【文章內(nèi)容簡介】 (示波器 )、 Display(顯示器 )、 XY Graph(XY 圖形 )等等。具體的操作是點擊工具欄上最左邊建新模型的空白按鈕，會出現(xiàn)一個模型窗口，接下來回到瀏覽器窗口，在目標模塊 上，如 integrator 模塊，按下鼠標左鍵，然后拖動鼠標至新窗口才松開，這時新窗口會出現(xiàn)一個名為 integrator 的方塊，即把模塊復制到新窗口。 一般來講，在模型結(jié)構(gòu)都己經(jīng)設計好的基礎上，用 SIMULINK 建立模型的過程可以簡單概括為 :在 SIMULINK 的模塊庫里找到所需 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，然后用直線把各個模塊連接起來。具體的操作步驟如下 ： (1)啟動 SIMULINK 模塊庫瀏覽窗口 ； (2)新建一個空白模型，即點擊庫瀏覽器工具欄上的空白按鈕。 在 SIMULINK里，模 型是保存在模型文件里的，新建一個空白模型，也就是新建了一個空白的模型文件，模型文件的后綴名為 .mdl。 也可以在模型窗口新建一個空白模型，其操作是使用 File 菜單下的 new a model 命令 ； (3)在模塊庫瀏覽窗口中找到所需的模塊。 在整流電路中較多使用的模塊有 :正弦波發(fā)生器、積分器、復用器和示波器。它們各自的位置分別是 :正弦波發(fā)生器在 Sources 子庫，積分器在連續(xù)系統(tǒng)子庫，復合器在信號和系統(tǒng)子庫，示波器在接收器子庫 ； (4)分別將所需的各個模塊從庫里拖曳到空白的模型窗口。這時 ， SIMULINK 會在模型 窗口復制出這些模塊 ； (5)將用戶界面中的模塊排列好，把它們用直線連接起來。注意模塊的輸入端只能和模塊的輸出端相連接。雙擊 scope 模塊打開 scope 窗口，以觀察仿真的輸出波形。在開始仿真之前先把仿真的時間設置成有效時間，最后保存模型。至此，用 SIMULINK 建立模型實例的基本操作 結(jié)束 。 仿真 實驗 系統(tǒng) 總體設計 我們設計的實驗系統(tǒng)，其電力電子電路的 SIMULINK 仿真建模流程如圖 2 所示 。 數(shù)學建模階段：將實際對象的動態(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。 模型轉(zhuǎn)換階段：在 MATLAB 環(huán)境下選擇仿真算法將數(shù)學模型轉(zhuǎn)化成能被計算機接受的離散化模型，即仿真模型。用戶可以采用鼠標點擊或拖放模塊圖標的方法來建模。通過圖形用戶界面 ( GUI ) ，用戶可以像用鉛筆在紙上畫圖一樣畫模型圖。建立模型后，設定每個模塊參數(shù)。 運行仿真階段：在 SIMULINK 環(huán)境下設置仿真參數(shù)，包括仿真時間、仿真步長、解算器算法類型等。采取快速仿真算法或離散相似法，既能達到實時仿真的目的，又能滿足一定的精度要求。 分析仿真結(jié)果：使用 Scopes(示波器 )或者其它的顯示模塊，可以觀察仿真結(jié)果。并且能在仿真運行過程中隨時 改變參數(shù)，觀察其變化情況。仿真的結(jié)果可以放在 MATLAB 的工作空間 (Workspace)中，以待用戶做進一步的分析處理。 河南科技學院機電學院本科學位論文 5 典 型 電 力 電 子 電路 結(jié) 構(gòu) 分 析建 立 相 應 的 數(shù) 學 模 型建 立 S I M U L I N K 仿 真 模 型運 用 仿 真 軟 件分 析 仿 真 結(jié) 果 圖 2. SIMULINK仿真建模流程 3 單相橋式全控整流電路的仿真分析 單相橋式全控整流電路的工作原理 圖 3 為單相橋式全控整流器原理圖及接電阻性負載和電感性負載時的原理圖。電阻性負載的特點是電壓和電流成正比，波形相同并且同相位，電流可以突變。 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 。