源电压/触发脉冲、晶闸管电源/晶闸管电压、直流侧电流/直流侧电压,改变触发角延迟角等参数观察电路波形发生的变化,如果出现波形超过显示范围而无法显示时,单击示波器窗口工具栏中的自动设置按键的“
”对坐标轴重新设置即可。
图12-5α=45度时单相半波可控整流电路电阻负载仿真波形
(2)仿真结果及分析(改变触发角,负载的大小,进行至少三组的仿真,并对结果进行分析)
1)仿真条件1:
触发角:
60负载:
5
仿真结果:
分析:
晶闸管电流变小,直流侧电流变小
2)仿真条件2:
触发角:
90负载:
30
仿真结果:
分析:
触发角增加到90°,负载电阻增加到30Ω,晶闸管电压幅值变大,电流幅值变小,直流侧电流变小
3)仿真条件3:
触发角:
120负载:
50
仿真结果:
分析:
触发角增加到120°,负载增加到50Ω,晶闸管电压变大,电流变小,直流侧电流变小,直流侧电压波形更陡峭
2.单相半波可控整流电路带电阻电感负载
(1)仿真方法
单相半波可控整流电路电阻电感负载的电路仿真如图1-所示,该电路与电阻性负载的唯一差别是负载不同。
将负载的参数设为R=1Ω,L=0.02H,其他参数不变。
当触发环节中的延迟时间设为2.5ms,时的仿真波形如图1-所示,按照黄色、紫色曲线颜色顺序三幅波形中的波形依次为:
电源电压/触发脉冲,晶闸管电流/晶闸管电压,直流侧电流/直流侧电压。
改变触延迟角为90度,120度,负载电大感L=0.01H、L=0.05H等参数观察电路波形发生的变化。
图12-6单相半波可控整流电路电阻电感负载电路仿真模型
图12-7α=45度时单相半波可控整流电路电阻电感负载
(2)仿真结果及分析(改变触发角,负载的大小,进行至少三组的仿真,并对结果进行分析)
1)仿真条件1:
触发角:
90负载:
0.01H
仿真结果:
分析:
2)仿真条件2:
触发角:
120负载:
0.01H
仿真结果:
分析:
3)仿真条件3:
触发角:
120负载:
0.05H
仿真结果:
分析:
3.单相半波可控整流电阻电感负载带续流二极管电路
(1)仿真方法
单相半波可控整流电路电阻电感载带续流二极管电路的仿真模型如图1-所示,该电路在单相半波可控整流电路的基础上增加了续流二极管。
将负载参数设为R=1Ω,L=0.1H,其他参数不变。
当触发环节电路中的延迟时间为2.5ms时的仿真波形如图1-所示按照黄色、紫色曲线颜色顺序三幅波形中的波形依次为:
电源电压/触发脉冲,晶闸管电流/晶闸管电压,直流侧电流/直流侧电压。
改变触发延迟角为90度、120度,负载电感L=0.2H、L=0.05H等参数,观察电路发生的变化。
(该电路中由于存在电感这个储能环节,电感电流初始值设为0,因此电路存在过渡时羊。
为了显示电路的稳态工作波形,仿真中将仿真时间设为0.3S,最终显示波形为0.2~0.3秒的电路波形,此时电路已经接近稳态,但仔细观察波形,仍可发现微小变化,特别是大负载电感时较为明显,如需仔细观察,可以将仿真时间进一步延长)
图12-8单相半波可控整流电阻电感负载带续流二极管电路仿真模型
图12-9α=45度时单相半波可控整流电阻电感负载带续流二极管电路仿真波形
(2)仿真结果及分析(改变触发角,负载的大小,进行至少三组的仿真,并对结果进行分析)
1)仿真条件1:
触发角:
90负载:
R=1Ω,L=0.1H
仿真结果:
分析:
2)仿真条件2:
触发角:
90负载:
L=0.05H
仿真结果:
分析:
3)仿真条件3:
触发角:
120负载L=0.2H
仿真结果:
分析:
4.单相桥式全控整流电路电阻负载
(1)仿真方法
