自動(dòng)化畢業(yè)論文基于matlabsimulink的電力電子仿真研究

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　基于MATLAB/SIMULINK的電力電子仿真研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)

2、 自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　基于MATLAB/SIM

3、ULINK的電力電子仿真研究 </p><p>　　摘要:本論文主要介紹MATLAB/SIMULINK的基本知識(shí)，包括了MATLAB的主要功能及使用方法，對(duì)于典型的電力電子電路，基于MATLAB/SIMULINK進(jìn)行了建模仿真，其中包括單相橋式全控整流電路、三相橋式全控整流電路，直流斬波電路，單相交流調(diào)壓電路的性能，首先介紹各個(gè)元器件的使用和它在電路中作用，并了解整個(gè)電路的結(jié)構(gòu)和工作

4、原理，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)MATLAB/SIMULINK軟件來(lái)建立各典型電路的仿真模型，并且對(duì)各個(gè)模塊和系統(tǒng)內(nèi)部的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，例如仿真算法、電子器件的選擇和電源幅值和頻率等，最終實(shí)現(xiàn)電力電子系統(tǒng)在MATLAB中的仿真，仿真結(jié)果和理論分析結(jié)果相一致，從而驗(yàn)證了仿真建模的有效性和正確性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電力電子 MATLAB 仿真 模型 電路</p><p><b&g

5、t;　　指導(dǎo)老師簽名：</b></p><p>　　Research on power electronic simulation based on MATLAB/SIMULINK</p><p>　　Abstract:this paper mainly introduces the basic knowledge of MATLAB/SIMULINK, including t

6、he main functions of MATLAB and methods of use, for a typical power electronic circuits, the modeling and simulation based on MATLAB/SIMULINK, including the single phase full bridge rectifier circuit, three-phase full br

7、idge rectifier circuit, the DC chopper circuit, the performance of single-phase AC voltage regulation circuit, first introduced the use of various components in the circuit and its function, </p><p>　　Keywor

8、ds: power electronics MATLAB Simulation Model Circuit</p><p>　　Signature of Supervisor:</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.

9、1 MATLAB/SIMULINK仿真的目的與意義1</p><p>　　1.2 本課題的研究?jī)?nèi)容1</p><p>　　1.3 本課題的研究意義2</p><p>　　2 MATLAB/SIMULINK基礎(chǔ)知識(shí)</p><p>　　2.1 MATLAB介紹3</p><p>　　2.1.1 MATLAB的主

10、要組成部分3</p><p>　　2.2 SIMULINK仿真基礎(chǔ)4</p><p>　　2.2.1 SIMULINK啟動(dòng)4</p><p>　　2.2.2 SIMULINK的模塊庫(kù)介紹5</p><p>　　2.2.3 電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的介紹5</p><p>　　2.2.4 SIMULINK簡(jiǎn)單模型的建立

11、6</p><p>　　3 電路仿真及結(jié)果分析</p><p>　　3.1單相橋式全控整流電路實(shí)驗(yàn)7</p><p>　　3.1.1 單相橋式全控整流電路（電阻性負(fù)載）7</p><p>　　3.1.2 單相橋式全控整流電路（阻-感性負(fù)載）11</p><p>　　3.1.3 單相橋式全控整流電路 (反電勢(shì)負(fù)載

12、)14</p><p>　　3.1.4 小結(jié)18</p><p>　　3.2三相橋式全控整流電路仿真18</p><p>　　3.2.1 電路的結(jié)構(gòu)與工作原理18</p><p>　　3.2.2 仿真結(jié)果與分析21</p><p>　　3.2.3 仿真結(jié)果分析23</p><p>　

13、　3.2.4 小結(jié)24</p><p>　　3.3直流斬波電路（Buck-Boost變換器）研究24</p><p>　　3.3.1 電路原理圖24</p><p>　　3.3.2 仿真模型25</p><p>　　3.3.3 參數(shù)設(shè)置25</p><p>　　3.3.4 仿真波形分析27</p>

14、;<p>　　3.3.5 小結(jié)28</p><p>　　3.4單相交流調(diào)壓電路28</p><p>　　3.4.1 電路結(jié)構(gòu)和工作原理28</p><p>　　3.4.2 仿真模型30</p><p>　　3.4.3 仿真結(jié)果與分析30</p><p>　　3.4.4 小結(jié)32</p&g

15、t;<p><b>　　4 總結(jié)33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p>　　基于MATLAB/SIMULINK的電力電子仿真研究</p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　1.1 MATLAB

16、/SIMULINK仿真的目的與意義</p><p>　　在電力電子電路的研究設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于設(shè)計(jì)出來(lái)的電路及有關(guān)元件參數(shù)選擇是否合理，具體效果如何進(jìn)行驗(yàn)證。假如通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)，就要將設(shè)計(jì)的系統(tǒng)用電子元件安裝出來(lái)再進(jìn)行調(diào)試和試驗(yàn)，往往不能滿足要求時(shí)，就要更換元件甚至要重新設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試，往往要反復(fù)多次才能得到滿意的結(jié)果。這樣將耗費(fèi)大量的人力和物力，而且使設(shè)計(jì)效率低下、耗資大、周期長(zhǎng)[1]。</p>

17、<p>　　采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，則可以大大地節(jié)約開(kāi)支，提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期。但是用其它計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言(如 C語(yǔ)言，BASIC語(yǔ)言或仿真語(yǔ)言)編程實(shí)現(xiàn)，對(duì)電力變流電路來(lái)說(shuō)，由于大功率開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換電流換相動(dòng)態(tài)過(guò)程十分復(fù)雜，過(guò)渡過(guò)程一個(gè)接一個(gè)，一個(gè)未完，新的一個(gè)又開(kāi)始了要分析輸出電壓、電流(帶感性負(fù)載時(shí))波形，特別是如大功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)承受的尖峰電壓大小形狀，即阻容保護(hù)電路的保護(hù)效果如何，這樣就要建立等效電路的數(shù)學(xué)模型

18、。而這樣的數(shù)學(xué)模型是很復(fù)雜的，即使建立起來(lái)了，用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)得到真實(shí)的仿真結(jié)果也需要花大量的時(shí)間精力來(lái)編程和調(diào)試，這樣會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間和人，然而采 MATLAB/SIMULINK可視化圖形仿真環(huán)境來(lái)對(duì)電力電子電路進(jìn)行建模仿真則可使之變得直觀，簡(jiǎn)單易行，效率高，真實(shí)準(zhǔn)確[1]。 </p><p>　　1.2 本課題的研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本課題主要研究的是利用MATLAB/SIMU

