三相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料

1、 7/7三相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料 實(shí)訓(xùn)報(bào)告 二級(jí)學(xué)院：自動(dòng)化學(xué)院 課程名稱：電力電子技術(shù) 設(shè)計(jì)題目：三相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)姓名： 學(xué)號(hào)： 設(shè)計(jì)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 目錄 1 電力電子仿真工具介紹 1.1 Matlab介紹 1.2 SIMULINK仿真工具簡介 2電力電子器件測(cè)試 2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2.2 實(shí)驗(yàn)原理 2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 2.4 計(jì)算機(jī)仿真測(cè)試過程 2.5 總結(jié)與心得 3 三相交流調(diào)壓電路 3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3.2實(shí)驗(yàn)原理 3.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 3.4計(jì)算機(jī)仿真過程及輸出結(jié)果 4總結(jié)及實(shí)訓(xùn)體會(huì) 5附錄 1電力電子仿真工具介紹 1.1 Matlab介紹 MATLAB是美國Mat

2、hWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，MATLAB 是Matrix Laboratory 的縮寫意為矩陣工廠（矩陣實(shí)驗(yàn)室）。于1984 年推出的一套科學(xué)計(jì)算軟件，分為總包和若干工具箱.具有強(qiáng)大的矩陣計(jì)算和數(shù)據(jù)可視化能力.一方面可以實(shí)現(xiàn)數(shù)值分析、優(yōu)化、統(tǒng)計(jì)、偏微分方程數(shù)值解、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、系統(tǒng)仿真等若干個(gè)領(lǐng)域的數(shù)學(xué)計(jì)算，另一方面可以實(shí)現(xiàn)二維、三維圖形繪制、三維場(chǎng)景創(chuàng)建和渲染、科學(xué)計(jì)算可視化、圖像處理、虛擬現(xiàn)實(shí)和地圖制作等圖形圖象方面的處理.同時(shí)，MATLAB 是一種解釋式語言. 簡單易學(xué)、代碼短小高效、計(jì)算功能強(qiáng)大

3、、圖形繪制和處理容易、可擴(kuò)展性強(qiáng).是主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、

4、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)，使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C+，JAVA的支持。 1.2 SIMULINK仿真工具簡介 Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序

5、，而只需要通過簡單直觀 的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。 simulinkMATLAB中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)

6、，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 Simulink是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。. 構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)

7、的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。它具有豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖能以設(shè)計(jì)功能的層次性來分割模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理。通過Model Explorer 導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號(hào)、參數(shù)、屬性，生成模型代碼。并提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成。使用Embedded MATLAB?模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB算法。使用定步長或變步長運(yùn)行仿真，根據(jù)仿真

8、模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)來決定以解釋性的方式運(yùn)行或以編譯C代碼的形式來運(yùn)行模型形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為可訪問MATLAB從而對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯(cuò)誤。 2電力電子器件測(cè)試 2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）掌握各種電力電子器件的工作特性。 （2）掌握各器件對(duì)觸發(fā)信號(hào)的要求。 2.2 實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)電路如圖所示： 新器件特性實(shí)驗(yàn)原理圖 將電力電子器件和負(fù)載電阻Rp串聯(lián)后接至直流電源的兩端，有實(shí)驗(yàn)裝置上的給定為新器件提供觸發(fā)信號(hào)

9、，使器件觸發(fā)導(dǎo)通。圖中電阻Rp用滑線變阻器，接成并聯(lián)形式，直流電壓和電流表可從電源控制屏上獲得，直流電源從電源控制屏的勵(lì)磁電源獲得。 2.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （1）可關(guān)斷晶閘管（GTO）特性實(shí)驗(yàn) （2）功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）特性實(shí)驗(yàn) （3）絕緣雙極性晶體管（IGBT）特性實(shí)驗(yàn) 2.4 計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn) 啟動(dòng)MATLAB軟件進(jìn)入SIMULINK后新建文檔，繪制GTO MOSFET IGBT 電路特性測(cè)試系統(tǒng)模型如下圖所示， 雙擊各模塊并設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，設(shè)置好各模塊參數(shù)后，單擊工具欄的?按鈕，得到如下圖 GTO IGBT SCR 由以上仿真圖可得各器件輸出數(shù)據(jù)如下各表： GTO輸出特性數(shù)據(jù)記錄 IGBT

10、輸出特性數(shù)據(jù)記錄 MOSFET輸出特性數(shù)據(jù)記錄 2.5 總結(jié)與心得 由上述仿真過程得到的輸出特性數(shù)據(jù)可得出各器件的輸出特性圖。 GTO的輸出特性 IGBT輸出特性 SCR輸出特性 這門實(shí)驗(yàn)課程的線路連接及線路實(shí)驗(yàn)原理并不復(fù)雜，最困難的是是完成試驗(yàn)線路連接以后所進(jìn)行的調(diào)試與操作，難以得出相關(guān)的正確的波形以及爭取的結(jié)果和參數(shù)。這是由于對(duì)實(shí)驗(yàn)的過程及原理理解的不深刻，對(duì)相關(guān)的知識(shí)掌握的不夠透徹，不能熟練應(yīng)用到實(shí)際操作以及應(yīng)用當(dāng)中。并且動(dòng)手能力不夠強(qiáng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程不熟悉，實(shí)驗(yàn)操作生疏，缺乏相關(guān)的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)際操作技巧，遇到實(shí)際操作中的問題難以獨(dú)立解決，如何下手。對(duì)操作過程中的錯(cuò)誤以及故障難以發(fā)現(xiàn)排