单相桥式全控整流电路电阻负载的电路仿真模型如图12-10所示,该电路采用四只晶闸管构成桥式全控整流电路,采用Trig14,Trig23两个触发脉冲分别产生1、4管及2、3管的驱动信号,由于两对晶闸管分别于正负半周导通,触发延迟角相差180度,因此两个触发环节的延迟时间相差180度(电网频率50Hz时,对应时间为10ms)。
电路中交流电源电压峰值为100V,频率为50Hz,初始相角为0度,负载电阻为2Ω,当触发环节中的延迟时间分别设置2.5ms,12.5ms,(即α=45度)时的仿真波形如图12-11所示,按照黄色、紫色、蓝色曲线颜色顺序,三幅波形图中的波形依次为:
电源电压/1、4管触发脉冲/2、3管触发脉冲,1管晶闸管的电流/晶闸管的电压,直流侧电流/直流侧电压。
改变触发延迟角为90度(对应触发环节延迟时间分别为5ms,15ms)、120度(对应触发环节延迟时间分别为6.67ms,16.67ms)等参数观察电路波形发生的变化。
图12-10单相桥式全控整流电路电阻负载电路仿真模型
图12-11α=45度时单相桥式全控整流电路电阻负载仿真波形
(2)仿真结果及分析(改变触发角,负载的大小,进行至少三组的仿真,并对结果进行分析)
1)仿真条件1:
触发角:
90负载:
R=2Ω
仿真结果:
分析:
2)仿真条件2:
触发角:
120负载:
R=2Ω
仿真结果:
分析:
3)仿真条件3:
触发角:
120负载:
R=3Ω
仿真结果:
分析:
5.单相桥式全控整流电路电阻电感负载
(1)仿真方法
单相桥式全控整流电路电阻电感负载的电路仿真模型如图12-12所示,电源电压峰值为100V,频率为50Hz,初始相角为0度,负载电阻为1Ω,负载电感为0.1H。
当两个触发环节中的延迟时间分别设为2.5ms、12.5ms(即α=45度)时的仿真波形如图12-13所示。
按照黄色、紫色、蓝色曲线颜色顺序,三幅波中的波形依次为:
电源电压/1、4管触发脉冲/2、3管触发脉冲,1管晶闸管电流/晶闸管电压,直流侧电流/直流侧电压。
改变触发角为90度(对应触发延迟环节为5ms、15ms)、120度(对应触发环节延迟时间为6.67ms、16.67ms)等参数观察电路波形发生的变化。
与半波整电路电阻电感负载带续二极管电路类似的是,电路存在过渡过程。
为了显示电路稳态的工作波形,仿真中也将仿真是间设为0.3s,最终显示波形为0.2~0.3s的电路波形,此时电路已接近稳态。
但仔细观察波形,仍可以观察到微小变化,特别是在大负载电感时较为明显。
图12-12单相桥式全控整流电路电阻电感负载电路仿真模型
图12-13α=45度时单相桥式全控整流电路电阻电感负载电路仿真波形
(2)仿真结果及分析(改变触发角,负载的大小,进行至少三组的仿真,并对结果进行分析)
1)仿真条件1:
触发角:
90负载:
电阻R=1Ω,电感L=0.1H
仿真结果:
分析:
2)仿真条件2:
触发角:
120负载:
电阻R=1Ω,电感L=0.1H
仿真结果:
分析:
3)仿真条件3:
触发角:
120负载:
电阻R=2Ω,电感L=0.3H
仿真结果:
分析:
6.单相桥式全控整流电路反电动势负载
(1)仿真方法
单相桥式全控整流电路反电动势负载的电路仿真模型如图12-14所示,电源电压峰值为100V,频率为50Hz,初始相角为0度,负载电阻为1Ω,反电动势50V。
当两个触发环节中的延迟时间分别设为2.5ms、12.5ms(即α=45度)时的仿真波形如图12-15所示。
按照黄色、紫色、蓝色曲线颜色顺序,三幅波中的波形依次为:
电源电压/1、4管触发脉冲/2、3管触发脉冲,1管晶闸管电流/晶闸管电压,直流侧电流/直流侧电压。
改变触发角为90度(对应触发延迟环节为5ms、15ms)、120度(对应触发环节延迟时间为6.67ms、16.67ms)以及反电动势的等参数观察电路波形发生的变化。
需要注意的是,若触发脉冲小时刻交流电源电压低于反电动势电压,则晶闸管不能导通,这种情况下需要增加触发环节的脉冲宽度保证电路正常工作。
