电力电子技术虚拟实验实验指导书.doc

《电力电子技术虚拟实验实验指导书.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电子技术虚拟实验实验指导书.doc（130页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、电力电子技术虚拟实验实验指导书新疆大学21世纪高等教育教学改革工程项目(XJU2008JGY21)成果新疆大学电气工程学院 编制2009年5月目 录实验一 电力二极管仿真实验2实验二 晶闸管仿真实验7实验三 可关断晶闸管仿真实验15实验四 IGBT仿真实验23实验五 单相桥式全控整流电路仿真实验31实验六 三相桥式全控整流电路仿真实验39实验七 直流降压斩波电路仿真实验47实验八 直流升压斩波电路仿真实验53实验九 Buck-Boost降压-升压斩波电路仿真实验59实验十 单相交流调压电路仿真实验65实验十一 相控式三相交流调压电路仿真实验86实验十二 单相交-直-交变频电路仿真实验93实验十

2、三 电压型单相SPWM半桥逆变器电路仿真实验100实验十四 电压型三相SPWM逆变器电路仿真实验105实验十五 通用变频器电路仿真实验111实验十六 基于超导的直流输电系统仿真实验122实验一 电力二极管仿真实验实验目的掌握电力二极管仿真模型模块各参数的含义。理解电力二极管的单向导电特性。实验设备：MATLAB/Simulink/PSB实验原理 电力二极管测试电路如图1-1所示。u2为电源电压，ud为负载电压，id为负载电流，uVT为电力二极管阳极与阴极间电压。图1-1 电力二极管测试电路实验内容 启动Matlab，建立如图1-2所示的电力二极管测试电路结构模型图。系统中使用的模块包括： 构成

3、主电路的模块：AC Voltage Source(交流电压源)，Diode(电力二极管模块)，Series RLC Branch(串联RLC分支），Ground(接地模块)。 测量与输出模块：Current Measurement(电流测量模块），Voltage Measurement(电压测量模块），Demux(信号分离器)以及Scope(示波器模块)。图1-2 电力二极管仿真测试模型 双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图1-3、1-4、1-5所示。图1-3 交流电压源模块参数图1-4 电力二极管模块参数图1-5 负载模块参数 设置系统的仿真参数如图1-6所示。图1-6 系统

4、仿真参数 运行仿真模型系统即可得到电源电压、负载电流、负载电压、电力二极管电流以及其正向压降的仿真波形，如图1-7所示。图1-7 仿真波形图实验总结1、结合图1-7分析电力二极管的单向导电特性对电压和电流输出波形的影响。2、将负载的电感量增大到1e-3H，如图1-8所示，其余参数不变，重新仿真后所得波形如图1-9所示。观察波形有什么变化？分析其原因。图1-8 负载参数设置图1-9 仿真波形图3、自己再改变测试系统模型的其他模块参数或仿真参数，观察对应的输出波形，分析波形变化的原因。4、总结电力二极管模块各参数的含义。实验二 晶闸管仿真实验实验目的掌握晶闸管仿真模型模块各参数的含义。理解晶闸管的

5、特性。实验设备：MATLAB/Simulink/PSB实验原理 晶闸管测试电路如图2-1所示。u2为电源电压，ud为负载电压，id为负载电流，uVT为晶闸管阳极与阴极间电压。图2-1 晶闸管测试电路实验内容 启动Matlab，建立如图2-2所示的晶闸管测试电路结构模型图。图2-2 带电阻性负载的晶闸管仿真测试模型 双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图2-3、2-4、2-5所示。图2-3 交流电压源模块参数图2-4 晶闸管模块参数图2-5 脉冲发生器模块参数 固定时间间隔脉冲发生器的振幅设置为5V，周期与电源电压一致，为0.02s（即频率为50Hz），脉冲宽度为2（即7.2），初