負載中有電感存在是負載電流不能突變，電感對負載電流起平波作用，假設負載電感很大，負載電流 dI 連續(xù)且波形近似為一水平線， 2U 過 0 變負時，由于電感的作用晶閘管 1VT 和 4VT 仍流過電流 dI ，并不關斷。至 ? t=? +? 時，給 3VT 和 2VT 加觸發(fā)脈沖，因為 3VT 和 2VT 已經(jīng)承受正電壓，所以兩管導通。 3VT 和 2VT 導通后， 2U通過 3VT 和 2VT 分別想 1VT 和 4VT 施加反壓是 1VT 和 4VT 關斷，流過 1VT 和 4VT 的電流轉(zhuǎn)移到 3VT 和 2VT 上，此過程為換相或換流。至下一周期重復上述過程，如此循環(huán) 。 其平均值為 ： dU = cosU ? （ 1） 觸發(fā)延遲角 ? 與導通角 ? ： 觸發(fā)延遲角 ? 也稱觸發(fā)角或延遲角，是指晶閘管從承受正向電壓開始到剛導通時之間的點角度。導通角 ? 是指晶閘管在一周期內(nèi) 處于通態(tài)的電角度?？梢运? 6 出電壓單相橋式全控整流器在電阻性負載情況下，控制角 ? 與導通角 ? 的關系為 ? +? =180176。 （ 2） 移相與移相范圍 ： 移相是指改變觸發(fā)脈沖 Ug 出現(xiàn)的時刻，即改變控制角 ? 的大小。移相范圍是 指觸發(fā)脈沖 Ug 的移動范圍，它決定了輸出電壓的變化范圍。單相橋式全控整流器電阻性負載時的移相范圍是 0～ 180? 。電感性負載時移相范圍是 0～ 90? 。 計算機仿真實驗 帶電阻性負載的仿真實驗 啟動 MATLAB，進入 SINMULINK后新建文檔，從 SINMULINK子庫 SimPower Systems的 Electrical Sources節(jié) 點里調(diào)用 一 個交流電 壓 源和 4 個 晶 閘管 ； 從SINMULINK子庫的 Sources節(jié) 點 里 調(diào)用 晶閘 管 的觸發(fā) 脈 沖信 號 ， 以 此 來控 制 晶閘 管 的 通 斷 ； 從 SINMULINK子 庫 SimPower Systems的 Elements節(jié)點 里 調(diào)用串聯(lián)的RLC負載 組合 ， 通 過 設置參 數(shù) 來 等效電 阻 負載 ； 從 Sinks子 庫 調(diào)用示波器 [3]。 將界面中 的 各模塊 排 列好 ， 把它們 用 直線連 接 起 來 。 本例 中 為 了便于 在 示波器中對 比觀察 ， 將晶閘 管 的脈沖信號 、整 流 電壓源以 及 整流輸出 電 壓的波形 通 過信號合 成 器組合在 一 個示波器 中 。 系 統(tǒng) 的仿真模 型 如圖 4所示。雙擊各模塊，在出現(xiàn)的對話框內(nèi)設置相應的參數(shù)。 圖 4. 帶點阻性負載單相 橋式全控整流系統(tǒng)模型 將 交 流 電 壓 的源 電 壓幅 值設定為 100V， 頻率設 定 為 50Hz， 而晶閘 管參 數(shù) 仍保留 默 認 值 。晶閘 管 控制 角 α設定 為 30176。 ，控 制角 的 調(diào)節(jié) 是 通過 脈 沖 發(fā) 生 器 的相位延 遲 來實現(xiàn)的 ， 其單 位 是 秒 ， 所以 要 進行單 位 轉(zhuǎn)化 ， 即把角 度 轉(zhuǎn)化為秒 ， 則脈 沖 發(fā)生器 P P4 的 延時 就 必須設為 30/( 50360 )s， 即 ， 脈 沖 發(fā)生器 P P3 的延 時 也 應 該 設為 ( + )s， 即 。 脈沖參數(shù)設置如圖 5所示， 串 聯(lián)的RLC組 合 中將電 阻 參數(shù)設為 60Ω 。 所 需的 算 法按提示將 solver options的 第 二個選項 改 為 ode23 tb， 為了 能 夠看清波 形 并縮短仿 真 時間 ， 設定的時 間 是 ，算法河南科技學院機電學院本科學位論文 7 參數(shù)設置如圖 6所示 。 