图12-14单相桥式全控流电路反电动势负载电路仿真模型
图12-15α=45度时单相桥式全控整流电路反电动势负载电路仿真模型
(2)仿真结果及分析(改变触发角,负载的大小,进行至少三组的仿真,并对结果进行分析)
1)仿真条件1:
触发角:
90负载:
R=1Ω
仿真结果:
分析:
2)仿真条件2:
触发角:
120负载:
R=1Ω
仿真结果:
分析:
3)仿真条件3:
触发角:
120负载:
R=3Ω
仿真结果:
分析:
7.单相全波可控整流电路
(1)仿真方法
单相全波可控整流电路的电路仿真模型如图12-16所示,电源电压峰值为100V,频率为50Hz,初始相角为0度,变压器电压比为1:
1:
1,负载电阻为2Ω。
当两个触发环节中的延迟时间分别设置为2.5ms、12.5ms(即45度)时的仿真波形如图12-17所示。
按照黄色、紫色曲线颜色顺序三幅波形图中的波形依次为:
电源电压/电源电流,1管晶闸管电流/晶闸管电压,直流侧电流、直流侧电压。
改变触发角为90度(对应触发角延迟环节的时间分别为5ms、15ms)、120度(对应触发环节延迟时间分别为6.67ms,16.67s)等参数观察电路发生的变化
图12-16单相全波可控整流电路仿真模型及变压器参数设置
图12-17α=45度时单相全波可控整流电路仿真波形
(2)仿真结果及分析(改变触发角,负载的大小,进行至少三组的仿真,并对结果进行分析)
1)仿真条件1:
触发角:
90负载:
R=2Ω
仿真结果:
分析:
2)仿真条件2:
触发角:
120负载:
R=2Ω
仿真结果:
分析:
3)仿真条件3:
触发角:
120负载:
R=5Ω
仿真结果:
分析:
8.单相桥式半控整流电路
(1)仿真方法
直流侧带续流二极管的单相桥式半控整流电路仿真棤型如图12-18所示,电源电压峰值为100V,频率为50Hz,初始相角为0度,负载为阻感负载,电阻为1Ω,电感为0.1H。
当两个触发环节中的延迟时间分别设为2.5ms、12.5ms(即α=45度)时的仿真波形如图12-19所示。
按照黄色、紫色、蓝色曲线颜色顺序三幅波形图中的波形依次为:
电源电压/1管触发脉冲/3管触发脉冲,1管晶闸管电流/晶闸管电压,直流侧电流/直流侧电压。
改变触发延迟角为90度(对应触发环节延迟时间分别为5ms、15ms)、120度(对应触发环节延迟时间分别为6.67ms、16.67ms)等参数观察电路波形发生的变化。
电路仿真中也将仿真时间设为0.3s,最终显示波形为0.2~0.3S的电路波形,此时已接近稳态。
图12-18单相桥式半控整流电路仿真模型
图12-19α=45度时单相桥式半控整流电路仿真波形
(2)仿真结果及分析(改变触发角,负载的大小,进行至少三组的仿真,并对结果进行分析)
1)仿真条件1:
触发角:
负载:
仿真结果:
分析:
2)仿真条件2:
触发角:
负载:
仿真结果:
分析:
3)仿真条件3:
触发角:
负载:
仿真结果:
分析:
9.三相半波可控整流电路电阻负载
(1)仿真方法
三相半波可控整流电路电阻负载电路仿真模型如图12-20所示,电源相电压峰值为100V,频率为50Hz,A相初始相角为30度,负载为电阻负载,电阻为2Ω.由于三相半波可控整流电路α起点为相电压交点,因此本仿真模型中对应α为0义勇的A、B、C三相对应的三个触发环节的延迟时间分别设置为0、6.67ms、13.33ms,此时仿真波形如图12-21所示。
按照黄色、紫色、蓝色曲线颜色三幅波形依次为:
A相/B相/C相电源电压,A相/B相/C相触发脉冲,1管晶闸管电流/晶闸管电压,直流侧电流/直流侧电压。
