Matlab电气仿真

1、题目：电气系统的计算机辅助设计姓名：学号：学院：轮机工程学院专业班级：电气工程及其自动化(4)班指导老师：郑忠玖王宁43/34设计任务（一）、实验目的:1、掌握Matlab/Simuliiik电气仿真的基木步骤；2、掌握Matlab/Simulink中SiniPowerSystems工具箱的基木建模方法；3、利用Matlab/Simuliiik在整流电路方而的仿真设计。二、实验原理:220V 50HZ交流电源经变压器降压，输出交流24V 50HZ是交 流电。经单相桥式整流电路加LC滤波电路后，由于电感和电容的 作用，输出电压和电流无法突变，使输出电压波形在一定的电压附 近形成正弦脉动。三、实验

2、内容：1、单相桥式整流（1）设计要求：a）单相桥式整流加LC滤波电路，电源为220V,50Hz；b）整流电路输入为24V；c）负载为10 Q阻性负载；d）滤波电感L=100mH,滤波电容C=200uF；（2）设计电路图:III111/-/、/-/、-/-/-/-II11111110.0050.1 0.0150.()20.0250.030.0350.40.C450.20单相桥式整潔MLC塗液电超岀浪阳412o18 6 O69OADiscre tu, Ts = 3e-05 S.VTLoc(3)rnVL、13仿真结果波形图:VT3lfVL就4ZJ.ibber capacitance Cs (F)li

3、nfI 5b3* xeagureietit portOK Csncvl | Belp（3）电路设计图:Cortmuouspaeorg（4）仿真结果波形图:：1111111111电EMWebrrw（5）仿真结果分析:由对理想开关的控制可知，在AO.ls时开关闭合给电感充电,电感初始储能为0,电压迅速上升，其电压变化率最大，随着充电 的进行，电感储能增加，电感中电压趋近U=12V。当电感充满电之 后，相当于短路，其两端电压为零，通过的电流最大。在放电过程 中，电感两端电压逐渐减小，后趋于稳定值0V。当电感放电过程中 电流变化很快，放完电之后通过的电流为零。负载两端的电压在电感充电和放电过程中分别呈

4、现先快速上升再缓 慢上升和先快速下降和缓慢下降的趋势最终趋于稳态分别为12V和 OVo2、二阶RLC直流激励下动态响应的研究（1）设计要求：a）自行设计电路，设计电路参数；b）自行选择所需显示的曲线，结果；c）根据仿真结果写出分析和结论；d）过阻尼情况（学号尾数为双数）（2）电路设计图t 12V1AA/VSOohmslOOmHl400UF1Disaeie,Ts=5e4l55poivsfsu0Multimeter1I itv!（3）仿真波形图：二阶RLC直誼gj下动态極的研究（过覷）輛电瀚出渋形二阶RLC/麵下动态辆的研究（过駝）骗电磺燧形二师LC直诰抽下却态袖的齋（过阻尼）电容电臨出波形二K1

5、RLC直25血下动态極的Bf究（过阻尼）电覷圧铀波形4 2 0 2 Mdero 0.W030.060.080.1 time0.120.140.16 0.180.25 0 5（4）仿真结果分析:由图可见，由于电路处于过阻尼状态，电感电压逐渐上升,无震荡，最终趋于稳态。二阶RLC交流激励下动态响应的研究(全体学生)(1) 设计要求：a) 自行设计电路，设计电路参数；b) 自行选择所需显示的曲线，结果；c) 根据仿真结果写出分析和结论；(2) 设计电路图：j3OohmsO_220V 50 H2【Continuouspowergui(3)仿真波形图:二;true交宸域芳嵐电寂Ne披胃1rrt4 Q10

6、uF（4）仿真结果分析：二阶RLC交流激励的动态响应电感两端电压，电流波形为正弦 波，其中，电流滞后于电压；电容两端电压为正弦波，而通过的电 流在起始时刻波动之后趋于稳定值为零。4、变压器（无饱和，采用线性变压器模型）的稳态 分析（1）设计要求：变压器（无饱和，采用线性变压器模型）的稳态分析：一台lOkVA, 60Hz, 380V/220V单相变压器，原、副边的漏阻抗分别为：Zp=0.14+j0.22 Q, Zs=O.O35+jO.O55 Q ；励磁阻抗：Zm=3O+j31OQ；负载阻抗：ZL=4+j5Q。要求：利用Simuliiik建立仿真模型，计算在高压侧施加额定电压时，a）分别计算原、副

7、边的电流的有效值；b）副边的负载上电压的有效值；（2）实验参数设置：变压器原，副变参数计算：原边：S（base） = lOkVA （base） = 380VZp（）=警亠 14.44Q_ Rp _ 014_ Xp _ o22P()_盂打_市推叭 zp(base) 14.44副边：S(bz)= lOkVA Vs(bz) = 220VZsT = 4.840(s(base)D_ 0.035 v_ X$ _ 0.055励磁支路:Xm时+府9700m2+V9700门97003 * 14.44n _ RcRc(p = 7pbase)v _ Xm _9700)=議打=31 * 14.44变压器及负载参数配置