圖 5. 脈沖參數(shù)設置圖 圖 6. 算法參數(shù)設置圖 圖 7. 電阻性負載電壓輸出波形圖 圖 8. 電阻性負載電流輸出波形圖 最 后 ， 仿 真并分析 仿 真輸出波 形 。 點 擊模型 編 輯器上 的 黑色三角按鈕，開始仿真。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 )。 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 P P4 ， 粉 色的為脈 沖信 號 P P3， 藍 色 表示整 流 輸出的脈 動 直流電壓 波 形 。 單 相橋式整 流 電路將正 弦 交流電壓 整 流為脈動 直 流電壓 ， 仿真輸 出 電壓波形 與 實際將符 合 。 圖 8 中整流 電 路的輸出 電 流波形與圖中黃色輸 出脈動 直 流 電 壓 波形的 形 狀相 同 ， 幅 值 相差 電 阻 阻值的 數(shù) 倍 ， 這 是由電阻 性 負載的性 質(zhì) 所 決定的[4]。 由 此 可見 ， 仿真輸出 電 流波形也 與 實際相符 合 。 整流電路帶電感性負載 為 了分析單 相 橋式整流 電 路帶不同 性 質(zhì)負載時輸 出特性 上 的差 別 ， 下 面 將進 一 步通過 圖 4的 仿 真 模型對 電 感性負載 進 行仿真 分 析 。 在 圖 4中 ， 只需簡 單 地改變串 聯(lián) 的 RLC元 件 參數(shù) ： 電 感參 數(shù) 由 圖 中 的 0 改 為， 其 它 保 持 原 參數(shù) 不變 ， 負載即由圖 4中的 純 電阻性負 載 變?yōu)殡姼?性 負 載[5]。再 次 仿真并 觀 察波 形 ， 便 可 以觀察 到 各電 壓 輸 出量的 波 形 (如圖 9所示 )和電流量的 波形 (如圖 10所 示 ) 。 圖 9. 電感性負載電壓輸出波形圖 圖 10. 電感性負載電流輸出波形圖 對 比圖 7和圖 9可知 ， 兩種負 載 下交流電 壓 源波形和 觸 發(fā)脈沖波 形 完全相同 ，但藍 色 整流輸出 電 壓 的波形 發(fā) 生了變 化 。 這是 由 于電感性 負 載中電感 的 續(xù) 流作用 ， 使 得 每次 交 流電壓 源 轉(zhuǎn)向 時 ， 原 來 導通 的 兩 個晶閘 管 繼續(xù)導通 ， 整流 輸 出電壓繼 續(xù) 等于電源 電 壓 (或負的 電源電 壓 )， 直 到下個 觸 發(fā)脈 沖 到來 時 ， 另 外 兩個晶 閘 管才開始 導 通 ， 原 來導通的 兩 個晶閘管 關 斷 ， 使 輸出電 壓 轉(zhuǎn) 向 。 即 電 阻性負 載 時晶閘 管 的導 通 角 為 (30176。 )， 電感 性 負載中由 于 電感的續(xù) 流 作用 ， 晶閘管的導 通時間 延 長 ， 導通角 增 加 ， 輸出電 壓 波形中 出 現(xiàn) 了負的 部 分 。 經(jīng) 以上分析可 知 ， 仿 真輸出波 形 與實際相 符 合 。 對 比圖 8 和圖 10 可知 ， 圖 8 中 電 阻 性負載時 的 電流波形 是 斷續(xù)的 ， 而 圖 10終 電 感 性負載時 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 刻 均有晶 閘 管導 通 形 成電 流 通 路 。 仿真 輸 出電 流 波 形也與 實 際相 符 。 河南科技學院機電學院本科學位論文 9 4 單相橋式有源逆變電路的仿真分析 單相橋式有源逆變電路的工作原理 圖 11 為單相橋式有源逆變電路的實驗原理圖，三相電源經(jīng)三相不控整流，得到一個上負下正的直流電源，逆變橋路逆變出的交流電壓經(jīng)升壓變壓器反饋給電網(wǎng)。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。 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驗原理圖 產(chǎn)生有源逆變的條件