19、LINK建立電力電子電路仿真模型并進(jìn)行仿真?，F(xiàn)將仿真的主要內(nèi)容加以介紹：</p><p>　　單相橋式整流電路主要研究其全控整流電路，分別建立其Simulink仿真模型，調(diào)整相關(guān)電路參數(shù)，并進(jìn)行系統(tǒng)仿真，對(duì)其仿真波形進(jìn)行對(duì)比分析，并與理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比[2]。</p><p>　　三相橋式全控整流電路主要熟悉三相橋式全控整流電路的接線及工作原理，在三相橋式全控整流狀態(tài)下，記錄α角處于不同值下

20、模擬電路的仿真波形并分析波形的意義[3]。</p><p>　　直流斬波電路用于調(diào)整直流電的電壓，它有多種類型，這里主要對(duì)降壓（Buck）變流器、升壓（Boost）變流器進(jìn)行建模仿真，根據(jù)其降壓和升壓要求設(shè)計(jì)，確定電容電感值，并通過(guò)仿真結(jié)果來(lái)確認(rèn)設(shè)計(jì)效果[4]。</p><p>　　單相交流調(diào)壓電路研究單相交流調(diào)壓器帶電阻性負(fù)載以及帶電阻-電感性負(fù)載時(shí)的工作原理，加深理解交流調(diào)壓感性負(fù)載時(shí)

21、對(duì)移相范圍要求，分別建立其Simulink仿真模型，整理實(shí)驗(yàn)仿真中記錄下的各類波形，分析電阻電感負(fù)載時(shí)波形圖意義[4]。</p><p>　　1.3 本課題的研究意義</p><p>　　利用Simulink中的模塊庫(kù)建立電力變換電路，進(jìn)行仿真后，對(duì)仿真波形進(jìn)行分析。證實(shí)了該方法的簡(jiǎn)便直觀、高效快捷和真實(shí)準(zhǔn)確性。計(jì)算機(jī)中修改參數(shù)方便，可以通過(guò)改變方針參數(shù)就可觀察各種現(xiàn)象[1]。</p

22、><p>　　通過(guò)對(duì)本課題的研究最終能夠熟悉并掌握Matlab /Simulink的應(yīng)用環(huán)境，熟練應(yīng)用Simulink模塊庫(kù)中模塊建立電力電子電路的系統(tǒng)仿真模型，設(shè)定系統(tǒng)仿系統(tǒng)仿設(shè)定系統(tǒng)仿真參數(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)仿真[1]。</p><p>　　2 MATLAB/SIMULINK基礎(chǔ)知識(shí)</p><p>　　2.1 MATLAB介紹</p><p>　

23、　Matlab(Matrix Laboratory)是美國(guó) MathWorks公司開(kāi)發(fā)的一套高性能的數(shù)值分析和計(jì)算軟件，用于概念設(shè)計(jì),算法開(kāi)發(fā),建模仿真,實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的理想的集成環(huán)境，是目前最好的科學(xué)計(jì)算類軟件之一。</p><p>　　MATLAB將矩陣運(yùn)算、數(shù)值分析、圖形處理、編程技術(shù)結(jié)合在一起，為用戶提供了一個(gè)強(qiáng)有力的科學(xué)及工程問(wèn)題的分析計(jì)算和程序設(shè)計(jì)工具，它還提供了專業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算、文字處理、可視化建模仿真

24、和實(shí)時(shí)控制等功能，是具有全部語(yǔ)言功能和特征的新一代軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)[6]。</p><p>　　MATLAB已發(fā)展成為適合眾多學(xué)科，多種工作平臺(tái)、功能強(qiáng)大的大型軟件。在歐美等國(guó)家的高校，MATLAB已成為線性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具。成為攻讀學(xué)位的本科、碩士、博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)開(kāi)發(fā)部門，MATLAB被廣泛的應(yīng)用于研究和解

25、決各種具體問(wèn)題。在中國(guó)，MATLAB也已日益受到重視，短時(shí)間內(nèi)就將盛行起來(lái)，因?yàn)闊o(wú)論哪個(gè)學(xué)科或工程領(lǐng)域都可以從MATLAB中找到合適的功能[7]。</p><p>　　2.1.1 MATLAB的主要組成部分</p><p>　　MATLAB系統(tǒng)由5個(gè)主要的部分構(gòu)成：</p><p>　　(1) 開(kāi)發(fā)環(huán)境(Development Environment)：微MATLA

26、B用戶或程序編制員提供的一套應(yīng)用工具和設(shè)施。由一組圖形化用戶接口工具和組件集成：包括MATLAB桌面、命令窗口、命令歷史窗口、編輯調(diào)試窗口及幫助信息、工作空間、文件和搜索路徑等瀏覽器[8]。</p><p>　　(2) MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)(Math Function Library)：數(shù)學(xué)和分析功能在MATLAB工具箱中被組織成8個(gè)文件夾。 elmat 初步矩陣，和矩陣操作。 elfun

27、 初步的數(shù)學(xué)函數(shù)。求和、正弦、余弦和復(fù)數(shù)運(yùn)算等 specfun 特殊的數(shù)學(xué)函數(shù)。矩陣求逆、矩陣特征值、貝塞爾函數(shù)等； matfun 矩陣函數(shù)－用數(shù)字表示的線性代數(shù)。 atafun 數(shù)據(jù)分析和傅立葉變換。 polyfun 插值，多項(xiàng)式。 funfun 功能函數(shù)。 sparfun 稀疏矩陣。 </p><p>　　(3) MATLAB語(yǔ)言：(MATL

28、AB Language)一種高級(jí)編程語(yǔ)言（高階的矩陣/數(shù)組語(yǔ)言），包括控制流的描述、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出及面對(duì)對(duì)象編程；</p><p>　　(4) 句柄圖形：(Handle Graphics) MATLAB制圖系統(tǒng)具有2維、三維的數(shù)據(jù)可視化，圖象處理，動(dòng)畫片制作和表示圖形功能?？梢詫?duì)各種圖形對(duì)象進(jìn)行更為細(xì)膩的修飾和控制。允許你建造完整的圖形用戶界面（GUI），以及建立完整的圖形界面的應(yīng)用程序。制圖法功能在M