6、始相位（即控制角）设置为0.0025s（即45）。 串联RLC分支模块Series RLC Branch与并联RLC分支模块Parallel RLC Branch的参数设置方法如表2-1所示。表2-1 RLC分支模块的参数设置元件串联RLC分支并联RLC分支类别电阻数值电感数值电容数值电阻数值电感数值电容数值单个电阻R0infRinf0单个电感0LinfinfL0单个电容00CinfinfC 在本系统模型中，双击Series RLC Branch模块，设置参数如图2-6所示。图2-6 负载模块参数 系统仿真参数设置如图2-7所示。图2-7 系统仿真参数 运行仿真模型系统即可得到控制角为45时，

7、电源电压、触发信号、流过晶闸管的电流、晶闸管阳极和阴极两端电压、负载电流、负载电压的仿真波形，如图2-8所示。图2-8 控制角为45时的仿真波形（带电阻性负载） 改变固定时间间隔脉冲发生器模块的初始相位（即控制角）参数，可以得到不同控制角度下的仿真波形。例如将初始相位设置为0s，可以得到控制角为0时的仿真波形，如图2-9和2-10所示。图2-9 脉冲发生器模块参数图2-10 控制角为0时的仿真波形（带电阻性负载） 改变串联RLC分支模块的参数即可改变负载类型。例如，设置该模块的参数R=1，L=0.01H，电容为inf，即为阻感性负载，如图2-11所示。当控制角设置为45时的仿真波形如图2-12

8、所示。图2-11 负载模块参数图2-12 控制角为45时的仿真波形（带阻感性负载） 同理，在带阻感性负载的情况下，改变固定时间间隔脉冲发生器模块的初始相位（即控制角）参数，可以得到不同控制角度下的仿真波形。例如将初始相位设置为0.0075s，可以得到控制角为135时的仿真波形，如图2-13所示。图2-13 控制角为135时的仿真波形（带阻感性负载）实验总结1、对带电阻性负载的电路模型，改变脉冲发生器模块的参数，观察控制角为90时的仿真波形。2、对带阻感性负载的电路模型，改变脉冲发生器模块的参数，观察控制角为0时的仿真波形。3、增大或减小负载的电感量，观察输出仿真波形的变化情况。4、改变晶闸管模

9、块的Ron和Lon等参数，观察输出仿真波形的变化情况。5、总结晶闸管模块各参数的含义。实验三 可关断晶闸管仿真实验实验目的掌握可关断晶闸管仿真模型模块各参数的含义。理解可关断晶闸管的特性。实验设备：MATLAB/Simulink/PSB实验原理 可关断晶闸管测试电路如图3-1所示。u2为电源电压，ud为负载电压，id为负载电流，uVT为可关断晶闸管阳极与阴极间电压。考虑到在实际工程中当电路系统带阻感性负载时GTO能可靠关断，在电路中装设了续流二极管D，iD为流过续流二极管的电流。图3-1 可关断晶闸管测试电路实验内容 启动Matlab，建立如图3-2所示的可关断晶闸管测试电路结构模型图。图3-

10、2 带电阻性负载的可关断晶闸管仿真测试模型 双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图3-3、3-4、3-5、3-6所示。图3-3 交流电压源模块参数图3-4 可关断晶闸管模块参数图3-5 脉冲发生器模块参数 固定时间间隔脉冲发生器的振幅设置为10V，周期与电源电压一致，为0.02s（即频率为50Hz），脉冲宽度为40（即144），初始相位设置为0.002s（即36）。此时初始相位角与脉冲宽度之和刚好为180。图3-6 负载模块参数 系统仿真参数设置如图3-7所示。图3-7 系统仿真参数 运行仿真模型系统即可得到触发脉冲宽度为144、初始相位为36时，电源电压、门极触发信号、负载电流

11、、负载电压、流过续流二极管的电流、流过GTO的电流、GTO阳极和阴极两端电压的仿真波形，如图3-8所示。图3-8 触发脉冲宽度为144、初始相位为36时的仿真波形（带电阻性负载） 改变固定时间间隔脉冲发生器模块的初始相位角和触发脉冲宽度，可以得到不同工作情况下的仿真波形。例如将触发脉冲宽度设置为30（即108），初始相位仍然为36，如图3-9所示，此时的仿真波形如图3-10所示。图3-9 脉冲发生器模块参数图3-10 触发脉冲宽度为108、初始相位为36时的仿真波形（带电阻性负载） 改变串联RLC分支模块的参数即可改变负载类型。例如，设置该模块的参数R=1，L=0.002H，电容为inf，即为