8、:OK| CancelHelpApplyKeasuenents怙 Block Parameters: S80V/220VXLinear Transforncr (nask) (link)Irriplcncnts a three vmdincs linear traixrforjictrClick the Apply or the OK button after a change to the Units popup to confim the conversion of paraiteters ParaiTietersUnits puXommal power and frequency Pn(

9、VA) fn(Hz):| 10000 60 Wmdin? 1 paraiiGtors VI (Vrxs) Rl (pu) LI (pu):|380 0】/M4022/】444 Windinz 2 parajiGtors V2(Vrx3)R2(pu) L2(pu) 1:|22Q 0035/84 0 05”4 84 O Three vindings transfornerWinding 3 paraneters Y3(Vrx3)S3(pu) L3 (pu):;623 0.006 0.02Hasner izat ion r os is tone and induct sue e fin(pu) Ln

10、(pu):| 9700门3*144Q 9700/(31444)Meaxurenentx Viudme： currents Block Parameters! 4+j5XSeries RLC Branch (mask) (link)Iniplenents a series branch of F1C eLenents.Use the ? Branch type* parameter to add or renove elements fron the branchInductance (H):5/(l20pi) Set the initial inductor current（3）电路设计图及其

11、仿真结果:| Continuojs poYergjiCirrertVessirererrb.RMSRMSIs RMS()380v5HZS60V220VCirrsn:（4）仿真结果分析：变压器为380V/220V 10KVA60HZ理论计算原副边变比为1.727。 由于原、副边的漏阻抗分别为：Zp=0.14+j0.22Q,Zs=0.035+j0.055 Q,励磁阻抗Zm=30+j310Q,负载阻抗ZL=4+j5 Q ,所以实际变压 器存在铁耗和铜耗等使得实际变压器原副边变比为1.64左右，负载 两端的电压达不到期望值220Vo尽管电路图设计与变压器二次侧折算到一次侧的T形等效电路还是不同的，因此

12、在实际参数折算的时候要区分开；变压器参数配置时选择分数形式比小数形式更加准确；变压器负载 参数配置是要注意下图所示的电感初始电流的设置，如若勾选即将 电感初始电流设置为0则在变压器仿真运行时将会出现下图所示的 警告。H Block Parameters： 4+j5Series KLC Branch (ivask) Clink)Ixplexents a series branch of KbC eleaentsUse the * Branch type* paraatrtec to add or renove element f roa the branch.Q Initial stare co

13、nflict-XParanotorsBranch type. RLResistance (Ohux):Inductance (H) 丽2i如 Set the initial inductor enrtentMeasurements Branch volt aceTheirelxla nfid cuirertyou have specified in the Idbv/ngbbck uil te gnoied 切 SimPoxeiSystemt:IL辆ThemJxIa orient ol this block k ml 招ecled 奶imRowei$wlans 於 anindepenJEnkl

14、ateYaicbleUse the Infel Sles Sellrig Icolol Powetgu blrcktosee wHch iniictMCUTnl$ 闪 uc田讹 ial 诫OE | Cancel Kelp设计任务（三）、实验目的:1、掌握Matlab/Simulink中SiniPowerSystems工具箱的基木建模 方法；2、掌握Matlab/Simulink电气仿真的基本步骤；3、利用Matlab/Simulink在整流、逆变、斩波等电力电子技术方 面的仿真设计；二、实验原理1、三相桥式整流电路，晶闸管导通顺序为VT1VT6,VT1VT2,VT2 VT3 ,VT3 VT4,

15、VT4VT5,VT5 VT6。带阻感性负载 时，若电感足够大，则负载电流不断续。负载输出波形随着触发角 的变化而变化。2、三相PWM逆变电路，将直流电逆变为交流电。电压型逆变电 路，直流侧为直流电压源，或并联大电容相当于电压源。由于直流 电源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗 角无关，输出电流波形和相位因负载情况的不同而不同。3、buck降压电路，是一个DC-DC变换器或者称为斩波电路，将直 流电变为可调电压的直流电。通过Pulse Generator对开关器件的控 制，实现直流直流降压的作用，并且通过调整占空比可以改变输岀 电压平均值。4、boost升压电路，是一个DC-