改变触发延迟角为60度(对应触发环节延迟时间为3.33ms、10ms及16.67ms、90度(对应触发环节延迟时间分别为5ms、11.67ms)等参数观察电路波形发生的变图。
图12-20三相半波可控整流电路电阻负载电路仿真模型
图12-21α=21度时三相半波可控整流电路电阻负载电路仿真波形
(2)仿真结果及分析
10.三相半波可控整流电路电阻电感负载
(1)仿真方法
三相半波可控整流电路电阻电感负载电路仿真模型如图12-22所示,电源相电压峰值为100V,频率为50Hz,A相初始相角为30度,负载为电阻电感负载,电阻为2Ω,电感为0.05H。
由于三相半波可控整流电路α角的起点为相电压交点,因此本仿真模型中对应α角为60度的A、B、C三相对应的三个触发环节中的延迟时间为分设置为3.33ms、10ms、16.67ms,此时的仿真波形如图12-23所示。
按照黄色、紫色、蓝色曲线颜色顺度三幅波形图中的波形依次为:
A相/B相/C相电源电压,A相/B相/C相触发脉冲,1管晶闸管电流/晶闸管电压,直流侧电流/直流侧电压。
改变触发延迟角为30度(对应触发环节的延迟时间分别为1.67ms、8.33ms、以及15ms)、90度(对应触发环节延迟时间分别为5ms、11.67ms、以及18.33ms)等参数观察电路波形发生的变化。
电路仿真时间设为0.15s,最终显示为0.1~0.15s的电路波形,此时电路已经接近稳态。
图12-22三相半波可控整流电路电阻负载电路仿真模型
图12-23α=60度时三相半波可控整流电路电阻电感负载电路仿真波形
(2)仿真结果及分析(改变触发角,负载的大小,进行至少三组的仿真,并对结果进行分析)
1)仿真条件1:
触发角:
负载:
仿真结果:
分析:
2)仿真条件2:
触发角:
负载:
仿真结果:
分析:
3)仿真条件3:
触发角:
负载:
仿真结果:
分析:
11.三相桥式全控整流电路电阻负载
(1)仿真方法
三相桥式全控整流电路电阻负载电路仿真模型如图12-24所示,电源电源峰值为100V,频率为50Hz,A相初始相角为30度,负载为电阻负载,电阻为2Ω。
由于三相桥式全控整流电路α角的起点为相电压交点,因此本仿真模型中对应的α为60度时的A、B、C三相对应的六个触发环节中的延迟时间分别设置为3.33ms、6.67ms、10ms、13.33ms、16.67ms、0,依次相差3.33ms,此时仿真波形如图12-25所示。
由于需要保证共阴组和共阳组各有一个晶闸管同时导通,触发环节的脉冲宽度选为20%的电源周期(即宽脉冲触发方式)。
按照黄色、紫色、蓝色曲线颜色三幅波形图中的波形依次为:
A相/B相/C相电源电压,1管晶闸管电流/晶闸管电压,直流侧电流/直流侧电压。
改变触发延迟角为30度,对应触发环节延迟时间分别为1.67ms、5ms、8.33ms、11.67ms、15ms及18.33ms)等参数观察电路波形发生的变化,并熟悉各晶闸管触发脉冲的时序关系。
图12-24三相桥式整流电路电阻负载电路仿真模型
图12-25α=60度时三相桥式全控整流电路电阻负载电路仿真波形
(2)仿真结果及分析(改变触发角,负载的大小,进行至少三组的仿真,并对结果进行分析)
1)仿真条件1:
触发角:
负载:
仿真结果:
分析:
2)仿真条件2:
触发角:
负载:
仿真结果:
分析:
3)仿真条件3:
触发角:
负载:
仿真结果:
分析:
12.三相桥式全控整流电路电阻电感负载
(1)仿真方法
三相桥式全控整流电路电阻电感负载仿真模型如图12-26所示。
在上个实例中掌握了三相桥式全控整流电路各晶闸管触发信号的设定后,本仿真实例采用更简洁方便的电路仿真模型。
仿真电路中三相桥式全控整流电路采用通用桥式电路,触发环节采用SimPowerSystems库存中的“ExtraLibray\ControlBlocks”g下的“Synchronized6-PulseGenerator”环节,可用于产生三相桥式全控整流电路所需的六路驱动脉冲信号。
