电力电子实验

1、电 力 电 子 学实验报告册 姓 名： 班 级： 学 号： 指导教师：实验一内容：见实验材料重点：三相桥式整流电路的建模与仿真、参数设置与调节难点：三相桥式整流电路的工作原理、六路脉冲波出现的顺序、触发角相位与输出电压的关系实验一 三相桥式全控整流一 实验目的1. 加深理解三相桥式全控整流电路的工作原理2. 掌握三相桥式全控整流电路的仿真方法，会设置各模块的参数3. 掌握触发角与输出电压的关系二 实验原理三相桥式全控整流电路工作原理：图1 电路原理图1带电阻负载时的工作情况当a60°时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续。 波形图： 由上到下依次为：三相

2、电压波形、输出直流电压波形、晶闸管电流波形、晶闸管电压波形（下同）当a>60°时，ud波形每60°中有一段为零，ud波形不能出现负值波形图： ：带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120°。a60°整流电压平均值为：（1-1）a>60°整流电压平均值为： （1-2）2 对触发脉冲的要求：（1）按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60°。（2）共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120°，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120°。同一相的上下两个桥臂，

3、即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180°。（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发；一种是双脉冲触发（常用） (5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。三 实验内容1. 三相桥式全控整流电路2. 在整流状态下，改变触发角，分析触发角与输出电压的关系四 实验步骤1. 实验模型搭建在simulink中新建模型文件如图：图2 三相桥式整流仿真模型图2. 参数设置1）三相交流电压设置线电压峰值380V，频率50Hz；负载

4、参数设置：R=452）通用桥模块设置如图3，注意下方的测量部分应该选择“测量所有电流与电压（all voltages and currents），方便通过万用表模块测量晶闸管电流与电压 图3 通用桥参数设置 图4 六脉冲发生器参数设置3）脉冲发生器参数设置如图4，为宽脉冲触发4）万用表模块选择测量晶闸管VT1的电压与电流，如图5所示：图5 万用表模块参数设置3. 改变触发角，得到触发角与输出直流电压的关系，设定仿真时间为0.08s。分别设定a=0°，保存两示波器的输出波形为“alpha0_1.jpg”、“ alpha0_2.jpg”，记录输出电压平均值； 设定a=30°，保

5、存两示波器的输出波形为“alpha30_1.jpg”、“ alpha30_2.jpg”，记录输出电压平均值；设定a=60°，保存两示波器的输出波形为“alpha60_1.jpg”、“ alpha60_2.jpg”，记录输出电压平均值；设定a=90°，保存两示波器的输出波形为“alpha90_1.jpg”、“ alpha90_2.jpg”，记录输出电压平均值。五 实验结论与分析（1） 将不同触发角对应的输出波形图粘贴在下方；（2） a=0a=30a=60a=90（2）将不同触发器得到的输出电压平均值的测量值与式（1-1）和（1-2）所计算的电压平均值比较，验证仿真结论的正确性

6、；实验二内容：见实验材料重点：两种直流斩波电路的建模与仿真、参数设置与调节难点：MATLAB/Simulink中电力系统工具箱的应用，两种直流斩波电路的工作原理实验二 直流斩波电路的性能研究一 实验目的（1） 熟悉直流斩波电路的工作原理（2） 熟悉Buck电路与Boost电路的组成和工作特点二 实验原理1. 直流降压斩波电路的工作原理（Buck电路）Buck电路产生低于直流输入电压Ud的平均输出电压Uo。图1 Buck电路结构工作原理· t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压Uo=E，负载电流io按指数曲线上升。· t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压u

7、o近似为零，负载电流呈指数曲线下降。· 通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。数量关系 电流连续： 负载电压平均值： 负载电流平均值：图2 Buck电路波形图2. 直流升压斩波电路的工作原理（Boost电路）Boost电路产生高于直流输入电压Ud的平均输出电压Uo。图3 Boost电路结构图工作原理· 假设L和C值很大。· V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。· V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。图4 Boost电路波形图数量关系： · 输出电流的平均值Io为：

8、 三 实验内容两种直流斩波电路的设计与测试四 试验步骤1. Buck电路的仿真（1）启动matlab，进入simulink后新建文档，绘制Buck电路如图5所示；（2）双击各模块设置参数。电压源参数：100V；电阻、电容参数设置：C=1µF，L=100mH，R=1；脉冲发生器模块（Pulse）：振幅设置1V，周期0.001s，脉冲宽度50%；（3）设置好参数后仿真，仿真时间2s，观察输出电压并保存示波器波形图，保存为jpeg格式，命名为“Buck50.JPG”；图5 Buck电路仿真模型图仿真图形如下：（4） 在步骤（2）的基础上修改脉冲模块的宽度，将50%改为80%，观察输出电压幅