12、阻感性负载，如图3-11所示。当触发脉冲宽度为144、初始相位为36时的仿真波形如图3-12所示。图3-11 负载模块参数图3-12 触发脉冲宽度为144、初始相位为36时的仿真波形（带阻感性负载） 同理，在带阻感性负载的情况下，改变固定时间间隔脉冲发生器模块的初始相位角和触发脉冲宽度，可以得到不同工作情况下的仿真波形。例如将触发脉冲宽度设置为30（即108），初始相位仍然为36，此时的仿真波形如图3-13所示。图3-13 触发脉冲宽度为108、初始相位为36时的仿真波形（带阻感性负载）实验总结1、对带电阻性负载的电路模型，改变脉冲发生器模块的参数，观察触发脉冲宽度为180、初始相位为0时的仿

13、真波形。2、对带阻感性负载的电路模型，改变脉冲发生器模块的参数，观察触发脉冲宽度为72、初始相位为18时的仿真波形。3、增大或减小负载的电感量，观察输出仿真波形的变化情况。4、改变可关断晶闸管模块的参数，观察输出仿真波形的变化情况。5、总结可关断晶闸管模块各参数的含义。实验四 IGBT仿真实验实验目的掌握IGBT仿真模型模块各参数的含义。理解IGBT的特性。实验设备：MATLAB/Simulink/PSB实验原理 IGBT测试电路如图4-1所示。u2为电源电压，ud为负载电压，id为负载电流，uCE为IGBT集电极与发射极间电压。考虑到在实际工程中当电路系统带阻感性负载时IGBT能可靠关断，在

14、电路中装设了续流二极管D2，iD2为流过续流二极管的电流。图4-1 IGBT测试电路实验内容 启动Matlab，建立如图4-2所示的IGBT测试电路结构模型图。图4-2 IGBT仿真测试模型 双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图4-3、4-4、4-5、4-6所示。图4-3 交流电压源模块参数图4-4 IGBT模块参数图4-5 脉冲发生器模块参数 固定时间间隔脉冲发生器的振幅设置为10V，周期与电源电压一致，为0.02s（即频率为50Hz），脉冲宽度为20（即72），初始相位设置为0.006s（即108）。此时初始相位角与脉冲宽度之和刚好为180。图4-6 负载模块参数 系统仿真

15、参数设置如图4-7所示。图4-7 系统仿真参数 运行仿真模型系统即可得到触发脉冲宽度为72、初始相位为108时，电源电压、IGBT触发信号、负载电流、负载电压、流过IGBT集电极的电流、IGBT集电极与发射极两端电压、流过续流二极管的电流的仿真波形，如图4-8所示。图4-8 触发脉冲宽度为72、初始相位为108时的仿真波形（带电阻性负载） 改变固定时间间隔脉冲发生器模块的初始相位角和触发脉冲宽度，可以得到不同工作情况下的仿真波形。例如将触发脉冲宽度设置为20（即72），初始相位取为36，如图4-9所示，此时的仿真波形如图4-10所示。图4-9 脉冲发生器模块参数图4-10 触发脉冲宽度为72、

16、初始相位为36时的仿真波形（带电阻性负载） 改变串联RLC分支模块的参数即可改变负载类型。例如，设置该模块的参数R=1，L=0.002H，电容为inf，即为阻感性负载，如图4-11所示。当触发脉冲宽度为72、初始相位为36时的仿真波形如图4-12所示。图4-11 负载模块参数图4-12 触发脉冲宽度为72、初始相位为36时的仿真波形（带阻感性负载） 同理，在带阻感性负载的情况下，改变固定时间间隔脉冲发生器模块的初始相位角和触发脉冲宽度，可以得到不同工作情况下的仿真波形。例如将触发脉冲宽度设置为30（即108），初始相位仍然为36，此时的仿真波形如图4-13所示。图4-13 触发脉冲宽度为108