29、ATLAB工具箱中被組織成5個(gè)文件夾：二維數(shù)圖表（graph2d）、三維圖表（graph3d）專業(yè)化圖表（specgraph）、制圖法（graphics）、圖形用戶界面工具（uitools）[9]。</p><p>　　(5) 應(yīng)用程序接口：(Applied Function Interface) MATLAB的應(yīng)用程序接口允許用戶使用C或FORTRAN語(yǔ)言編寫程序與MATLAB連接[10]。</p>

30、<p>　　2.2 SIMULINK仿真基礎(chǔ)</p><p>　　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，它與MATLAB語(yǔ)言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語(yǔ)言的編程上[11]。</p><p>　　1．所謂模型化圖形輸入是指SIMULI

31、NK提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來(lái)就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型（以.mdl文件進(jìn)行存?。?，進(jìn)而進(jìn)行仿真與分析[12]。</p><p>　　2．Simulink可將系統(tǒng)分為從高級(jí)到低級(jí)的幾個(gè)層次，每層又可以細(xì)分為幾個(gè)部分，每層系統(tǒng)構(gòu)建完成后，將各層連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)完整系統(tǒng)。模型創(chuàng)建完成后，

32、可以啟動(dòng)系統(tǒng)的仿真功能分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，其內(nèi)置的分析工具包括各種仿真算法、系統(tǒng)線性化、尋求平衡點(diǎn)等。仿真結(jié)果可以以圖形方式在示波器窗口顯示，也可將輸出結(jié)果以變量形式保存起來(lái)，并輸入到MATLAB中以完成進(jìn)一步的分析。</p><p>　　Simulink可以仿真線性和非線性系統(tǒng)，并能創(chuàng)建連續(xù)時(shí)間、離散時(shí)間或二者混合的系統(tǒng)。支持多采樣頻率系統(tǒng)[13]。</p><p>　　2.2.1 SI

33、MULINK啟動(dòng)</p><p>　　在MATLAB命令窗口中輸入simulink，結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個(gè)稱為Simulink Library Browser的窗口，在這個(gè)窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱[14]。</p><p>　　也可以通過(guò)MATLAB主窗口的快捷按鈕來(lái)打開(kāi)Simulink Library Browser窗口。</p><p>　　2.2

34、.2 SIMULINK的模塊庫(kù)介紹</p><p>　　整個(gè)Simulink模塊庫(kù)是由各個(gè)模塊組構(gòu)成，標(biāo)準(zhǔn)的Simulink模塊庫(kù)中，包括：信號(hào)源模塊組(Source)、儀器儀表模塊組(Sinks)、連續(xù)模塊組( Continuous)、離散模塊組(Discrete)、數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊組(Math)、非線性模塊組(Nonlinear)、函數(shù)與表格模塊組(Function&Tables )、信號(hào)與系統(tǒng)模塊組(S

35、ignals&Systems)和子系統(tǒng)模塊組(Subsystems)幾個(gè)部分，此外還有和各個(gè)工具相與模塊集之間的聯(lián)系構(gòu)成的子模塊組，用戶還可以將自己編寫的模塊組掛靠到整個(gè)模型庫(kù)瀏覽器下[15]。</p><p>　　2.2.3 電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的介紹</p><p>　　進(jìn)入MATLAB系統(tǒng)后打開(kāi)模塊庫(kù)瀏覽窗口，用鼠標(biāo)左鍵雙擊其中的Power System Blocks即可彈出電力系

36、統(tǒng)工具箱模塊庫(kù)，它包括連接元件庫(kù)(Connectors)，電源庫(kù)(Electrical Sources)，基本元件庫(kù)(Elements)，元件庫(kù)(Extra Library)，電機(jī)元件庫(kù)(Machines)，測(cè)量元件庫(kù)(Measurements)和電力電子元件庫(kù)(Power Electronics)。這些模塊庫(kù)包含了大多數(shù)常用電力系統(tǒng)元件的模塊。利用這些庫(kù)模塊及其它庫(kù)模塊，用戶可方便、直觀地建立各種系統(tǒng)模型并進(jìn)行仿真[1]。</p

37、><p>　　（1）電路元件模型 </p><p>　　該部分包括斷路器（Breaker)、分布參數(shù)線(Distribute Parameter Line)、線性變壓器(Linear Transformer)、并聯(lián)RLC負(fù)荷(Parallel RLC Load)，II型線路參數(shù)(II Section Line)、飽和變壓器(Saturable Transformer)、串聯(lián)RLC支路（Seri

38、es RLC Branch)、串聯(lián)RLC負(fù)荷(Series RLC load)、過(guò)電壓自動(dòng)裝置（Surge Arrester)。這部分可以仿真交流輸電線裝置[16]。 </p><p>　?。?）電力電子設(shè)備模型</p><p>　　此部分含有二極管（Diode)、GT0、理想開(kāi)關(guān)(Ideal Switch)、MOS管(Mosfet)、可控晶閘管(Thyristor)的仿真模型。這些設(shè)備模

39、型不僅可以單獨(dú)進(jìn)行仿真而且可以組合在一起仿真整流電路等直流輸變電的電力電子設(shè)備。</p><p><b>　?。?）電機(jī)設(shè)備模型</b></p><p>　　此部分有異步電動(dòng)機(jī)(Asynchronous Machine)、勵(lì)磁系統(tǒng)(Excitation System)、水輪電機(jī)及其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Hydraulic Turbine and Governor(HTG))、永磁

40、同步電機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Machine)、簡(jiǎn)化的同步電機(jī)(Simplified Synchronous Machine)、同步電機(jī)(Synchronous Machine)。這些模型可以仿真電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)設(shè)備，電力拖動(dòng)設(shè)備等。 </p><p>　　（4）接線設(shè)備模型 </p><p>　　這一部分包括一些電力系統(tǒng)中常用的接線設(shè)備。如接地設(shè)備、

41、輸電線母線等。</p><p><b>　?。?）測(cè)量設(shè)備模型</b></p><p>　　該部分模型是用來(lái)采集線路的電壓或電流值的電壓表和電流表。這 一部分還起著連接SIMULINK模型與POWERLIB模型的作用[15]。 </p><p>　?。?）Powerlib擴(kuò)展庫(kù)</p><p>　　擴(kuò)展模塊組包含了上述各

