【正文】 輸入電壓 Ud的平均輸出電壓 U0。負(fù)載電壓 和電流波形如圖 26所示。時(shí) 電流和電壓波形 圖 23. α =30176。時(shí)，接阻感負(fù)載時(shí)的工作情況與接電阻負(fù)載時(shí)存在較大差別：接 電阻負(fù)載時(shí)，當(dāng)電源電壓過(guò)零變負(fù)時(shí)，晶閘管被關(guān)斷，直到下一個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖到來(lái)，因此出現(xiàn)斷續(xù)，輸出電壓不能出現(xiàn)負(fù)值；接阻感負(fù)載時(shí)，由于電感的作用，延續(xù)了晶閘管的導(dǎo)通，負(fù)載電流仍是連續(xù)的，負(fù)載電壓波形進(jìn)入到負(fù)半周，并且 α越大，整流輸出電壓波形中負(fù)面積部分越多，整 流輸出電壓平均值越小。 負(fù)載為阻感負(fù)載 設(shè)置好各參數(shù)后，啟動(dòng)仿真，仿真結(jié) 果如圖 22圖 25所示。時(shí)，輸出 電壓、電流波形發(fā)生斷續(xù)，即 α=30176。 時(shí) 電流和電壓波形 圖 21. α =150176。 時(shí) 電流和電壓波形 圖 17. α =30176。要注意保證 觸發(fā)脈沖和主電路同步。、 60176。 三相晶閘管整流器參數(shù)設(shè)置 ：使用默認(rèn)值。雙擊各模塊，在出現(xiàn)的對(duì)話框內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù) 。 ? 大于 30? 時(shí)，例如 ? =60? ，當(dāng) 2U 過(guò) 0 時(shí)，由于電感的存在，組織電流下降因而 1VT 繼續(xù)導(dǎo)通，直到下一相晶閘管 2VT 的觸發(fā)脈沖到來(lái)，才發(fā)生換流，由 2VT 導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時(shí)向 1VT 施加反壓使其關(guān)斷。 10 圖 12. 有源逆變電壓波形圖 圖 13. 有源逆變電流波形圖 5 三相半波可控整流電路的仿 真分析 三相半波可控整流電路的工作原理 三相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)原理如圖 14所示，圖中用了三個(gè)晶閘管，與單向電路比較，其輸出電壓脈沖小，輸出功率大。 由圖 12 和圖 13 知負(fù)載平均電壓 Ud和平均電流均為負(fù)值，這一結(jié)果使可控整流電路的平均功率由 直流側(cè)輸向可控整流電路的交流側(cè)，也就是直流電能變換成了交流電能 。 計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn) 有源逆變仿真結(jié)構(gòu)模型如圖 11所示。圖中的 R、電抗 L 和觸發(fā)電路與單相全控橋式整流電路（圖 3）相同。 經(jīng) 以上分析可 知 ， 仿 真輸出波 形 與實(shí)際相 符 合 。 圖 9. 電感性負(fù)載電壓輸出波形圖 圖 10. 電感性負(fù)載電流輸出波形圖 對(duì) 比圖 7和圖 9可知 ， 兩種負(fù) 載 下交流電 壓 源波形和 觸 發(fā)脈沖波 形 完全相同 ，但藍(lán) 色 整流輸出 電 壓 的波形 發(fā) 生了變 化 。 由 此 可見 ， 仿真輸出 電 流波形也 與 實(shí)際相符 合 。仿真順利完成，雙擊示波器便可以觀察到各電壓輸出量的波形 (如圖 7所示 )和整流輸出電流的波形 (如圖 8所示 )。 脈沖參數(shù)設(shè)置如圖 5所示， 串 聯(lián)的RLC組 合 中將電 阻 參數(shù)設(shè)為 60Ω 。雙擊各模塊，在出現(xiàn)的對(duì)話框內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。 計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn) 帶電阻性負(fù)載的仿真實(shí)驗(yàn) 啟動(dòng) MATLAB，進(jìn)入 SINMULINK后新建文檔，從 SINMULINK子庫(kù) SimPower Systems的 Electrical Sources節(jié) 點(diǎn)里調(diào)用 一 個(gè)交流電 壓 源和 4 個(gè) 晶 閘管 ； 從SINMULINK子庫(kù)的 Sources節(jié) 點(diǎn) 里 調(diào)用 晶閘 管 的觸發(fā) 脈 沖信 號(hào) ， 以 此 來(lái)控 制 晶閘 管 的 通 斷 ； 從 SINMULINK子 庫(kù) SimPower Systems的 Elements節(jié)點(diǎn) 里 調(diào)用串聯(lián)的RLC負(fù)載 組合 ， 通 過(guò) 設(shè)置參 數(shù) 來(lái) 等效電 阻 負(fù)載 ； 從 Sinks子 庫(kù) 調(diào)用示波器 [3]。 （ 2） 移相與移相范圍 ： 移相是指改變觸發(fā)脈沖 Ug 出現(xiàn)的時(shí)刻，即改變控制角 ? 的大小。至下一周期重復(fù)上述過(guò)程，如此循環(huán) 。 RLTrV T 1 V T 3V T 2 V T 4U1 U2+Ud 圖 3. 單相橋式全控整流器原理圖 在 2U 正半周期，觸發(fā)角 ? 處給 1VT 和 4VT 加觸發(fā)脈沖使其開通， dU = 2U 。并且能在仿真運(yùn)行過(guò)程中隨時(shí) 改變參數(shù)，觀察其變化情況。建立模型后，設(shè)定每個(gè)模塊參數(shù)。 