17、、初始相位为36时的仿真波形（带阻感性负载）实验总结1、对带电阻性负载的电路模型，改变脉冲发生器模块的参数，观察触发脉冲宽度为180、初始相位为0时的仿真波形。2、对带阻感性负载的电路模型，改变脉冲发生器模块的参数，观察触发脉冲宽度为72、初始相位为18时的仿真波形。3、增大或减小负载的电感量，观察输出仿真波形的变化情况。4、改变IGBT模块的参数，观察输出仿真波形的变化情况。5、总结IGBT模块各参数的含义。实验五 单相桥式全控整流电路仿真实验实验目的掌握单相桥式全控整流电路仿真模型的建立及模块参数和仿真参数的设置。理解单相桥式全控整流电路的工作原理及仿真波形。实验设备：MATLAB/Sim

18、ulink/PSB实验原理 单相桥式全控整流电路如图5-1所示。u2为电源电压，ud为负载电压，id为负载电流，uVT为晶闸管阳极与阴极间电压。图5-1 单相桥式全控整流电路实验内容 启动Matlab，建立如图5-2所示的单相桥式全控整流电路结构模型图。图5-2 单相桥式全控整流电路模型 双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图5-3、5-4、5-5、5-6所示。图5-3 交流电压源模块参数图5-4 脉冲发生器1模块参数 脉冲的幅值为2V，周期为0.02s（即50Hz），脉冲宽度为7.2，初始相位（即控制角）为60。图5-5 脉冲发生器2模块参数 脉冲发生器2的幅值也设置为2V，周

19、期也为0.02s，脉冲宽度也为7.2，初始相位设置为240。脉冲发生器1和脉冲发生器2的初始相位相差180，但两者的控制角都是60。图5-6 负载模块参数 系统仿真参数设置如图5-7所示。图5-7 系统仿真参数 运行仿真模型系统即可得到控制角为60时，电源电压、触发信号、负载电流、负载电压、流过晶闸管VT3的电流、晶闸管VT3阳极与阴极间电压的仿真波形，如图5-8所示。图5-8 控制角为60时的仿真波形（带电阻性负载） 改变固定时间间隔脉冲发生器模块的初始相位角，即可得到不同工作情况下的仿真波形。例如将晶闸管控制角取为120，即将脉冲发生器1的初始相位设置为120（0.02/3s），将脉冲发生

20、器2的初始相位设置为300（0.05/3s），此时的仿真波形如图5-9所示。图5-9 控制角为120时的仿真波形（带电阻性负载） 改变串联RLC分支模块的参数即可改变负载类型。例如，设置负载模块的参数R=10，L=0.04H，电容为inf，即为阻感性负载，当晶闸管控制角取为90时的仿真波形如图5-10所示。此时脉冲发生器1的初始相位设置为90（0.005s），将脉冲发生器2的初始相位设置为270（0.015s）。图5-10 控制角为90时的仿真波形（带阻感性负载） 同理，在带阻感性负载的情况下，改变固定时间间隔脉冲发生器模块的初始相位角即可得到不同工作情况下的仿真波形。例如将晶闸管控制角取为1

21、20，即将脉冲发生器1的初始相位设置为120（0.02/3s），将脉冲发生器2的初始相位设置为300（0.05/3s），此时的仿真波形如图5-11所示。图5-11 控制角为120时的仿真波形（带阻感性负载）实验总结1、对带电阻性负载的电路模型，改变脉冲发生器模块的参数，观察控制角为45时的仿真波形。2、对带阻感性负载的电路模型，改变脉冲发生器模块的参数，观察控制角为150时的仿真波形。3、增大或减小负载的电感量，观察输出仿真波形的变化情况。4、改变晶闸管模块的参数，观察输出仿真波形的变化情况。5、总结单相桥式全控整流电路的控制规律。实验六 三相桥式全控整流电路仿真实验实验目的掌握三相桥式全控整

22、流电路仿真模型的建立及模块参数和仿真参数的设置。理解三相桥式全控整流电路的工作原理及仿真波形。实验设备：MATLAB/Simulink/PSB实验原理 三相桥式全控整流电路如图6-1所示。u2为电源电压，ud为负载电压，id为负载电流，uVT为晶闸管阳极与阴极间电压。图6-1 三相桥式全控整流电路实验内容 启动Matlab，建立如图6-2所示的三相桥式全控整流电路结构模型图。图6-2 三相桥式全控整流电路模型 双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图6-3、6-4、6-5、6-6、6-7、6-8、6-9所示。图6-3 交流电压源Va模块参数图6-4 交流电压源Vb模块参数图6-5