42、個(gè)模塊組中的各個(gè)附加子模塊組用戶可以根據(jù)自己的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖使用POWERLIB和SLMULINK中相應(yīng)的模型來(lái)組成仿真的電路模型[16]。</p><p>　　2.2.4 SIMULINK簡(jiǎn)單模型的建立</p><p><b>　　1．簡(jiǎn)單模型的建立</b></p><p>　?。?）建立模型窗口。</p><p>　

43、?。?）將功能模塊由模塊庫(kù)窗口復(fù)制到模型窗口。</p><p>　?。?）對(duì)模塊進(jìn)行連接，從而構(gòu)成需要的系統(tǒng)模型。</p><p><b>　　2．模型的特點(diǎn)</b></p><p>　?。?）在SIMULINK里提供了許多如Scope的接收器模塊，這使得用SIMULNK進(jìn)行仿真具有像做實(shí)驗(yàn)一般的圖形化顯示效果[17]。</p>

44、<p>　　（2）IMULINK的模型具有層次性，通過(guò)底層子系統(tǒng)可以構(gòu)建上層母系統(tǒng)。</p><p>　?。?）SIMULINK提供對(duì)子系統(tǒng)封裝功能，可自定義子系統(tǒng)圖標(biāo)和設(shè)置參數(shù)對(duì)話框。</p><p>　　3 電路仿真及結(jié)果分析</p><p>　　3.1單相橋式全控整流電路實(shí)驗(yàn)</p><p>　　3.1.1單相橋式全控整流電路

45、（電阻性負(fù)載）</p><p>　　1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理</p><p><b>　　(1)電路結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　如圖1-1所示為典型單相橋式全控整流電路，共用了四個(gè)晶閘管，兩只晶閘管接成共陽(yáng)極，兩只晶閘管接成共陰極，每一只晶閘管是一個(gè)橋臂，橋式整流電路的工作方式特點(diǎn)是整流元件必須成對(duì)以構(gòu)成回路，負(fù)載為電阻性[18]。<

46、/p><p>　　圖 3-1 單相橋式全控整流電路(純電阻負(fù)載)的電路原理圖</p><p><b>　　(2)工作原理</b></p><p>　　1.在u2正半波的（０～α）區(qū)間，晶閘管VT1、VT4承受正向電壓，但無(wú)觸發(fā)脈沖，晶閘管VT2、VT3承受反向電壓。因此在0～α區(qū)間，4個(gè)晶閘管都不導(dǎo)通。假如4個(gè)晶閘管的漏電阻相等，則Ut1.4=

47、Ut2.3=1/2u2[18]。</p><p>　　2.在u2正半波的（α～π）區(qū)間，在ωｔ＝α?xí)r刻，觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導(dǎo)通。</p><p>　　3.在u2負(fù)半波的（π～π＋α）區(qū)間，在π～π＋α區(qū)間，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，因無(wú)觸發(fā)脈沖而處于關(guān)斷狀態(tài)，晶閘管VT1、VT4承受反向電壓也不導(dǎo)通[18]。</p><p>　　4.在u2負(fù)半波的

48、（π＋α～２π）區(qū)間，在ωｔ＝π＋α?xí)r刻，觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其元件導(dǎo)通，負(fù)載電流沿b→VT3→R→VT2→α→T的二次繞組 →b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載電阻上，負(fù)載上有輸出電壓（ud=-u2）和電流，且波形相位相同[18]。</p><p><b>　　2.建模</b></p><p>　　在MATLAB新建一個(gè)Model，命名為R_Load，

49、同時(shí)模型建立如下圖所示[19]：</p><p>　　圖3-2單相半波可控整流電路(純電阻負(fù)載)的MATLAB仿真模型</p><p><b>　　(1)模型參數(shù)設(shè)置</b></p><p><b>　　a.交流電源參數(shù)</b></p><p>　　b.同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)</p>

50、<p><b>　　仿真結(jié)果與分析 </b></p><p>　　（1）觸發(fā)角α=30°，MATLAB仿真波形如圖3-1：</p><p>　　圖3-1 α=30°單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(純電阻負(fù)載) </p><p>　?。?）觸發(fā)角α=60°，MATLAB仿真波形如圖3-2：</p>

51、<p>　　圖3-2 α=60°單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(純電阻負(fù)載)</p><p>　?。?）觸發(fā)角α=90°，MATLAB仿真波形如下</p><p>　　α=90°單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(純電阻負(fù)載)</p><p><b>　　4.小結(jié)</b></p><p&g

52、t;　　盡管整流電路的輸入電壓U2是交變的，但負(fù)載上正負(fù)兩個(gè)半波內(nèi)均有相同的電流流過(guò)，輸出電壓一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)兩次，由于橋式整流電路在正、負(fù)半周均能工作，變壓器二次繞組正在正、負(fù)半周內(nèi)均有大小相等、方向相反的電流流過(guò)，消除了變壓器的電流磁化，提高了變壓器的有效利用率[18]。</p><p>　　3.1.2單相橋式全控整流電路（阻-感性負(fù)載）</p><p>　　1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理<

53、;/p><p>　?。?）電路結(jié)構(gòu)，如圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3 單相橋式全控整流電路(阻感性負(fù)載)的電路原理圖</p><p><b>　?。?）工作原理</b></p><p>　　1）在電壓u2正半波的（0~α）區(qū)間。晶閘管VT1、VT4承受正向電壓，但無(wú)觸發(fā)脈沖，VT1、VT4處于關(guān)斷狀態(tài)。假設(shè)電路

54、已經(jīng)工作在穩(wěn)定狀態(tài)，則在0~α區(qū)間由于電感的作用，晶閘管VT2、VT3維持導(dǎo)通[18]。</p><p>　　2）在u2正半波的（α~π）區(qū)間。在ωt=α?xí)r刻，觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導(dǎo)通，負(fù)載電流沿a→VT1→L→R→VT4→b→T的二次繞組→a流通，此時(shí)負(fù)載上有輸出電壓（ud=u2）和電流。電壓u2反向施加到晶閘管VT2、VT3上，使其承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)[18]。</p><p

