【正文】 接電阻負(fù)載整流輸出電壓波形相同，這是因?yàn)檎鬏敵鲭娏骶B續(xù)，但輸出電流波形不同，由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形相對(duì)變得比較平直。在 α＜ 30176。 12 圖 15. 三相半波可控整流系統(tǒng)模型圖 負(fù)載為電阻性負(fù)載 設(shè)置好各參數(shù)后，啟動(dòng)仿真，仿真結(jié) 果如圖 16~圖 21所示。觸發(fā)角 α分別設(shè)置為 0176。所以電阻電感性負(fù)載時(shí) ? 的移相范圍為90? 。太陽能或風(fēng)能發(fā)出的直流電經(jīng)過三相橋式交流電連接到統(tǒng)一的電網(wǎng)中去。 （ 2）要求晶閘管的控制角 ?? 90? ，使 Ud為負(fù)值。 即 電 阻性負(fù) 載 時(shí)晶閘 管 的導(dǎo) 通 角 為 (30176。 單 相橋式整 流 電路將正 弦 交流電壓 整 流為脈動(dòng) 直 流電壓 ， 仿真輸 出 電壓波形 與 實(shí)際將符 合 。晶閘 管 控制 角 α設(shè)定 為 30176。單相橋式全控整流器電阻性負(fù)載時(shí)的移相范圍是 0～ 180? 。至 ? t=? +? 時(shí)，給 3VT 和 2VT 加觸發(fā)脈沖，因?yàn)?3VT 和 2VT 已經(jīng)承受正電壓，所以兩管導(dǎo)通。采取快速仿真算法或離散相似法，既能達(dá)到實(shí)時(shí)仿真的目的，又能滿足一定的精度要求。至此，用 SIMULINK 建立模型實(shí)例的基本操作 結(jié)束 。 在 SIMULINK里，模 型是保存在模型文件里的，新建一個(gè)空白模型，也就是新建了一個(gè)空白的模型文件，模型文件的后綴名為 .mdl。這樣，一個(gè)稱為 Simulink library Browser 的窗口就會(huì)出現(xiàn)在桌面上，用戶也可以使用 MATLAB 主窗口的快捷按鈕或者是利用launch pad 子窗口命令打開，用戶可以在界面上瀏覽、選擇及調(diào)用模塊。 MATLAB 的 PSB 提供了豐富的電氣系統(tǒng)仿真所需的模型庫 ，根據(jù)所要仿真電路 ， 從模型庫中以圖形的方式調(diào)入相應(yīng)的元件 ， 并按照模型庫的要求設(shè)定好參數(shù)。 2 MATLAB 及 其仿真工具箱 SIMULINK 應(yīng)用介紹 MATLAB 簡介 MATLAB 是以矩陣為基本編程單元的一種程序設(shè)計(jì)語言，它提供了各種矩陣的運(yùn)算與操作，并有較強(qiáng)的繪圖功能，是目前國際上最流行的控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。如果頻率不變（ f1 = f2）僅改變電壓，則稱為交流電壓變換器或交流斬波器。電力電子技術(shù)課程是電氣信息類學(xué)生所必修的一門 專業(yè)基礎(chǔ)課程 ， 其理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)。 2020 屆本科畢業(yè)論文 論文 題目 ： 基于 MATLAB 的電力電子電路仿真分析 學(xué)生姓名： 所在院系： 機(jī) 電 學(xué) 院 所學(xué)專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 導(dǎo)師姓名： 沈 宏 完成時(shí)間： 2020 年 5 月 22 日 河南科技學(xué)院 機(jī)電 學(xué)院本科學(xué)位論文 I 摘 要 電 力電子技 術(shù) 課程是 電 氣信息 類 學(xué)生所 必 修的一 門 專業(yè)基 礎(chǔ) 課 程 ， 其理論性和 實(shí) 踐性很 強(qiáng) 。其應(yīng)用范圍十分廣泛 ， 不僅應(yīng)用于一般工業(yè)，同時(shí)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng) 、交通運(yùn)輸 、通信系統(tǒng)以及新能源系統(tǒng)。又稱為直流斬波電路、直流斬波器 ； 4. 交 流（ AC） /交流 (AC)電壓和 /或電流變換電路：將頻率為 f1交流電壓為 v1變換為頻率為 f2的交流電壓 v2。 文章行文結(jié)構(gòu)如下：第 2部分對(duì) MATLAB/SIMULINK中的 SimPower Sysems工具箱作簡要介紹，并給出建立仿真文件的流程圖；第 3 部分對(duì)單相橋式全控整流電路進(jìn)行仿真分析；第 4 部分對(duì)單相橋式有源逆變電路進(jìn)行仿真分析；第 5 部分對(duì)三相半波可控整流電路進(jìn)行仿真分析；第 6 部分對(duì) BUCK 直流 /直流變換電路進(jìn)行仿真分析；第 7 部分對(duì) 橋式直流 PWM 變換電路進(jìn)行仿真分析 ；第 8 部分對(duì) 感應(yīng) 電 動(dòng)機(jī)變 頻 調(diào)速系 統(tǒng)進(jìn)行仿真分析 。