电力电子技术仿真实训
2009年
仿真实训1——桥式整流电路仿真研究 ............................. 2 仿真实训2——直流降压变换器仿真研究 .......................... 10 仿真实训3——单相逆变器仿真研究 .............................. 14 仿真实训4——单相交流调压器仿真研究 .......................... 17
仿真实训1——桥式整流电路仿真研究
一、预备工作
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。有能力的同学也能够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，在显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。
图2 可关断晶闸管元件的参数设置对话框
c）晶闸管元件的正向管压降Vf，单位为V。 d）电流下降到10％的时刻tf，单位为秒（s）。 e）电流拖尾时刻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，为了在模型中排除缓冲电路，可将缓冲电阻Rs
设置为inf。
h）缓冲电容Cs，单位为F，为了在模型中排除缓冲电路，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。
（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 类别 电阻数值 单个电阻 单个电容 单个电感
（3）固定时刻间隔的脉冲发生器参数设置
双击脉冲发生器模块（pulse），固定时刻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（操纵角）为0.0025，（45°）。一定要注意触发脉冲操纵角的设置，否则要烧坏晶闸管。
0 0 0 串联RLC分支 电感数值 0 电容数值 inf 电阻数值 并联RLC分支 电感数值 inf 电容数值 0 R R L inf inf L 0 C inf inf C
图4 固定时刻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刻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，显现仿真对话框如图6。不同版本的matlab，对话框有些不同。图6是在matlab 7.0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“Update Diagram”命令来刷新模型。
（b）选择信号线，然后选择“Edit”菜单中的“Signal Properties”命令；或单击右键，选择弹出快捷菜单中的“Signal Properties”命令，显现如图7所示的对话框，在“Signal Name”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7 Signal Properties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，操纵角为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，显现如图9所示“General”选项卡和“Data
History”选项卡对话框，在本例中设置的坐标系数目为6，显示时刻为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“Axes properities”命令，显现如图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差不多相同，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操纵方法的本质。 2、仿真时要与实际电路联系起来，要明白所设置参数的含义。
仿真实训2——直流降压变换器仿真研究 一、任务预备
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，在显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 直流电源Vs 电感模块L 电阻模块e/V Inductance/H Resistan5 0.01 参数名 Amplitud参数值 200 R 脉冲模块 ce/ PeridodTS/s Pulse Pulse Width（%） 50 0.002 模型中IGBT和二极管的参数能够保持包蕴值，电源电压和负载电阻能够依照实际情形设定，驱动脉冲宽度和电感值能够依照对输出电压电流的脉动要求选择。
2）设置仿真时刻为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。
仿真实训3——单相逆变器仿真研究 一、任务预备
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操纵的要求。 二、实施方法
1、采纳正弦波脉宽调制，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，电路采纳双极性操纵方式。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，在显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）一般桥的参数设置，如图2所示。
图2一般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。
仿真实训4——单相交流调压器仿真研究 一、预备工作
1、预习Matlab/simulink 仿真软件；
2、预习单相交流调压电路的原理，有能力的同学也能够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，在显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，要紧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），开始仿真时刻为0，停止时刻设置为0.1。
设置好各模块参数后，单击工具栏的按钮仿真结果。
，得到如图2（a）和2（b）的
（a）操纵角为0° （b）操纵角为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，单击工具栏的按钮仿真结果。
，得到如图3（a）和3（b）的
（a）操纵角为0° （b）操纵角为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阻碍。
（5）分析仿真中显现的各种问题。 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。