16、DC变换器或者称为斩波电路，将直 流电变为可调电压的直流电。通过Pulse Generator对开关器件的控 制，实现直流直流升压的作用，并且通过调整占空比可以改变输出 电压平均值。三、实验内容1、三相桥式整流电路（晶闸管）分析（1）设计要求：己知：3 个交流电源，U = 220 +（学号%10）X10V, 50Hz：串联负载分别为：R=lc, L= lniH：要求：利用Simuliiik建立仿真模型，观察：（a）各个晶闸管的电压；（b）负载上的电流、电压。模型和曲线要有标注；（2）电路设计图：5tren*=rTlVdtage Mfl=Lfems*t130k.4cccrroj 电陰sU.deg

17、ABBC Jfees C-%DtlC Diode 7fd(V) T?T Keasureinents根据实验要求中的设计提示对电路各器件参数进行设置，如上图所 示：a）两个直流电压源串联，中间接地；（每个电压源根据学号设为110V）b）整流桥的桥臂数选3, ABC为输出；c）PWM 发生器位于 Extra Libraiy 的 Discrete Control Blocks,载波频率取输出频率的20倍；d）需要Powergui模块；其中PWM发生器载波频率为1000HZ,调制比为0.4,负载输出频率为50HZ；三相桥桥臂为3,电力电子器件选IGBT,其他参数默认；（4）仿真波形图:200Ubl:

18、T hree-Phase Series RLC Branchn-:LI|X凹ILNL1-iMU1 IIIIILJ Illi,11:-Ji ij mi nil limnIIIllllllllIlli Ub2： Three-Phase Senes RLC Branch獅 r:11tl ulIII1II IIH111L AJ I llm llllllllJ J曲:III III II IIIrrf920.25II IIIfftfill Ir.311i 0.35in.0.4Ub3： Three-Phase Series RLC BranchvlimeIb3： Three-Phase Series RL

19、C Branch（5）仿真结果分析：如图为电压型逆变电路，直流侧为直流电压源，交流侧输出电 压波形为方波，电流波形由负载的阻抗角决定。三相负载每一相上 的输出波形相位互差120。o此时为双向PWM波逆变电路，由面积 等效原理把调制好的PWM波变为近似交流信号。理论上电感越大 效果越好。PWM发生器当选择模式是调制信号内部产生时，无需连接输入端 子Sigiial（s）,该模式下可以通过改变Modulation index （调制比）来 改变输出信号的幅值，改变Frequency of output voltage来改变输出 电压的频率，改变Phase of output voltage来改变输出

20、电压的初始相 位。3、buck降压电路分析（1）设计要求：己知：直流电压源电压U =100+（学号10） X 5V；负载为：Rl = 50Q；滤波电容C=0.3mF；要求：利用Simuliiik建立仿真模型，观察：a）IGBT的电流、电压；b）负载上的电流、电压；模型和曲线要有标注。(2)设计电路图：(3) 实验参数设置：根据实验要求中的设计提示对电路中脉冲发生器的参数进行设置,如下图所示：周期取0.0001s,脉冲宽度取60%oMod& tep with Q a modePval* typoTxme b2edTin COUse siulation tineAmplxludc.Perxod (

21、sees):|o.le-3Pulse Width ply（4）仿真波形图:UbdOQohms1WE4to20lb：iooohms251.50.50.10.20.30.40.50.50.70J0Juti Source Block Parameters: Pulse GeneratorendPule type deternines the coput.aional technique*Time-bared roconended for uce wit-h a variable 9olvor vhxle Sortp1obdad 19 rocoMAondcd tor ue fixd *olwr or

22、wit.hin a dicret port.ion o usiiis a variable s-tep solverParfrwctfU. 0负载的电压、电流:buck降压电路IGBT电压，电流波形:IGBT currents3.532.521.510.50.1020.3(M0.5X0.7040.5（4）仿真结果分析:由理论计算得PWM波占空比为60%,直流侧电压为110V,则输出电压应为0.6X110V=66Vo通常，串联的电感越大，负载电流连 续且脉动越小。4、boost升压电路分析（1）设计要求：己知：直流电压源电压U=100+（学号%10） X5V；负载为：& = 100Q；滤波电容C

23、=0.3mF；要求：利用Simiilink建立仿真模型，观察：a）IGBT的电流、电压；b）负载上的电流、电压；模型和曲线要有标注。（2）设计电路图:powerguiDiccrotoi, s = 5e-07lOOmH-=F-110vIGBTiriizSzr-Diode0.3mFlooohmsMpPulseGenerstor1II1 v IGBT curront1 1r Multim uturf Ub: lOOohms1 1ib. i &Scope 1（3）参数设置：周期取0.0001s,脉冲宽度取60%。Source Block Parameters： Pulse GeneratorendPu

24、lse type determines the coiiputational Techniqueused.line-based is recoirinended for solves, while Sple-baeed is fixed step 3oLvcr or vithm o using z variable step solveruse vixh a variable re contended for use discrete portion ofstep with a a nodePacanetersPulse type lute basedTine (t) Use siaulati

25、on tineAnplitudc:Pctriod (secs):|0 le-MPuLxe Width (ft erf period)Phase dely (secs):o-巨 Interpret veertor parajieterx ar 1DCancelHeLpAppLy（4）仿真波形图:负载的电压、电流:Ub：1Mohmsboost降压电路IGBT电压，电流波形:Mr-adua hoixxd xatox,ojdwblc jQHrrcl caccJ modeled in a selectable di reference frac (rotor, stxtw. ox swhiowur).