55、>　　3）在電壓u2負(fù)半波的（π~π+α）區(qū)間。當(dāng)ωt=π時(shí)，電源電壓自然過(guò)零，感應(yīng)電勢(shì)是晶閘管VT1、VT4繼續(xù)導(dǎo)通。在電源電壓負(fù)半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，因無(wú)觸發(fā)脈沖，VT2、VT3處于關(guān)斷狀態(tài)[18]。</p><p>　　4）u2負(fù)半波的（π+α~2π）區(qū)間。在ωt=π+α?xí)r刻，觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其導(dǎo)通，負(fù)載電流沿b→VT3→L→R→VT2→a→T的二次繞組→b流通，電源電壓沿

56、正半周期的方向施加到負(fù)載上，負(fù)載上有輸出電壓（ud=－u2）和電流。此時(shí)電源電壓反向施加到晶閘管VT1、VT4上，使其承受反向電壓而關(guān)斷。晶閘管VT2、VT3一直要導(dǎo)通到下一周期ωt=2π+α處再次觸發(fā)晶閘管VT1、VT4為止[20]。</p><p><b>　　2.建模</b></p><p>　　模型建立如下圖3-4所示：</p><p>

57、;　　圖3-4單相半波可控整流電路(純電阻負(fù)載)的MATLAB仿真模型</p><p>　?。?）模型參數(shù)設(shè)置 </p><p><b>　　a.交流電源參數(shù)</b></p><p>　　b.同步脈沖信號(hào)參數(shù)</p><p><b>　　3.仿真結(jié)果與分析</b>&l

58、t;/p><p>　　a. 觸發(fā)角α=60°，MATLAB仿真波形如圖3-5：</p><p>　　圖3-5 α=60°單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(阻感性負(fù)載)</p><p>　　b.觸發(fā)角α=90°，MATLAB仿真波形如圖3-6所示：</p><p>　　圖3-6 α=90°單相橋式全控整流電路仿真

59、結(jié)果</p><p><b>　　4.小結(jié)</b></p><p>　　與單相半波整流電路仿真波形相比較，輸出的電壓和電流波形頻率都提高了一倍，而單個(gè)晶閘管的工作情況與半波整流電路一樣，所以晶閘管的端電壓也與半波電路一致[21]。</p><p>　　3.1.3單相橋式全控整流電路(反電勢(shì)負(fù)載)</p><p>　　1.

60、電路的結(jié)構(gòu)與工作原理</p><p>　?。?）電路結(jié)構(gòu)如圖3-7所示：

61、 </p><p>　　圖3-7 單相橋式全控整流電路(反電勢(shì)負(fù)載)的電路原理圖</p><p><b>　?。?）工作原理</b></p><

62、;p>　　當(dāng)整流電壓的瞬時(shí)值ud小于反電勢(shì)E 時(shí)，晶閘管承受反壓而關(guān)斷，這使得晶閘管導(dǎo)通角減小。晶閘管導(dǎo)通時(shí)，ud=u2，晶閘管關(guān)斷時(shí)，ud=E。與電阻負(fù)載相比晶閘管提前了電角度δ停止導(dǎo)電，δ稱作停止導(dǎo)電角。</p><p>　　若α <δ時(shí)，觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通。為了使晶閘管可靠導(dǎo)通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)晶閘管開(kāi)始承受正電壓時(shí)，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角

63、被推遲，即α=δ。</p><p><b>　　2.建模</b></p><p>　?。?）在MATLAB新建一個(gè)Model，同時(shí)模型建立如下圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8 單相橋式全控整流電路(反電勢(shì)負(fù)載)的MATLAB仿真模型</p><p><b>　?。?）模型參數(shù)設(shè)置</b>

64、</p><p>　　在此電路中，輸入電壓的電壓設(shè)置為220V，頻率設(shè)置為50Hz，電阻阻值設(shè)置為1歐姆，電感設(shè)置為1e-3H，脈沖輸入的電壓設(shè)置為3V，周期設(shè)置為0.02（與輸入電壓一致周期），占空比設(shè)置為10%，觸發(fā)角分別設(shè)置為30°，60°因?yàn)閮蓚€(gè)晶閘管在對(duì)應(yīng)時(shí)刻不斷地周期性交替導(dǎo)通，關(guān)斷，所以脈沖出發(fā)周琴應(yīng)相差180°。</p><p><b&g

65、t;　　a.交流電源參數(shù)</b></p><p>　　b.同步脈沖信號(hào)發(fā)生器參數(shù)</p><p>　　c.負(fù)載上的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　3. 仿真結(jié)果與分析</p><p>　　a. 觸發(fā)角α=30°，MATLAB仿真波形如圖3-9：</p><p>　　圖3-9 α=30°單相

66、橋式全控整流電路仿真結(jié)果(反電勢(shì)負(fù)載)</p><p>　　b. 觸發(fā)角α=60°，MATLAB仿真波形如圖3-10：</p><p>　　圖3-10 α=60°單相橋式全控整流電路仿真結(jié)果(反電勢(shì)負(fù)載)</p><p><b>　　4.結(jié)論</b></p><p>　　此電路中當(dāng)電樞電感不足夠大時(shí)，

67、輸出電流波形斷續(xù)，使晶閘管-電動(dòng)勢(shì)系統(tǒng)的機(jī)械性變軟，為此通常在負(fù)載回路串接平波電抗器以減小電流脈動(dòng)，延長(zhǎng)晶閘管導(dǎo)通時(shí)間，如果電感足夠大，電流就能連續(xù)。單相全控橋式整流電路主要適用于4KW左右的整流電路，與單相半波可控整流電路相比，整流電壓脈動(dòng)減小，美周期脈動(dòng)倆次。變壓器二次側(cè)流過(guò)正反倆個(gè)方向的電流，不存在直流磁化，利用率高。當(dāng)整流電路輸出接有反電勢(shì)負(fù)載時(shí)，只有當(dāng)電源電壓的瞬時(shí)值大于反電勢(shì)，同時(shí)又有觸發(fā)脈沖時(shí)，晶閘管才能導(dǎo)通，整流電路才有

68、電流輸出，在晶閘管關(guān)斷的時(shí)間內(nèi)，負(fù)載上保留原有的反電勢(shì)。負(fù)載兩端的電壓平均值比電阻性負(fù)載時(shí)高。</p><p><b>　　3.1.4小結(jié)</b></p><p>　　單相橋式全控整流電路相對(duì)也較為簡(jiǎn)單，但其最大的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓是單極性的，即只有正半周。因此，其利用率相對(duì)半波電路來(lái)說(shuō)其利用率有了極大的提升。但同時(shí)，在變壓器二次繞組上的電流確實(shí)雙極性的，因此此種電路也較