23、交流电压源Vc模块参数图6-6 同步脉冲发生器模块参数图6-7 触发脉冲控制角常数设置图6-8 触发脉冲封锁常数设置图6-9 负载模块参数 系统仿真参数设置如图6-10所示。图6-10 系统仿真参数 运行仿真模型系统即可得到控制角为30时，电源电压、触发信号、负载电流、负载电压的仿真波形，如图6-11所示。图6-11 控制角为30时的仿真波形（带电阻性负载） 改变同步脉冲发生器模块的控制角，即可得到不同工作情况下的仿真波形。例如将晶闸管控制角取为60，即将触发脉冲控制角常数设置为60，此时的仿真波形如图6-12所示。图6-12 控制角为60时的仿真波形（带电阻性负载） 改变串联RLC分支模块的

24、参数即可改变负载类型。例如，设置负载模块的参数R=10，L=0.04H，电容为inf，即为阻感性负载，当晶闸管控制角取为45（将触发脉冲控制角常数设置为45）时的仿真波形如图6-13所示。图6-13 控制角为45时的仿真波形（带阻感性负载） 同理，在带阻感性负载的情况下，改变固定时间间隔脉冲发生器模块的初始相位角即可得到不同工作情况下的仿真波形。例如将晶闸管控制角取为0，即将触发脉冲控制角常数设置为0，此时的仿真波形如图6-14所示。图6-14 控制角为0时的仿真波形（带阻感性负载）实验总结1、对带电阻性负载的电路模型，改变脉冲发生器模块的参数，观察控制角为90时的仿真波形。2、对带阻感性负载

25、的电路模型，改变脉冲发生器模块的参数，观察控制角为90时的仿真波形。3、增大或减小负载的电感量，观察输出仿真波形的变化情况。4、改变三相整流桥模块的参数，观察输出仿真波形的变化情况。5、总结三相桥式全控整流电路的控制规律。实验七 直流降压斩波电路仿真实验实验目的掌握直流降压斩波电路仿真模型的建立及模块参数和仿真参数的设置。理解直流降压斩波电路的工作原理及仿真波形。实验设备：MATLAB/Simulink/PSB实验原理 直流降压斩波电路如图7-1所示。ug为IGBT门极触发信号，iT为流过IGBT集电极的电流，iD为流过二极管的电流，uD为二极管两端的电压，id为负载电流，ud为负载电压。图7

26、-1 直流降压斩波电路实验内容 启动Matlab，建立如图7-2所示的直流降压斩波电路结构模型图。图7-2 直流降压斩波电路模型 双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图7-3、7-4、7-5、7-6所示。图7-3 直流电压源模块参数图7-4 脉冲发生器模块参数图7-5 电感模块参数图7-6 负载模块参数 系统仿真参数设置如图7-7所示。图7-7 系统仿真参数 运行仿真模型系统即可得到IGBT门极触发信号、流过IGBT集电极的电流、流过二极管的电流、二极管两端的电压、负载电流、负载电压的仿真波形，如图7-8所示。图7-8 直流降压斩波电路仿真波形（电流连续） 改变IGBT触发脉冲发

27、生器模块的周期或脉冲宽度，改变储能电感的大小，改变负载模块的参数（或改变负载类型），即可得到不同工作情况下的仿真波形。例如将IGBT触发脉冲的周期仍然设置为0.001s，但触发脉冲宽度设置为20%，此时的仿真波形如图7-9所示。图7-9 触发脉冲宽度为20%时的仿真波形 将IGBT触发脉冲的周期仍然设置为0.001s，触发脉冲宽度设置为50%，设置负载模块的参数R=50，L=0H，电容为inf，此时负载中的电流将不连续，对应的仿真波形如图7-10所示。图7-10 负载电流断续时的仿真波形实验总结1、改变脉冲发生器模块的参数，观察脉冲宽度分别为10%和90%时的仿真波形有什么变化。2、改变储能电