26、Stxtcx gd xotoi vioihixc； ixe ccoixected in ye to an iriterr.il neutral point.5fi汉劝伽PatasVHg Advanced load FlwrIToiinal rwer.诚t缈 lliw$-line). ard 仃舛枷刃 I PnlW.7nl7r3l.fn(ft:) 13273. M 50 1Stator re7i5tMiee xrd irhictxnM( Rs (do) Us(H) )L(6 0.1W58g)Lots :esita:e ind mdictaice Kf hhH Lk E .UJJ6 0.0059刼

27、必1 indxtsfice Li yrMrwwiz Ioine 局P (lirIipleifTits a three-fhare ,和曲曲如 stchme (rtnrd rotor, squirrel c吃e le wit 11 cwlin a也 tefetic6 住丄 lrotwstawr. ot fynchiwjs) Stator md rotor vindines arc cmccwd in vye to so mtecasl aeutxil pointkaHrrcittrt stjat Use sipiil nuts to idwitify las liheliPlat Snulite

28、 satuiatira代 | 0elOX | CqJ Help（4）仿真结果图:100rpm2W0 iworntcmr I)（5）仿真结果分析：鼠笼式异步电机起动，如图定子和转子电流应为交流电，随着转 速趋于额定值，定子和转子电流幅值不断减小，最终趋于稳定。异 步电机转速不断增加，最终趋于额定转速15OOT/mim电磁转矩最终 趋于输出机械转矩10.42o2、绕线式异步电机转子串电阻起动的研究：（1）设计要求：己知：三相交流电压源（线电压取值：学号单号为220V,双号为380V）,频 率（单号：60Hz双号为50Hz）o电动机机械转矩T=1O+ （学号%100) /lOONnio串联电阻R =

29、 3Q。利用Simuliiik建立仿真模型，对比未串联和串联电阻起动效果，观察：a) A相转子电流Ira;b) A相定子电流Isa;c) 转数(rpm);d) 电磁转矩;模型和曲线要有标注。(2)设计电路图：ContinuousVol【aQ SourceAiynodronoxSlUnki3ohme2(3) 实验参数设置：绕线式电机参数配置如下A Block Pjemtce： Asfidirorojs MMire 9 Units:AsyrhxofrMS laehine (arit) (link)iBplevut; a thxee-phise Mynchxcatuj Addune (touDd i

30、otox? rqxxEcel cae qi dwble gQiitrel ca：el iccfeled in a sbcUble refeiwoB fraw I rotor statflx, oz syncfaiowis). Statox lad zotox .indui班 axe camertfld 口 wye to an intenl nTal poirit.CcoficuixticQ ParaMttete W*/and LoS FlwPreset todel.Jb比chanicd】 injravTorqae TiRotor type.Twnd&310：ttv；8 fxaie.Rotorl

31、eareBm oatit Uzc 3icrl tkr to identify to ljfcclsjh Bbck Paranwn： A缈duonous FAjdihr SI Un场ftmchranws Rich ne (iwfc) (hik)Iiple?nt5 a thrre-fhixe irmchtcnuxs xchine (wcond rotor, rquirrel cage di dwible 3wirl wcielei in a elwteble 血ftaie mot?titorz or Tjnehronais). Stator xnd rotor vindinp are ecaner

32、ted in 吓 to an血叹ul p)xmCnfiuxitiCQ Para!ters id/aowd Load FlciwY Paf/2),VhIViju)fDU)327? QD 50Static【辭 131工 沏1 indxta:e| Elohil LlelHl ).1.4D5 C.OQ5B39) Rotor i负血力 tfji indiar I 賦 oW Llt? H) 1也05 0.005妙巾加1 indmare (j Iffl-0.1722Inertia friction fittor. pole pairs ( J(kf.B*2) FOT.vs) pO )RM (L0218T 2

33、1Initial conditianx iTd o o dTd)算 | Cttwcl Hcpo*l CfMelBslp，I, Siivlate 名泅血伽Plot通过改变断路器一一breaker的初始状态和开关动作时刻来模拟绕线式异步电机转子未串电阻起动和转子串电阻起动。转子未串电阻起动:转子串电阻起动: Block Parameters: BreakerXBrewer (xask) (1 谥)Inpl exent s a circui t breaker. Vhtri the ertemal switching tirie option is selected, a Sinulni logical signal is ucd to contiol the breaker opeiatioiuParaneters