69、為損害變壓器。</p><p>　　3.2三相橋式全控整流電路仿真</p><p>　　3.2.1電路的結(jié)構(gòu)與工作原理 </p><p><b>　　1.電路結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　三相橋式全控整流電路圖是應(yīng)用最為廣泛

70、的整流電路，其電路圖如圖3-11：</p><p><b>　　圖3-11</b></p><p><b>　　2.工作原理</b></p><p>　　在三相橋式全控整流電路中，對(duì)共陰極組和共陽(yáng)極組是同時(shí)進(jìn)行控制的，控制角都是α。由于三相橋式整流電路是兩組三相半波電路的串聯(lián)，因此整流電壓為三相半波時(shí)的兩倍。很顯然在輸出電

71、壓相同的情況下，三相橋式晶閘管要求的最大反向電壓，可比三相半波線路中的晶閘管低一半。 </p><p>　　為了分析方便，使三相全控橋的六個(gè)晶閘管觸發(fā)的順序是1-2-3-4-5-6，晶閘管是這樣編號(hào)的：晶閘管KP1和KP4接a相，晶閘管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相[3]。</p><p>　　晶閘管KP1、KP3、KP5組成共陰極組，而晶閘管KP2、KP4、KP6組

72、成共陽(yáng)極組[22]。 </p><p>　　為了搞清楚α變化時(shí)各晶閘管的導(dǎo)通規(guī)律，分析輸出波形的變化規(guī)則，下面研究幾個(gè)特殊控制角，先分析α=0的情況，也就是在自然換相點(diǎn)觸發(fā)換相時(shí)的情況。</p><p>　　為了分析方便起見(jiàn)，把一個(gè)周期等分6段</p><p>　　在第（1）段期間，a相電壓最高，而共陰極組的晶閘管KP1被觸發(fā)導(dǎo)通，b相電位最低，所以供陽(yáng)極組的

73、晶閘管KP6被觸發(fā)導(dǎo)通。這時(shí)電流由a相經(jīng)KP1流向負(fù)載，再經(jīng)KP6流入b相。變壓器a、b兩相工作，共陰極組的a相電流為正，共陽(yáng)極組的b相電流為負(fù)。加在負(fù)載上的整流電壓為[23]</p><p>　　ud=ua-ub=uab</p><p>　　經(jīng)過(guò)60°后進(jìn)入第(2)段時(shí)期。這時(shí)a相電位仍然最高，晶閘管KPl繼續(xù)導(dǎo)通，但是c相電位卻變成最低，當(dāng)經(jīng)過(guò)自然換相點(diǎn)時(shí)觸發(fā)c相晶閘管KP2

74、，電流即從b相換到c相，KP6承受反向電壓而關(guān)斷。這時(shí)電流由a相流出經(jīng)KPl、負(fù)載、KP2流回電源c相。變壓器a、c兩相工作。這時(shí)a相電流為正，c相電流為負(fù)。在負(fù)載上的電壓為[23]</p><p>　　ud=ua-uc=uac</p><p>　　再經(jīng)過(guò)60°，進(jìn)入第(3)段時(shí)期。這時(shí)b相電位最高，共陰極組在經(jīng)過(guò)自然換相點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管KP3，電流即從a相換到b相，c相晶閘

75、管KP2因電位仍然最低而繼續(xù)導(dǎo)通。此時(shí)變壓器bc兩相工作，在負(fù)載上的電壓為[23]</p><p>　　ud=ub-uc=ubc</p><p><b>　　余相依此類推。</b></p><p>　　3.帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況：</p><p>　　(1)當(dāng)a≤60時(shí)，ud波形連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，id波形與ud波形形狀

76、一樣，也連續(xù)</p><p>　　波形圖：a =0（圖3-12）、a =30（圖3-13）、a =60（圖3-14） </p><p>　　當(dāng)a>60時(shí)，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值</p><p>　　波形圖： a =90（圖3-15） </p><p>　　(4)帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是1

77、20 </p><p>　　圖3-12 α=0º</p><p>　　圖3-13 α=30º</p><p>　　圖3-14 α=60º</p><p>　　圖3-15 α=90º</p><p>　　4. 三相橋式全控整流電路定量分析[3]</p><p

78、>　　(1)當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載a≤60時(shí)）的平均值為： </p><p>　　(2)帶電阻負(fù)載且a >60時(shí)，整流電壓平均值為：</p><p>　　輸出電流平均值為 ：Id=Ud /R </p><p>　　3.2.2仿真結(jié)果與分析</p><p>　　1.用matlab仿真仿真線如圖3-16所示

79、。 </p><p><b>　　圖3-16</b></p><p>　　參數(shù)設(shè)置：三相電源電壓設(shè)置為380V，頻率設(shè)為50Hz，相角相互相差120度。變換器橋設(shè)置相當(dāng)于六個(gè)晶閘管，只要有適當(dāng)?shù)挠|發(fā)信號(hào)

80、，便可以使變換器在對(duì)應(yīng)的時(shí)刻導(dǎo)通。設(shè)置同步電壓的頻率跟脈沖寬度分別為50Hz和10%，“alpha_deg”是移相控制角信號(hào)輸入端，通過(guò)設(shè)置輸入信號(hào)給它的常數(shù)模塊參數(shù)便可以得到不同的觸發(fā)角a，從而產(chǎn)生給出間隔60 度的雙脈沖。選擇算法為ode23tb，stop time 設(shè)為0.1。</p><p><b>　　1.電阻負(fù)載仿真</b></p><p>　　設(shè)置電路負(fù)

81、載為純電阻性，R＝100Ω。</p><p>　　以下是分別在a=0 度，30 度時(shí)的仿真結(jié)果(見(jiàn)圖3-17和圖3-18)。</p><p>　　圖3-17 圖3-18 </p><p><b>　　2.阻感負(fù)載仿真</b></p><p>　　

82、設(shè)置電路負(fù)載為阻感性，R＝100Ω，L＝10H。</p><p>　　以下是分別在a=0 度，30 度時(shí)的仿真結(jié)果(見(jiàn)圖3-19和圖3-20）</p><p>　　圖3-19 圖3-20</p><p>　　3.帶反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載仿真</p><p>　　設(shè)置電路負(fù)載為阻感性，R＝1