11、除。通過本次的實(shí)驗(yàn)課程，我還發(fā)現(xiàn)自己以前學(xué)習(xí)中所出現(xiàn)的一些薄弱環(huán)節(jié)，并為今后的學(xué)習(xí)指明了方向，同時(shí)也會(huì)為將來的工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。這次的實(shí)驗(yàn)課程為我們提供了一個(gè)很好的鍛煉機(jī)會(huì)，使我們及早了解一些相關(guān)知識(shí)以便以后運(yùn)用到實(shí)際中去。通過這次的實(shí)驗(yàn)課程，我知道只有通過刻苦的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的熟練掌握程度，在現(xiàn)實(shí)的中才會(huì)得心應(yīng)手，應(yīng)對(duì)自如?？傮w來說，經(jīng)過這次實(shí)驗(yàn)課程，我還從中學(xué)到了很多課本上所沒有提及的知識(shí)。我會(huì)把這此實(shí)驗(yàn)課程作為我人生的起點(diǎn)，在以后的工作學(xué)習(xí)中不斷要求自己，完善自己，讓自己做的更好。 3三相交流調(diào)壓電路 3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康? （1）了解三相交流調(diào)壓觸發(fā)電路的工作原理。 （2）加深理解三

12、相交流調(diào)壓電路的工作原理。 （3）了解三相交流調(diào)壓電路帶不同負(fù)載時(shí)的工作特性。 （4）掌握三相交流調(diào)壓電路MATLAB的仿真方法，會(huì)設(shè)置各模塊的參數(shù)。 3.2實(shí)驗(yàn)原理： 本實(shí)驗(yàn)的三相交流調(diào)壓器為三相三線制，由于沒有中線，每相電流必須從另一相構(gòu)成回路，因此電流流通路徑中有兩個(gè)晶閘管，所以交流調(diào)壓應(yīng)采用寬脈沖或雙窄脈沖進(jìn)行觸發(fā)。三相的觸發(fā)脈沖應(yīng)依次相差120，同一相的兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管觸發(fā)脈沖應(yīng)相差180。通過調(diào)節(jié)導(dǎo)通角的大小從而控制晶閘管的導(dǎo)通角大小，以控制輸出電壓有效值來調(diào)節(jié)輸出電壓。實(shí)驗(yàn)裝置中使用后沿固定，前沿可變的寬脈沖鏈實(shí)驗(yàn)電路如下圖3.2所示： 圖3.2 整流電壓平均值分兩種情況如下：

13、 （1）30時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，有 當(dāng)=0時(shí)，U。最大，U。=1.17U2 （2）30時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有 負(fù)載電流平均值為 晶閘管承受的最大反向電壓為： 由于晶閘管陰極與零線間的電壓即為整流輸出電壓U。，其最小值為零，而晶閘管陽極與零線間的最高電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，因此晶閘管陽極與陰極間的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值。 3.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （1）三相交流調(diào)壓器觸發(fā)電路的調(diào)試。 （2）三相交流調(diào)壓器電路帶電阻性負(fù)載。 （3）三相交流調(diào)壓電路帶電阻電感性負(fù)載 3.4計(jì)算機(jī)仿真過程及輸出結(jié)果 1.帶電阻性負(fù)載的仿真 啟動(dòng)MATLAB軟件進(jìn)入SIMULINK后新建

14、文檔，繪制三相交流調(diào)壓系統(tǒng)模型如圖： （1）交流電壓源的參數(shù)設(shè)置 設(shè)置交流峰值電壓為100V 頻率為50Hz。 （2）晶閘管的參數(shù)設(shè)置 Rn=0.001，Lon=OH，Vf=0.8，Rs=500，Cs=250e-9（250*10-9）F。（3）負(fù)載的參數(shù)設(shè)置 R=450，L=OH，C=inf。 （4）脈沖發(fā)生器模塊的參數(shù)設(shè)置 頻率設(shè)置為50Hz，脈沖寬度為2% 設(shè)置好各模塊參數(shù)后，單擊工具欄的?按鈕，得到如下圖 控制角0 控制角30 2.帶電阻電感性負(fù)載的仿真 啟動(dòng)MATLAB軟件進(jìn)入SIMULINK后新建文檔，繪制三相交流調(diào)壓系統(tǒng)模型如圖： 雙擊各模塊，再出現(xiàn)的對(duì)話框內(nèi)設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，各模塊參

15、數(shù)設(shè)置同上，但負(fù)載模塊的參數(shù)設(shè)置為：R=450，L=0.1H，C=inf設(shè)置好各模塊參數(shù)后， 單擊工具欄的?按鈕，得到如下圖 控制角為0 控制角為30 4總結(jié)及實(shí)訓(xùn)體會(huì) 隨著大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的發(fā)明和變流電路的進(jìn)步和發(fā)展，產(chǎn)生了利用這類器件和電路實(shí)現(xiàn)電能變換與控制的技術(shù)電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)橫跨電力、電子和控制三個(gè)領(lǐng)域，是現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)之一，是弱電子對(duì)強(qiáng)電力實(shí)現(xiàn)控制的橋梁和紐帶，已被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、交通、能源和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域，有著極其廣闊的應(yīng)用前景，成為電氣工程中的基礎(chǔ)電子技術(shù)。 這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到很多有關(guān)我們專業(yè)知識(shí)方面的知識(shí)，豐富了自己的知識(shí)點(diǎn)，使自己得到提升。

16、首先對(duì)電力電子器件的工作原理有了更深的體會(huì)，對(duì)晶閘管的導(dǎo)通特性和三相交流調(diào)壓電路中各晶閘管的導(dǎo)通順序有了很好的了解。同時(shí)對(duì)SIMULINK仿真有了新的認(rèn)識(shí)。SIMULINK提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量編寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰、仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)。SIMULINK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，通過對(duì)這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型，進(jìn)而進(jìn)行仿真與分析。 在電路進(jìn)行仿真的過程中，經(jīng)