实验报告-电力电子课程设计:电力电子课程设计报告

电力电子技术课程设计 实验指导书 目 录 实验一 晶闸管仿真实验 3 实验二 单相桥式全控整流电路仿真实验 9 实验三 三相桥式全控整流电路仿真实验 14 实验四 Buck-Boost降压-升压斩波电路仿真实验 19 实验五 电压型三相SPWM逆变器电路仿真实验 23 实验一 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。

理解晶闸管的特性。

实验设备：MATLAB/Simulink/PSB 实验原理 晶闸管测试电路如图1-1所示。u2为电源电压，ud为负载电压，id为负载电流，uVT为晶闸管阳极与阴极间电压。

图1-1 晶闸管测试电路 实验内容 启动Matlab，建立如图1-2所示的晶闸管测试电路结构模型图。

图1-2 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1-3、1-4、1-5所示。

图1-3 交流电压源模块参数 图1-4 晶闸管模块参数 图1-5 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7.2º），初始相位（即控制角）设置为0.0025s（即45º）。

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1-1所示。

表1-1 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 R 0 inf R inf 0 单个电感 0 L inf inf L 0 单个电容 0 0 C inf inf C 在本系统模型中，双击Series RLC Branch模块，设置参数如图1-6所示。

图1-6 负载模块参数 系统仿真参数设置如图1-7所示。

图1-7 系统仿真参数 运行仿真模型系统即可得到控制角为45º时，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1-8所示。

图1-8 控制角为45º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0º时的仿真波形，如图1-9和1-10所示。

图1-9 脉冲发生器模块参数 图1-10 控制角为0º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=1Ω，L=0.01H，电容为inf，即为阻感性负载，如图1-11所示。当控制角设置为45º时的仿真波形如图1-12所示。

图1-11 负载模块参数 图1-12 控制角为45º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135º时的仿真波形，如图1-13所示。

图1-13 控制角为135º时的仿真波形（带阻感性负载） 实验二 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/Simulink/PSB 实验原理 单相桥式全控整流电路如图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 单相桥式全控整流电路 实验内容 启动Matlab，建立如图2-2所示的单相桥式全控整流电路结构模型图。

图2-2 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2-3、2-4、2-5、2-6所示。

图2-3 交流电压源模块参数 图2-4 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7.2º，初始相位（即控制角）为60º。

图2-5 脉冲发生器2模块参数 脉冲发生器2的幅值也设置为2V，周期也为0.02s，脉冲宽度也为7.2º，初始相位设置为240º。脉冲发生器1和脉冲发生器2的初始相位相差180º，但两者的控制角都是60º。

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60º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2-8所示。

图2-8 控制角为60º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120º，即将脉冲发生器1的初始相位设置为120º（0.02/3s），将脉冲发生器2的初始相位设置为300º（0.05/3s），此时的仿真波形如图2-9所示。

图2-9 控制角为120º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=10Ω，L=0.04H，电容为inf，即为阻感性负载，当晶闸管控制角取为90º时的仿真波形如图2-10所示。此时脉冲发生器1的初始相位设置为90º（0.005s），将脉冲发生器2的初始相位设置为270º（0.015s）。

图2-10 控制角为90º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120º，即将脉冲发生器1的初始相位设置为120º（0.02/3s），将脉冲发生器2的初始相位设置为300º（0.05/3s），此时的仿真波形如图2-11所示。

图2-11 控制角为120º时的仿真波形（带阻感性负载） 实验总结 1、总结单相桥式全控整流电路的控制规律。

实验三 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3-1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3-1 三相桥式全控整流电路 实验内容 启动Matlab，建立如图3-2所示的三相桥式全控整流电路结构模型图。

图3-2 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3-3、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8、3-9所示。

图3-3 交流电压源Va模块参数 图3-4 交流电压源Vb模块参数 图3-5 交流电压源Vc模块参数 图3-6 同步脉冲发生器模块参数 图3-7 触发脉冲控制角常数设置 图3-8 触发脉冲封锁常数设置 图3-9 负载模块参数 系统仿真参数设置如图3-10所示。

图3-10 系统仿真参数 运行仿真模型系统即可得到控制角为30º时，电源电压、触发信号、负载电流、负载电压的仿真波形，如图3-11所示。

图3-11 控制角为30º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60º，即将触发脉冲控制角常数设置为60，此时的仿真波形如图3-12所示。

图3-12 控制角为60º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=10Ω，L=0.04H，电容为inf，即为阻感性负载，当晶闸管控制角取为45º（将触发脉冲控制角常数设置为45）时的仿真波形如图3-13所示。

图3-13 控制角为45º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0º，即将触发脉冲控制角常数设置为0，此时的仿真波形如图3-14所示。

图3-14 控制角为0º时的仿真波形（带阻感性负载） 实验总结 1、总结三相桥式全控整流电路的控制规律。

实验四 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4-1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4-1 Buck-Boost降压-升压斩波电路 实验内容 启动Matlab，建立如图4-2所示的Buck-Boost降压-升压斩波电路结构模型图。

图4-2 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4-3、4-4、4-5、4-6、4-7所示。

图4-3 直流电压源模块参数 图4-4 脉冲发生器模块参数 图4-5 电感模块参数 图4-6 电容模块参数 图4-7 负载模块参数 系统仿真参数设置如图4-8所示。

图4-8 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4-9所示。

图4-9 Buck-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4-10所示。

图4-10 触发脉冲宽度为20%时的仿真波形 实验总结 1、总结Buck-Boost降压-升压斩波电路的工作原理。

实验五 电压型三相SPWM逆变器电路仿真实验 实验目的 掌握电压型三相SPWM逆变器电路仿真模型的建立及模块参数和仿真参数的设置。

理解电压型三相SPWM逆变器电路的工作原理及仿真波形。

实验设备：MATLAB/Simulink/PSB 实验原理 电压型三相SPWM逆变器电路如图7-1所示。

图7-1 电压型三相SPWM逆变器电路 实验内容 启动Matlab，建立如图7-2所示的电压型三相SPWM逆变器电路结构模型图。

图7-2 电压型三相SPWM逆变器电路模型 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、7-7、7-8所示。

图7-3 直流电压源模块参数 图7-4 通用桥模块参数 图7-5 PWM发生器模块参数 图7-6 负载Ra模块参数 图7-7 负载Rb模块参数 图7-8 负载Rc模块参数 系统仿真参数设置如图7-9所示。

图7-9 系统仿真参数 运行仿真模型系统即可得到输出端三相交流电流、输出端交流电压uab、输出端交流电压ubc、输出端交流电压uca的仿真波形，如图7-10所示。

图7-10 电压型三相SPWM逆变器电路仿真波形（输出频率为50Hz） 在PWM发生器模块中，将逆变桥输出电压频率设置为200Hz，此时的仿真波形如图7-11所示。

图7-11 电压型三相SPWM逆变器电路仿真波形（输出频率为200Hz） 改变PWM发生器模块的输出电压频率参数，即可得到不同工作情况下的仿真波形。例如将逆变桥输出电压频率设置为25Hz，此时的仿真波形如图7-12所示。

图7-12 电压型三相SPWM逆变器电路仿真波形（输出频率为25Hz） 又例如将逆变桥输出电压频率设置为10Hz，此时的仿真波形如图7-13所示。

图7-13 电压型三相SPWM逆变器电路仿真波形（输出频率为10Hz） 实验总结 1、总结电压型三相SPWM逆变器的工作原理。