在 2020 年推出的 MATLAB 版本中 PSB 已經(jīng)升級(jí)到 版本 ，并對(duì)模型庫進(jìn)行了進(jìn)一步的擴(kuò)充 ， 增加了各種電力電子器件的離散模型、通用三相橋、有功無功檢測、 PWM 波形產(chǎn)生器等 ， 該工具箱為電力電子電路的設(shè)計(jì)提供了有力的具 。 SIMULINK 應(yīng)用介紹 啟動(dòng) SIMULINK 的方法有很多種，按照 MATLAB 的傳統(tǒng)方式，只要在命令窗口輸入 ： ＞＞ SIMULINK。具體的操作步驟如下 ： (1)啟動(dòng) SIMULINK 模塊庫瀏覽窗口 ； (2)新建一個(gè)空白模型，即點(diǎn)擊庫瀏覽器工具欄上的空白按鈕。在開始仿真之前先把仿真的時(shí)間設(shè)置成有效時(shí)間，最后保存模型。 運(yùn)行仿真階段：在 SIMULINK 環(huán)境下設(shè)置仿真參數(shù)，包括仿真時(shí)間、仿真步長、解算器算法類型等。負(fù)載中有電感存在是負(fù)載電流不能突變，電感對(duì)負(fù)載電流起平波作用，假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流 dI 連續(xù)且波形近似為一水平線， 2U 過 0 變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管 1VT 和 4VT 仍流過電流 dI ，并不關(guān)斷。移相范圍是 指觸發(fā)脈沖 Ug 的移動(dòng)范圍，它決定了輸出電壓的變化范圍。 圖 4. 帶點(diǎn)阻性負(fù)載單相 橋式全控整流系統(tǒng)模型 將 交 流 電 壓 的源 電 壓幅 值設(shè)定為 100V， 頻率設(shè) 定 為 50Hz， 而晶閘 管參 數(shù) 仍保留 默 認(rèn) 值 。 8 圖 7中紅色是交 流 電壓源的 電 壓波形 ， 黃色的 為 脈沖 信 號(hào) P P4 ， 粉 色的為脈 沖信 號(hào) P P3， 藍(lán) 色 表示整 流 輸出的脈 動(dòng) 直流電壓 波 形 。 這是 由 于電感性 負(fù) 載中電感 的 續(xù) 流作用 ， 使 得 每次 交 流電壓 源 轉(zhuǎn)向 時(shí) ， 原 來 導(dǎo)通 的 兩 個(gè)晶閘 管 繼續(xù)導(dǎo)通 ， 整流 輸 出電壓繼 續(xù) 等于電源 電 壓 (或負(fù)的 電源電 壓 )， 直 到下個(gè) 觸 發(fā)脈 沖 到來 時(shí) ， 另 外 兩個(gè)晶 閘 管才開始 導(dǎo) 通 ， 原 來導(dǎo)通的 兩 個(gè)晶閘管 關(guān) 斷 ， 使 輸出電 壓 轉(zhuǎn) 向 。 RLTrV T 1 V T 3V T 2 V T 4U1 U2+UdE 圖 11. 單相橋式有源逆變電路實(shí)驗(yàn)原理圖 產(chǎn)生有源逆變的條件 （ 1）要有直流電動(dòng)勢，其極性需和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均 電壓。在三相電路中，一個(gè)有源逆變的典型例子是太陽能或風(fēng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。在 這種情況下 dU波形中出現(xiàn)負(fù)的部分，若 ? 變大， dU 波形負(fù)的部分變多，若 ? =90? 時(shí)， dU 波形中正負(fù)面積相等， dU 的平均值為 0 [3]。 脈沖發(fā)生 器設(shè)置： 頻率為 50Hz，脈沖幅值為 1V，脈沖寬度 取 176。 負(fù)載參數(shù)設(shè)置： 對(duì)于電阻性負(fù)載， R的值為 10Ω， 對(duì)于阻感負(fù)載， R的值為 10Ω， L的值為 ； 仿真參數(shù)設(shè)置 開始仿真時(shí)間為 0，停止仿真時(shí)間為 ，數(shù)值算法采用ode23tb，仿真誤差 為 1e3。 時(shí) 電流和電壓波形 由 圖 16~圖 21 可看出，因?yàn)樨?fù)載為電阻性 負(fù)載，所以整流后輸出電壓和電流波形相 同，但 Y 軸坐標(biāo)不同。 由 圖 22圖 25可 以 看出，在 α≤30176。時(shí) 電流和電壓波形 圖 24. α =60176。一個(gè)具有純電阻的降壓變換的基本電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 28（ a）所示。在 is io 時(shí)，電容處在放電狀態(tài)，有利于維持 io， Vo 不變。 7 橋式直流 PWM 變換電路實(shí)驗(yàn)仿真分析 橋式直流 PWM 變換電路簡介 橋式直流 PWM變流器仿真實(shí)驗(yàn)是對(duì)全控型器件的應(yīng)用。在雙極性的控制方式中， VT1和 VT4的柵極由一路信號(hào)驅(qū)動(dòng)， VT2和 VT3的柵極由另一路信號(hào)驅(qū)動(dòng)，它們成對(duì)導(dǎo)通。鋸齒波參數(shù)的設(shè)置 18 如圖 38所示 。 