MATLAB仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)實踐教學中的應(yīng)用

1、第15卷第1期2002年3月出版大學物理實驗PHYSICALEXPERIMENTOFCOLLEGEVol.15No.1Mar.2002文章編號:1007-2934(2002)01-0041-03MATLAB仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)實踐教學中的應(yīng)用(西北二民院,銀川,750021)(寧夏大學,銀川,750021)虎恩典杜全忠摘要:本文以單相半波及三相橋式全波可控整流電路為例,敘述了MATLAB仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)實踐教學中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:仿真;元器件;電力電子技術(shù)中圖分類號:O313131MA仿真技術(shù)已滲透到工程技術(shù)及物理實驗等各個領(lǐng)域,其新版本的仿真能力越來越強,尤其MATLAB513版本之后

2、出現(xiàn)的元器件仿真能力使得原來一定要用實實在在的功率器件來搭接的實驗線路,現(xiàn)在只需在MATLABWINDOUSCOMMAND下,鍵入SIMULINK,然后打開相應(yīng)的工具箱,即可找到相應(yīng)的信號源、連接線、元器件。用戶只需將元器件及電源按原理電路要求搭接,并按要求設(shè)置所需參數(shù),則一個可在計算機上進行仿真實驗的系統(tǒng)已經(jīng)完成,它幾乎不需任何投資,亦沒有實際中燒毀元器件及危及人身安全的危險,真可謂是一種理想的實踐教學軟件。電力電子技術(shù)是一門實踐性很強的應(yīng)用技術(shù),教學中有大量的波形分析內(nèi)容,不可避免地需要大量掛圖,畫出變流過程的電壓、電流波形圖,而只靠圖形來說明缺乏真實性,如果能結(jié)合實驗演示,從示波器上觀察

3、整流后的電壓、電流波形對教學內(nèi)容的深入理解其作用是顯而易見的。而做電力電子實驗所涉及的都是功率器件,又要三相電源及示波器等,費用高、費時、且危險性大,能用模擬元件代替實際元件在計算機上進行仿真是本課程夢寐以求的愿望,而MATLAB的仿真技術(shù)恰好迎合了這種需要,下面將結(jié)合單相半波(見圖1)、三相橋式整流電路(見圖2)對使用該軟件給以說明,首先說明元器件的選擇。2元器件選擇2.1下面談一下根據(jù)連接要求進行元器件的選擇元器件的選擇先要分清單端器件與雙端器件。首先談一下單端元器件,比如象圖中的信號源如pulsegenerator,constant只有一個輸出,而不象實際信號源一樣還需地信號;又如gai

4、n(增益),scope(示波器)也屬此類元件,它們的選用與連接也有類似的性質(zhì)。收稿日期:2001-08-2941圖1single-phasehalf-wavecontrolledrectifier這一點象控制理論中的信號源、傳遞函數(shù)方框、輸出端的特點和性質(zhì)。另一類元器件屬于雙端器件,其選擇和連接與實際電路元器件基本一樣,如圖中的電源AC有正負極輸出,負載RL有輸入電流端、輸出電流端,二極管(Diode)、可控硅(Thyristor)都要有電流從正(陽)極輸入,負(陰)極輸出,總之要形成電流的通路。這類元器件連接時還要注意箭頭所指的方向與連接線的方向是否一致,否則會造成看似接通,而實際并未接通的

5、現(xiàn)象,信號匯交點與分離點應(yīng)選用專用的連接元件(參看圖1、圖2)。另外,還有一類元件是多個元件的一種組合或稱子系統(tǒng)(subsystem),這類元件的各輸入、輸出端子性質(zhì)可能不同(如圖1中子系統(tǒng)的輸入端1、2性質(zhì)不同,而圖2中的子系統(tǒng)輸入、輸出性質(zhì)不同),使用(或連接)時一定要給予注意。關(guān)于圖中出現(xiàn)的電流、電壓檢測元件其輸出端都已成為單端信號,直接可接示波器。2.2元器件參數(shù)的選擇選擇元器件參數(shù)時應(yīng)考慮各參數(shù)之間互相匹配,比如頻率、電壓等級要一致,選擇二極管、晶閘管時應(yīng)注意各參數(shù)的大致范圍,適當?shù)卣{(diào)節(jié)各參數(shù)的數(shù)值可使輸出波形完整、光滑而沒有毛刺,其基本數(shù)值可參考庫中的原始值,或手冊中給出的數(shù)值。電