该环节一有五个输入端和一个输出端,输入端alpha_deg为移相控制角信号,单位为度,输入端AB、BC、CA是同步线电压输入端,需要与三相桥式整流电路输入侧相电压对应。
输出端产生六路驱动脉冲,与三相桥式整流电路的脉冲输入端g相连。
双击该元可弹出参数设置对话框如图12-27所示,参数“Frequencyofsynchronizationvoltages”为同步电压频率,“Pulsewidth”为输出触发脉冲宽度,当勾选“Doublepulsing”时,触发环节输出相应宽度间隔60度的双脉冲。
电路中的基他元件参数为电源相电压峰值100V,频率为50Hz,负载电阻为电阻电感负载,电阻为2Ω,电感为0.02H。
在通用桥式电路环节参数中的“Measurements”下选择”AllVoltagesandcurrents”,则采用“Multimeter”环节即可选择整流桥电路中各元件电压、电流进行观测。
当α=60度时电路的仿真波形如图12-28所示。
改变触发环节“alpha_deg”端输入信号即可获得各种触发延迟角下的电路工作波形
图12-26三相桥式全控整流电路电阻电感负载仿真模型
图12-27三相桥式电路触发环节参数设置菜单
图12-28α=60度时三相桥式全控整流电路电阻负载电路仿真波形
(2)仿真结果及分析(改变触发角,负载的大小,进行至少三组的仿真,并对结果进行分析)
1)仿真条件1:
触发角:
负载:
仿真结果:
分析:
2)仿真条件2:
触发角:
负载:
仿真结果:
分析:
3)仿真条件3:
触发角:
负载:
仿真结果:
分析:
13.三相半波可控流电路含变压器漏感
(1)仿真方法
三相半波可控整流电路含变压器漏感电路仿真模型如图12-29所示。
电路中元件参数为电源相电压峰值100V,频率为50Hz,A相初始相角为30度,负载为电阻电感负载,电阻为2Ω,电感为0.05H,变压器漏感为2mH。
当α为30度时电路的仿真波形如图12-30所示。
改变三个触发环节的延迟时间可获得各种触发延迟角下的电路工作波形。
电路仿真中将仿真时间设为0.15s,最终显示波形为0.1~0.15s的电路波形,此时电路已接近稳态。
图12-29三相半波可控整流电路含变压器漏感电路仿真模型
图12-30α=30度时三相半波可控整流电路电路含变压器漏感电路仿真波形
(2)仿真结果及分析(改变触发角,负载的大小,进行至少三组的仿真,并对结果进行分析)
1)仿真条件1:
触发角:
负载:
仿真结果:
分析:
2)仿真条件2:
触发角:
负载:
仿真结果:
分析:
3)仿真条件3:
触发角:
负载:
仿真结果:
分析:
四实验总结
通过这次上机实验,验证了以往学到的知识,使我掌握了不少MATLAB的技巧,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅。
福建农林大学金山学院实验报告
系(教研室):
信息与机电工程系专业:
电气工程及其自动化年级:
14级
实验课程:
电力电子技术姓名:
林恒霄学号:
146712116
实验室:
B705指导教师签字:
成绩:
实验二逆变电路的仿真
四、实验目的
4)掌握利用MATlab软件进行电力电子技术仿真的方法
5)掌握单相电压型半桥逆变电路、单相电压型全桥逆变电路和单相电流型全桥逆变电路的Matlab的仿真方法和波形的分析。
五、实验仪器
3)PC一台
4)Matlab7.0软件
六、实验方法
1、电压型单相半桥逆变电路
图2-1
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- 关 键 词:
- 电力 电子 实验 报告