28、感模块的参数，观察仿真波形的变化情况。3、改变负载模块的参数，观察仿真波形的变化情况。4、在什么情况下负载电流连续？在什么情况下负载电流不连续？5、总结直流降压斩波电路的工作原理，解释电路中每个元件的作用。实验八 直流升压斩波电路仿真实验实验目的掌握直流升压斩波电路仿真模型的建立及模块参数和仿真参数的设置。理解直流升压斩波电路的工作原理及仿真波形。实验设备：MATLAB/Simulink/PSB实验原理 直流升压斩波电路如图8-1所示。iL为流过储能电感的电流，ug为IGBT门极触发信号，iT为流过IGBT集电极的电流，iD为流过二极管的电流，iC为流过储能电容的电流，id为负载电流，ud为负

29、载电压。图8-1 直流升压斩波电路实验内容 启动Matlab，建立如图8-2所示的直流升压斩波电路结构模型图。图8-2 直流升压斩波电路模型 双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图8-3、8-4、8-5、8-6、8-7所示。图8-3 直流电压源模块参数图8-4 脉冲发生器模块参数图8-5 电感模块参数图8-6 电容模块参数图8-7 负载模块参数 系统仿真参数设置如图8-8所示。图8-8 系统仿真参数 运行仿真模型系统即可得到IGBT门极触发信号、流过储能电感的电流、流过IGBT集电极的电流、流过二极管的电流、流过储能电容的电流、负载电流、负载电压的仿真波形，如图8-9所示。图8-

30、9 直流升压斩波电路仿真波形 改变IGBT触发脉冲发生器模块的周期或脉冲宽度，改变储能电感或电容的大小，改变负载模块的参数（或改变负载类型），即可得到不同工作情况下的仿真波形。例如将IGBT触发脉冲的周期仍然设置为0.001s，但触发脉冲宽度设置为20%，此时的仿真波形如图8-10所示。图8-10 触发脉冲宽度为20%时的仿真波形实验总结1、改变脉冲发生器模块的参数，观察脉冲宽度分别为10%和90%时的仿真波形有什么变化。2、改变储能电感或电容模块的参数，观察仿真波形的变化情况。3、改变负载模块的参数，观察仿真波形的变化情况。4、怎样改变参数才能使负载电压最大限度地升高？5、总结直流升压斩波电

31、路的工作原理，解释电路中每个元件的作用。实验九 Buck-Boost降压-升压斩波电路仿真实验实验目的掌握Buck-Boost降压-升压斩波电路仿真模型的建立及模块参数和仿真参数的设置。理解Buck-Boost降压-升压斩波电路的工作原理及仿真波形。实验设备：MATLAB/Simulink/PSB实验原理 Buck-Boost降压-升压斩波电路如图9-1所示。ug为IGBT门极触发信号，iT为流过IGBT集电极的电流，iL为流过储能电感的电流，iD为流过二极管的电流，iC为流过储能电容的电流，id为负载电流，ud为负载电压。图9-1 Buck-Boost降压-升压斩波电路实验内容 启动Matl

32、ab，建立如图9-2所示的Buck-Boost降压-升压斩波电路结构模型图。图9-2 Buck-Boost降压-升压斩波电路模型 双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图9-3、9-4、9-5、9-6、9-7所示。图9-3 直流电压源模块参数图9-4 脉冲发生器模块参数图9-5 电感模块参数图9-6 电容模块参数图9-7 负载模块参数 系统仿真参数设置如图9-8所示。图9-8 系统仿真参数 运行仿真模型系统即可得到IGBT门极触发信号、流过IGBT集电极的电流、流过储能电感的电流、流过二极管的电流、流过储能电容的电流、负载电流、负载电压的仿真波形，如图9-9所示。图9-9 Buck