6、阻、電感、電容元件的選擇一般是從元件庫中調(diào)出RLC的串聯(lián)可并聯(lián)電路,對于不需要的元件只要在4參數(shù)設(shè)置對話框中使該參數(shù)為零(R、L取零、C取無窮大)即可。圖2Three-phasefull-bridgecontrolledthyristorrectifier3仿真仿真過程非常簡單,打開待仿真的文件,點擊上方的Start/Pause起動鍵,仿真過程開始。為了得到不同控制角時的電壓、電流波形可在圖1中調(diào)節(jié)脈沖(Pulse)的寬度,圖視為=30°圖2可通過調(diào)節(jié)輸入常數(shù)(Constant)來調(diào)節(jié)角,圖視角在0°30°之間(約15°)。在這里Io、Vo、Vd分別為單

7、相半波電路仿真后的輸出電流、電壓及晶閘管上的電壓波形;Va、Ia分別為三相橋式整流電路仿真后的輸出電壓、電流波形。4結(jié)論通過以上敘述可以看出使用MATLAB軟件包對電力電子線路進行仿真,方便、簡單,調(diào)節(jié)容易,可視性好,既不擔心元器件損壞,也沒有任何危險,學生完全可以在無人指導(dǎo)的情況下、在計算機上自行完成電力電子線路仿真實驗。在此基礎(chǔ)上,再進行適當?shù)恼鎸嵭詫嶒?則會收到絕佳的實驗效果。(下轉(zhuǎn)45頁)4箕底面滾動拋出落入盒A內(nèi)的各條形槽內(nèi)。小球在簸箕內(nèi)滾動時與其底面的凸出障礙物相撞就模擬了分子間的相互碰撞,使大量小球的速率分布與分子的速率分布規(guī)律相同。速率較大的小球拋落在相對簸箕較遠的條形槽內(nèi),速

8、率較小的小球拋落在較近的槽內(nèi)。將玻璃板蓋在盒A上,使盒A內(nèi)條形槽的縱向沿鉛錘方向?qū)⒑蠥立置就會透過玻璃板清晰看到各條形槽內(nèi)小球堆積的高低分布形成麥克斯韋分布規(guī)律。如果擔心傾倒小球時小球會落在盒A之外,可以用一個更大的紙盒把A裝在內(nèi)以免小球丟失。這種教具的盒A是扁形的因而體積較小且輕便,攜帶方便。參考文獻1李椿等1熱學11978DEMONSTRATOROFTHEMAXWELLSun)Abstractakindofdemonstrator,whichcandemonstratetheMaxwellsvelocitydistribu2tionanditsimple,easilymadeandport

9、abletocarry.Keywords:demonstrator;Maxwellsvelocitydistribution(上接43頁)參考文獻1歐陽黎明編著1MATLAB控制系統(tǒng)設(shè)計1國防工業(yè)出版社,2001年1月2范影樂、楊勝天、李軼編著1MATLAB仿真應(yīng)用詳解1人民郵電出版社,2001年7月3王兆安、黃俊主編1電力電子技術(shù)1機械工業(yè)出版社,2000年5月APPLICATIONOFMATLABSIMULATIONTECHNOLOGYINPRACTICALTEACHINGOFPOWERELECTRONICTECHNOLOGYHuEndian(TheSecondNorthWestMinerityNationalityCollegeYinChuan750021)DuQuanzhong(NingXiaUniversityYinChuan750021)Abstract:ThearticletakestheexampleofSingle-PhaseHalf-WaveControlledRectifierandThree-PhaseFull-BridgeControlledRectifie