河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院本科學(xué)位論文 19 圖 40. IGBTPWM變頻調(diào) 速 系統(tǒng)原 理 圖 計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn) 感應(yīng) 電 動(dòng)機(jī)變 頻 調(diào)速系 統(tǒng) 仿真模型的建立 基于圖 40 變頻調(diào)速系 統(tǒng) 原 理 圖建 立 Matlab 仿真模 型如圖 41 所示 。仿真結(jié)果均較好的 符合 理論分析和相關(guān)結(jié)論。在這段過程中，遇到很多的難題，從英文文獻(xiàn) 翻譯到研究方案的確河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院本科學(xué)位論文 21 定，從開題報(bào)告的撰寫到程序的調(diào)試運(yùn)行，從理論知識(shí)的學(xué)習(xí)到論文格式的排版 …… 但遇到的每一個(gè)難題，我的導(dǎo)師都會(huì)給予耐心而詳盡的解答，讓我在 “ 山窮水盡疑無路 ” 之時(shí)看到 “ 柳暗花明又一春 ” 。 由于電力電子電路中元件參數(shù)直接影響電路的輸出范圍，甚至決定電路 的 類型，因此在仿真實(shí)驗(yàn)過程中參數(shù)的確定往往意味著實(shí)驗(yàn)的成敗，而電力電子電路的分析計(jì)算不僅涉及電路分析基本知識(shí)還需要高等數(shù)學(xué)知識(shí)，計(jì)算過程顯得 較為繁瑣，而且在實(shí)驗(yàn)過程中還要根據(jù)計(jì)算理論值的仿真結(jié)果不斷對(duì)比修正以達(dá)到理想的效果。 從示 波器中 所 示的波 形 V ab inv和 V ab load 可看出 V ab load 的諧波較 V ab inv 少。這個(gè)仿真結(jié)果是符合 PWM 調(diào)制原理的。完成模塊提取和組成仿真模型，繪制橋式直流 PWM變換電路的仿真模型如圖 37所示：圖中主電路部分不再贅述，驅(qū)動(dòng)電路由鋸齒波發(fā)生器Repeating Sequence、延遲器 Relay和倒向器 Gain等模塊組成。因?yàn)橹绷?PWMM調(diào)速系統(tǒng)近年來發(fā)展很快，直流 PWMM調(diào)速系統(tǒng)采用全控型電力電子器件，調(diào)制頻率高，與晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)相比動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)脈動(dòng)小，有很大優(yōu)越性，因此在小功率調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。脈沖寬度分別設(shè)置為 20%、 40%、 60%、 80%。當(dāng) is io 時(shí)，電容在充電狀態(tài)。 將阻感負(fù)載中電感值改為 3H，電阻值 不變，觸發(fā)角 α設(shè)置為 60176。到 α=90176。為電 壓、電流波形連續(xù)的臨界河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院本科學(xué)位論文 13 點(diǎn)。 時(shí) 電流和電壓波形 圖 18. α =60176。、 90176。 仿真參數(shù)設(shè)置 三相對(duì)稱交流電源參數(shù)設(shè)置 ： 有效值設(shè)為 220V，頻率為 50Hz，相位 分別為 0176。不足之處是晶閘管電流即變壓器的副邊電流在一個(gè)周期內(nèi)只有三分之一的時(shí)間有電流流過，變壓器利用率較低。其中電阻 R=5? ，電壓（ DC Voltage，直流）為 120V，控制角 ?? 120? 。 對(duì) 比圖 8 和圖 10 可知 ， 圖 8 中 電 阻 性負(fù)載時(shí) 的 電流波形 是 斷續(xù)的 ， 而 圖 10終 電 感 性負(fù)載時(shí) 整 流輸出電 流 波 形 變?yōu)?連 續(xù) ， 這 仍然是由 于 電感的續(xù) 流 作用 ， 使任何時(shí) 刻 均有晶 閘 管導(dǎo) 通 形 成電 流 通 路 。 整流電路帶電感性負(fù)載 為 了分析單 相 橋式整流 電 路帶不同 性 質(zhì)負(fù)載時(shí)輸 出特性 上 的差 別 ， 下 面 將進(jìn) 一 步通過 圖 4的 仿 真 模型對(duì) 電 感性負(fù)載 進(jìn) 行仿真 分 析 。 所 需的 算 法按提示將 solver options的 第 二個(gè)選項(xiàng) 改 為 ode23 tb， 為了 能 夠看清波 形 并縮短仿 真 時(shí)間 ， 設(shè)定的時(shí) 間 是 ，算法河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院本科學(xué)位論文 7 參數(shù)設(shè)置如圖 6所示 。 將界面中 的 各模塊 排 列好 ， 把它們 用 直線連 接 起 來 。 其平均值為 ： dU = cosU ? （ 1） 觸發(fā)延遲角 ? 與導(dǎo)通角 ? ： 觸發(fā)延遲角 ? 也稱觸發(fā)角或延遲角，是指晶閘