33、-Boost降压-升压斩波电路仿真波形 改变IGBT触发脉冲发生器模块的周期或脉冲宽度，改变储能电感或电容的大小，改变负载模块的参数（或改变负载类型），即可得到不同工作情况下的仿真波形。例如将IGBT触发脉冲的周期仍然设置为0.001s，但触发脉冲宽度设置为20%，此时的仿真波形如图9-10所示。图9-10 触发脉冲宽度为20%时的仿真波形实验总结1、改变脉冲发生器模块的参数，观察脉冲宽度分别为10%和90%时的仿真波形有什么变化。2、改变储能电感或电容模块的参数，观察仿真波形的变化情况。3、改变负载模块的参数，观察仿真波形的变化情况。4、与电源电压相比，在什么情况下负载电压将升高？在什么情况

34、下负载电压将降低？5、总结Buck-Boost降压-升压斩波电路的工作原理，解释电路中每个元件的作用。实验十 单相交流调压电路仿真实验实验目的掌握单相交流调压电路仿真模型的建立及模块参数和仿真参数的设置。掌握相位控制、通断控制和PWM斩波控制三种控制技术的仿真实现方案。理解单相交流调压电路的工作原理及仿真波形。实验设备：MATLAB/Simulink/PSB实验原理 单相交流调压电路如图10-1所示。u2为电源电压，io为负载电流，uo为负载电压。当用晶闸管作电子开关时，电路如图(a)所示。当用IGBT作电子开关时，如果带电阻性负载，负载不需要续流回路，电路如图(b)所示。考虑到在实际工程中当

35、电路系统带阻感性负载时IGBT能可靠关断，在用IGBT作电子开关的带阻感性负载电路中装设了续流支路T3和T4，如图(c)所示。在用IGBT作电子开关时，由于输入输出均为交流电压，IGBT需要有双向阻断能力，因此在各管支路中串联了快恢复二极管。(a)晶闸管作电子开关(b)IGBT作电子开关（带电阻性负载，无续流回路）(c)IGBT作电子开关（带阻感性负载，有续流回路）图10-1 单相交流调压电路实验内容1、相位控制 相位控制的单相交流调压电路一般采用晶闸管作电子开关，因此启动Matlab后，建立如图10-2所示的单相交流调压电路结构模型图。图10-2 相位控制单相交流调压电路模型 双击各模块，在

36、出现的对话框内设置相应的模型参数，如图10-3、10-4、10-5所示。图10-3 交流电压源模块参数图10-4 脉冲发生器模块参数 晶闸管的导通条件是阳极与阴极间正向偏置且有门极触发信号，当只有门极触发信号而没有正向偏置时晶闸管是不会导通的，因此正向晶闸管和反向晶闸管可以共用同一路门极触发信号。脉冲发生器的周期设置为0.01s，这样在电源电压的每半周内都给正反两只晶闸管同时发送一个触发脉冲，只有处于正偏的那只晶闸管才能导通。导通后的晶闸管在电源电压自然反向时因承受发偏电压而自动关闭。在实际工程中考虑到反并联的两只晶闸管的阴极电位不同，两只晶闸管的门极触发信号在电气上必须采取适当的隔离措施进行

37、可靠隔离。触发脉冲宽度设置为5%，即9，初始相位角（即控制角）设置为0.01/4s，即45。图10-5 负载模块参数 系统仿真参数设置如图10-6所示。图10-6 系统仿真参数 运行仿真模型系统即可得到电源电压、晶闸管门极触发信号、负载电流、负载电压、流过晶闸管VT1阳极的电流、晶闸管VT1阳极与阴极间电压、流过晶闸管VT2阳极的电流、晶闸管VT2阳极与阴极间电压的仿真波形，如图10-7所示。图10-7 相位控制单相交流调压电路仿真波形（电阻性负载） 改变晶闸管触发脉冲发生器模块的初始相位角，即可得到不同工作情况下的仿真波形。例如将晶闸管触发脉冲的初始相位角设置为0.02/3s，即120，此时

38、的仿真波形如图10-8所示。图10-8 控制角为120时的仿真波形（电阻性负载） 改变负载模块参数，即可得到不同负载类型情况下的仿真波形。例如将晶闸管触发脉冲的初始相位角设置为0.01/2s，即90，设置负载模块的R=1，L=2e-3H，C=inf，此时的仿真波形如图10-9所示。图10-9 控制角为90时的仿真波形（阻感性负载） 从上图可见，由于电感对电流突变量的抑制作用，带阻感性负载时负载电流的上升速度变慢了，电流波形变得圆滑了。2、通断控制 通断控制的单相交流调压电路一般也采用晶闸管作电子开关，因此启动Matlab后，建立如图10-10所示的单相交流调压电路结构模型图。图10-10 通断