83、00Ω，L＝10H，反電動(dòng)勢(shì)E＝25V。</p><p>　　以下是分別在a=0 度，30 度時(shí)的仿真結(jié)果(見(jiàn)圖3-21和圖3-22) </p><p>　　圖3-21 圖3-22</p><p>　　3.2.3仿真結(jié)果分析</p><p>　　1. 對(duì)于純電阻性負(fù)載，當(dāng)觸發(fā)角小于等于9

84、0°時(shí)，直流電流Id與Ud成正比，直流電流波形和直流電壓一樣。隨著觸發(fā)角增大，在電壓反向后管子即關(guān)斷，所以晶閘管的正向?qū)〞r(shí)間減少，對(duì)應(yīng)著輸出平均電壓逐漸減小，并且當(dāng)觸發(fā)角大于60°后Ud波形出現(xiàn)斷續(xù)。而隨著觸發(fā)角的持續(xù)增大，輸出電壓急通過(guò)心上的波型圖，對(duì)于晶閘管來(lái)說(shuō)，在整流工作狀態(tài)下其所承受的為反向阻斷電壓。移相范圍為0~120。</p><p>　　2. 對(duì)于阻感性的負(fù)載，當(dāng)觸發(fā)角小于60

85、°時(shí)，整流輸出電壓波形與純阻性負(fù)載時(shí)基本相同，所不同的是，阻感性負(fù)載直流側(cè)電流由于有電感的濾波作用而不會(huì)發(fā)生急劇的變化，輸出波形較為平穩(wěn)。而當(dāng)觸發(fā)角大于等于60°小于90°時(shí)，由于電感的作用，延長(zhǎng)了管子的導(dǎo)通時(shí)間，使Ud波形出現(xiàn)負(fù)值，而不會(huì)出現(xiàn)斷續(xù)，所以直流側(cè)輸出電壓會(huì)減小，但是由于正面積仍然大于負(fù)面積，這時(shí)直流平均電壓仍為正值。當(dāng)觸發(fā)角大于90°時(shí)，由于id太小，晶閘管無(wú)法再導(dǎo)通，輸出幾乎為0。

86、工作在整流狀態(tài)，晶閘管所承受的電壓主要為反向阻斷電壓。移相范圍為0~90。電感能夠使電流輸出平穩(wěn)；在沒(méi)有續(xù)流二極管的情況下，晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間得到延長(zhǎng)，而當(dāng)加入續(xù)流二極管后，電流通過(guò)二極管續(xù)流，二極管續(xù)流功率損耗較小，這時(shí)輸出電流相對(duì)來(lái)說(shuō)就較不加續(xù)流二極管時(shí)要小，而輸出電壓相對(duì)來(lái)說(shuō)卻要大些。</p><p>　　3. 對(duì)于反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載由于有反電勢(shì)的作用，直流側(cè)輸出電壓相對(duì)于之前，會(huì)在原來(lái)的基礎(chǔ)上減去一個(gè)反電勢(shì)輸出，

87、所以平均輸出電壓減小25V，相對(duì)的輸出直流電流也在原來(lái)的基礎(chǔ)上減小。輸出電壓越接近25V，輸出電流也更接近于0。</p><p><b>　　3.2.4小結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)仿真和分析，可知三相橋式全控整流電路的輸出電壓受控制角和負(fù)載特性的影響，通過(guò)應(yīng)用Matlab的可視化仿真工具Simulink對(duì)三相橋式全控整流電路的仿真結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析，并與常規(guī)

88、電路理論分析方法所得到的輸出電壓波形進(jìn)行比較，進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性。采用Matlab／Simu—link對(duì)三相橋式全控整流電路進(jìn)行仿真分析，避免了常規(guī)分析方法中繁瑣的繪圖和計(jì)算過(guò)程，得到了一種直觀、快捷分析整流電路的新方法。應(yīng)用Matlab／Simu—link進(jìn)行仿真，在仿真過(guò)程中可以靈活改變仿真參數(shù)，并且能直觀地觀察到仿真結(jié)果隨參數(shù)的變化情況[24]。</p><p>　　3.3直流斬波電路（Buck-

89、Boost變換器）研究</p><p>　　3.3.1電路原理圖</p><p>　　1）當(dāng)控制開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，直流電源經(jīng)VT給電感充電儲(chǔ)存能量，電感電壓上正下負(fù)，此時(shí)二極管被負(fù)載電壓（上正下負(fù)）和電感電壓反偏，流過(guò)VT的電流為i1，由于此時(shí)VD反偏截至，電容向負(fù)載提供能量并維持輸出電壓基本恒定，負(fù)載及電容上的電壓極性為上正下負(fù)，與電源極性相反。</p><p>　　2

90、）當(dāng)控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，電感極性變反（上負(fù)下正），VD反偏導(dǎo)通，電感中儲(chǔ)存的能量通過(guò)VD向負(fù)載和電容釋放，放電電流為i2，電容被充電儲(chǔ)能，負(fù)載也得到電感提供的能量，如圖3-23。</p><p><b>　　圖3-23</b></p><p><b>　　3.3.2仿真模型</b></p><p>　　根據(jù)原理圖用matlab

91、軟件畫出正確的仿真電路圖，如圖1-2。</p><p><b>　　圖1-2</b></p><p><b>　　3.3.3參數(shù)設(shè)置</b></p><p>　　仿真參數(shù)，算法（solver）ode15s，相對(duì)誤差（relativetolerance）1e-3，開(kāi)始時(shí)間0結(jié)束時(shí)間10，如圖3-24.</p>

92、<p><b>　　圖3-24</b></p><p>　　a.電源參數(shù)，電壓100v，如圖3-25。</p><p><b>　　圖3-25</b></p><p>　　b.晶閘管參數(shù)，如圖3-26。</p><p><b>　　圖3-26</b></p>

93、;<p>　　c電感參數(shù)，如圖3-27。</p><p><b>　　圖3-27</b></p><p>　　d.電阻參數(shù)，如圖3-28。</p><p><b>　　圖3-28</b></p><p>　　e.二極管參數(shù)設(shè)置，如圖3-29。</p><p>&

94、lt;b>　　圖3-29</b></p><p>　　f.電容參數(shù)設(shè)置，如圖3-30。</p><p><b>　　圖3-30</b></p><p>　　3.3.4仿真波形分析</p><p>　　設(shè)置觸發(fā)脈沖占空比α分別為40%、80%。與其產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如圖3-31圖圖3-32。在波形圖中第一