數(shù)學(xué)建模階段：將實(shí)際對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性用微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程或結(jié)構(gòu)圖等方式描述出來(lái)。雙擊 scope 模塊打開 scope 窗口，以觀察仿真的輸出波形。 在整流電路中較多使用的模塊有 :正弦波發(fā)生器、積分器、復(fù)用器和示波器。 一般來(lái)講，在模型結(jié)構(gòu)都己經(jīng)設(shè)計(jì)好的基礎(chǔ)上，用 SIMULINK 建立模型的過(guò)程可以簡(jiǎn)單概括為 :在 SIMULINK 的模塊庫(kù)里找到所需 要 的模塊，并把它們拖 4 曳到模型窗口中，將這些模塊排列好，然后用直線把各個(gè)模塊連接起來(lái)。 Tables(函數(shù)和 表格 )、 Math(數(shù)學(xué) )、 Nonlinear(非線性 )、 Signal＆ System(信號(hào)和系統(tǒng) )、 Sinks(接收器 )、 Sources(源 )等 子庫(kù)，用戶在調(diào)用時(shí)會(huì)很容易就找到所需的模塊并加以選擇。仿真的結(jié)果則通過(guò) PSB 中的電壓檢測(cè)模塊 ， 電流檢測(cè)模塊或萬(wàn)用表模塊輸出顯示 。實(shí)際上 PSB 對(duì)電路的仿真還是用 MATLAB 中的 SIMULINK 的方法進(jìn)行的。自從 版本開始 ， 增加了電氣系統(tǒng)模塊 ( Power System Blockset , PSB) ， 提供了基本電路、電機(jī)、電力電子器件等多方面的模型 ， 使得利用 MATLAB 進(jìn)行電力電子仿真 更加方便 。 SIMULINK 是 MATLAB 軟件的擴(kuò)展，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包，它和 MATLAB 語(yǔ)言的主要區(qū)別在于，與用戶的交互接口是基于 Windows 模型化圖形輸人，使得用戶可以把更多的精力投 入 到系統(tǒng)模型的構(gòu)建而非編程上。在仿真分析四類電力變換電路中的一些基本電力電子電路的基礎(chǔ)上，為了更進(jìn)一步的掌握其應(yīng)用，本文最后 對(duì)感應(yīng)電 動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速 主 電路建立 了 仿真 模 型 。 以上四類電力變換 器如 圖 1 所示 。 電力電子電路主要包括控制電路、檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)電路和主電路，而 其中的主電路 按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又可分為： 1. 交流（ AC） /直流（ DC）整流電路：將頻率為 f電壓為 v1的交流電能變換為頻率 f2 = 0、電壓為 v2的直流電能 ； 2. 直流（ DC） /交流 (AC)逆變電路：將頻率 f1 = 0、電壓為 v1的直流電能變換為頻率 f2 ≠ 0、電壓為 v2的的交流電能 ； 3. 直流（ AC） /直流 (AC)電壓變換電路：將頻率 f1 = 0、直流電壓為 v1的直流電能變換為 f2 = 0、直流電壓為 v2的直流電能。在介紹電力電子技術(shù)具體應(yīng)用時(shí)因電路圖及波形圖多且復(fù)雜、控制理論分析抽象 ， 系統(tǒng)的響應(yīng)無(wú)法動(dòng)態(tài)顯示 ， 實(shí)驗(yàn)中電力電子器件參數(shù)不穩(wěn)定 ， 使實(shí)驗(yàn)值與理論值相差較大 ， 而且電力電子器件易受沖擊或 因 電路搭建錯(cuò)誤而損壞等 ， 因而影響學(xué)生的理解與接受。 關(guān)鍵詞： 電力電子電路 ， MATLAB， 計(jì)算機(jī)仿真 II Abstract 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 SinglePhase FullBridge Controlled Rectifier, SinglePhase FullBridge Active Reverser, Threephase Wholewave 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 simulation 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 process 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 the defects of plex 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 河南科技學(xué)院 機(jī)電 學(xué)院本科學(xué)位論文 III 目 錄 1 緒論 ............................................................................................................................ 1 現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容 .............................................................. 1 本課題的研究?jī)?nèi)容 .......................................................................................... 2 2 MATLAB 及其仿真工具箱 SIMULINK 應(yīng)用介紹