39、控制单相交流调压电路模型 在电源电压每半周的前端过零时刻都给正反两只晶闸管同时发送一个触发脉冲，只有处于正偏的那只晶闸管才能导通。导通后的晶闸管在电源电压自然反向时因承受发偏电压而自动关闭。在实际工程中考虑到反并联的两只晶闸管的阴极电位不同，两只晶闸管的门极触发信号在电气上必须采取适当的隔离措施进行可靠隔离。 双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图10-11、10-12、10-13、10-14所示。图10-11 交流电压源模块参数图10-12 通断控制脉冲发生器模块参数 通断控制周期T=0.1s，相当于50Hz工频交流电压5个周波。通断控制的脉冲宽度（即导通比ton/T）为60%

40、，即在一个通断周期中导通3个周波，关断2个周波，导通时间ton=0.06s，关断时间toff=0.04s，通断控制周期T=ton+toff=0.1s。图10-13 过零触发脉冲发生器模块参数 过零触发的周期为0.01s，可以保证在电源电压每半个周波发送一个触发脉冲。脉冲宽度为5%，即9。脉冲初始相位设置为0，即实现了过零触发。将通断控制脉冲与过零触发脉冲相“与”运算，即可调制出通断控制所需的间断周期触发脉冲。图10-14 负载模块参数 系统仿真参数设置如图10-15所示。图10-15 系统仿真参数 在Matlab中，最大仿真步长的默认（auto）值是“(仿真结束时间-仿真开始时间)/50”，此

41、处仿真开始时间为0，仿真结束时间为0.25s，仿真时间较长，导致默认最大仿真步长较大，从而引起仿真波形失真畸变，因此必须限制最大仿真步长，此处将最大步长设置为0.001s。 运行仿真模型系统即可得到电源电压、晶闸管门极触发信号、负载电流、负载电压、流过晶闸管VT1阳极的电流、晶闸管VT1阳极与阴极间电压、流过晶闸管VT2阳极的电流、晶闸管VT2阳极与阴极间电压的仿真波形，如图10-16所示。图10-16 通断控制单相交流调压电路仿真波形（电阻性负载） 改变通断控制脉冲发生器模块的脉冲宽度（即导通比ton/T），即可得到不同导通比情况下的仿真波形。例如将通断控制脉冲宽度设置为20%，即导通比为0

42、.2，此时的仿真波形如图10-17所示。图10-17 导通比为0.2时的仿真波形（电阻性负载） 改变负载模块参数，即可得到不同负载类型情况下的仿真波形。例如将通断控制脉冲宽度设置为40%，即导通比为0.4，设置负载模块的R=1，L=2e-3H，C=inf。由于是阻感性负载，为了保证晶闸管能可靠导通，因此要求晶闸管的过零触发脉冲必须具有足够的宽度，否则电路将不能正常换相，在此将过零触发脉冲的宽度设置为50%。将仿真时间设置1s，最大仿真步长设置为0.001s，此时的仿真波形如图10-18所示。图10-18 导通比为0.4时的仿真波形（阻感性负载） 当负载电感量增大时，应进一步增加晶闸管过零触发脉

43、冲的宽度，以保证晶闸管能可靠导通。3、PWM斩波控制 考虑到电力电子器件的工作频率限制，PWM斩波控制的单相交流调压电路一般采用IGBT作为电子开关。（1）带电阻性负载 启动Matlab后，建立如图10-19所示的单相交流调压电路结构模型图。图10-19 PWM斩波控制单相交流调压电路模型（带电阻性负载，无续流回路） 双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图10-20、10-21、10-22所示。图10-20 交流电压源模块参数图10-21 PWM斩波控制脉冲发生器模块参数 PWM斩波控制周期T=0.001s，即PWM的斩波频率为1kHz，在50Hz工频交流电压的半个周波内产生10个