95、列波為輸出電壓波形，第二列波為輸入電壓波形</p><p><b>　　圖3-31</b></p><p><b>　　圖3-32</b></p><p><b>　　3.3.5小結(jié)</b></p><p>　?。?）在升-降壓式直流斬波電路（Buck-Boost）中，電感和電

96、容值設(shè)置要稍微大一點(diǎn)。</p><p>　　（2）注意VT的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，電容的充放電規(guī)律和電感的作用。</p><p>　?。?）輸出電壓計(jì)算公式：U0=（D/1-D）E。</p><p>　　3.4單相交流調(diào)壓電路</p><p>　　3.4.1電路結(jié)構(gòu)和工作原理</p><p><b>　　1.工作原

97、理</b></p><p>　　圖3-33為純電阻負(fù)載的單相調(diào)壓電路。圖中晶閘管VT1和VT2反并聯(lián)連接與負(fù)載電阻R串聯(lián)接到交流電源U2上。當(dāng)電源電壓正半周開(kāi)始時(shí)出發(fā)VT1，負(fù)半周開(kāi)始時(shí)觸發(fā)VT2，形同一個(gè)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，允許頻繁操作，因?yàn)闊o(wú)電弧，壽命特長(zhǎng)。在交流電源的正半周時(shí)，觸發(fā)導(dǎo)通VT1，導(dǎo)通角為= ；在負(fù)半周+時(shí)，觸發(fā)導(dǎo)通VT2，導(dǎo)通角為= 。負(fù)載端電壓為下圖所示斜線波形。這時(shí)負(fù)載電壓U為正弦波的

98、一部分，寬度為（），若正負(fù)半周以同樣的移相角觸發(fā)VT1和VT2，則負(fù)載電壓U的寬度會(huì)發(fā)生變化，那么負(fù)載電壓有效值也將隨角而改變，從而實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓。</p><p>　　圖3-33 單相交流調(diào)壓純電阻負(fù)載原理圖及波形圖</p><p><b>　　2.參數(shù)表達(dá)式</b></p><p>　　晶閘管電流的平均值：</p><

99、p><b>　　負(fù)載兩端電壓：</b></p><p><b>　　流過(guò)負(fù)載的電流：</b></p><p>　　3.4.2 仿真模型</p><p>　　圖3-34為單相交流純電阻負(fù)載電路模型，圖中子系統(tǒng)模塊觸發(fā)脈沖1和觸發(fā)脈沖2分別是反并聯(lián)晶閘管模塊VT1、VT2的觸發(fā)脈沖電路。</p><p

100、>　　圖3-34 Simulink里建立的單相交流調(diào)壓電路仿真模型</p><p>　　3.4.3仿真結(jié)果與分析</p><p><b>　　1.仿真結(jié)果圖</b></p><p>　　圖3-35 =0度時(shí)，單相交流調(diào)壓電路的仿真波形</p><p>　　圖3-36 =30度時(shí)，單相交流調(diào)壓電路的仿真波形<

101、;/p><p>　　圖3-37 =60度時(shí)，單相交流調(diào)壓電路的仿真波形</p><p>　　圖3-38 =90度時(shí)，單相交流調(diào)壓電路的仿真波形</p><p>　　圖3-39 =150度時(shí)，單相交流調(diào)壓電路的仿真波形</p><p><b>　　仿真結(jié)果分析</b></p><p>　　上面圖3-35

102、到圖3-39給出了分別為0度、 30度， 60度，90度、150度時(shí)單相交流調(diào)壓電路的純電阻負(fù)載的電壓和電流的仿真波形。</p><p>　　當(dāng)晶閘管觸發(fā)控制角=0時(shí)，U=U2 ，負(fù)載兩端的電壓U和流過(guò)其電流的波形均為正弦波。當(dāng)>0時(shí)，U、的波形為非正弦波，控制角從0~150度范圍改變時(shí)，輸出電壓有效值U從U2下降到0，控制角對(duì)輸出電壓U的移相可控區(qū)域是0--150度。把角等于0度、 30度， 60度，90

103、度、150度分別代入下式:</p><p><b>　　可求得 : </b></p><p>　　觀察圖3-35----圖3-39的仿真波形，可得到隨著角增大，負(fù)載兩端電壓U的波形的曲線部分的寬度越來(lái)越窄，則其有效值將不斷減小。</p><p>　　由此可知，理論分析與仿真結(jié)果是一致的。</p><p><b&

104、gt;　　3.4.4小結(jié)</b></p><p>　　在Simulink 環(huán)境下利用電力系統(tǒng)模塊庫(kù)中的電力電子器件組建單相交流調(diào)壓純電阻電路，并對(duì)電路進(jìn)行相應(yīng)的理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)控制角的大小，單相交流調(diào)壓電路能夠得到很好的調(diào)壓結(jié)果[25]。</p><p><b>　　4 總結(jié)</b></p><p>　　

105、MATLAB仿真技術(shù)在這次電力電子電路仿真的設(shè)計(jì)中已經(jīng)很好的體現(xiàn)出了它在這個(gè)領(lǐng)域中的優(yōu)點(diǎn)，而且它已經(jīng)滲透到了工程技術(shù)及物理實(shí)驗(yàn)等各個(gè)領(lǐng)域。其新版本的仿真能力越來(lái)越強(qiáng)，現(xiàn)在只需在MATIAB下鍵入SIMULINK，然后打開(kāi)相應(yīng)的工具箱，即可找到相應(yīng)的信號(hào)源、連接線、元器件。利用MATLAB提供的豐富的資源和調(diào)試工具，就可在計(jì)算機(jī)上完成仿真實(shí)驗(yàn)，便于用戶實(shí)現(xiàn)仿真分析研究。</p><p>　　本文通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)得出來(lái)的

106、結(jié)果與理論分析的結(jié)果波形可以說(shuō)是基本一致，這更進(jìn)一步說(shuō)明了MATLAB在電力電子系統(tǒng)仿真研究中的實(shí)用性和有效性[26]。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 潘湘高, 《基于MATLAB的電力電子電路建模仿真方法的研究》. 《計(jì)算機(jī)仿真》 2003，20(5)：113 -114</p><p>　　2 賈周

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