9、值并保存输出波形，命名为“Buck80.JPG”；（5） 在步骤（2）的基础上修改脉冲模块的频率，将周期0.001s修改了0.01s，观察保存输出波形，命名为“Buck_Pluse.jpg”；（6） 在步骤（2）的基础上修改电感，将100mH修改为10mH，观察负载电流并保存输出波形,命名为“Buck_Inductor.jpg”。2. Boost电路的仿真（1）启动matlab，进入simulink后新建文档，绘制Boost电路如图6所示；（2）双击各模块设置参数。电压源参数：100V；电阻、电容参数设置：C=0.7mF，L=100mH，R=10；脉冲发生器模块（Pulse）：振幅设置1V，周

10、期0.002s，脉冲宽度20%；（3）设置好参数后仿真，仿真时间2s，观察并保存示波器波形图,命名为“Boost20.jpg”；图6 Boost电路仿真模型图（4） 在步骤（2）的基础上修改脉冲模块的宽度，将20%改为50%，观察输出电压幅值并保存输出波形,命名为“Boost50.jpg”；（5） 在步骤（2）的基础上修改脉冲模块的频率，将周期0.001s修改了0.01s，观察输出波形并保存输出波形,命名为“Boost_Pluse.jpg”；（6） 在步骤（2）的基础上修改电感，将100mH修改为10mH，观察输出电压并保存输出波形,命名为“Boost_Inductor.jpg”。3. 试验台

11、验证五 试验结论与分析1. 分析两种斩波电路占空比与输出电压幅值的关系（1）Buck电路A，将“Buck50.jpg”、“Buck80.jpg”的波形粘贴在下方，描述各波形参数的含义，分析电感电压与电源电压的关系。B. 通过导通比计算实验步骤1的（3）和（4）中输出电压的理想值，与仿真的显示值比较，验证仿真结果的正确性。C. 将“Buck_Inductor.jpg”的波形粘贴在下方，并分析电感减小后对输出的影响（2） Boost电路A. 将“Boost20.jpg”和“Boost50.jpg”的波形粘贴在下方，描述各波形参数的含义，分析电感电压与电源电压的关系。B. 通过导通比计算试验步骤2的

12、（3）、（4）中输出电压的理想值，与仿真的显示值比较，验证仿真结果的正确性。C. 将“Boost_Inductor.jpg”的波形粘贴在下方，并分析电感减小后对输出的影响。2. 分析PWM脉冲周期变化对输出的影响将“Buck_Pluse.jpg”和“Boost_Pluse.jpg”的波形图粘贴在下方，并分析与上面各波形的异同点，并解释原因。实验三内容：见实验材料重点：单相SPWM逆变电路的建模与仿真、参数设置与调节难点：单相SPWM电路的工作原理、SPWM脉冲的产生实验三 单相正弦波脉宽调制逆变电路实验一 实验目的（1）了解电压型单相全桥逆变电路的工作原理（2）了解正弦脉宽调制（SPWM）调频

13、、调压的原理（3）研究单相全桥逆变电路触发控制的要求二 实验原理1 正弦脉宽调制（SPWM）控制的基本原理控制思想：利用逆变器的开关元件，由控制线路按照一定的规律控制开关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得一组等幅、等距不等宽的脉冲序列，脉宽基本按照正弦分布，以此脉冲序列来等效正弦电压波。把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。调制信号波：正弦波；载波：等腰三角波或锯齿波1）单极性PWM控制方式2）双极性PWM控制方式电压型单相全桥逆变电路原理如图1所示：图1 单相全桥逆变电路· 共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。

14、3; 两对桥臂交替导通三 实验内容（1）观测参考波Ur与调制波Uc的波形（2）观测双极性脉宽调制控制信号的波形（3）逆变电路输出电压波形的观测四 实验步骤1 双极性PWM控制方式仿真图2 双极性PWM控制发生电路模型图（1）三角波与正弦波参数设置如图3和4，其余逻辑模块如图2： 图3 三角波模块参数设置 图4 正弦波模块参数设置（2）设置好模块参数后仿真，观测并保存波形图，命名为“UcUr.jpg”；2 电压型单相全桥逆变电路仿真（1）绘制电压型单相全桥逆变电路仿真模型图，如图5所示：图6 单相SPWM逆变电路仿真结构图（2）其中开关器件和二极管模块参数按照默认设定，直流电源（250V）与RL

15、负载（R=10om，L=0.01H）如图6所示；（3）图7为测量模块结构图，其中subsystem子模块结构如图8所示，其中函数f(u)表达式为：f(u)=u(1)*sin(2*pi*50*u(3)+pi*u(2)/180) 图7 测量模块 图8 子模块结构图（4）设定仿真时间0.2s仿真，观察并保存输出波形，命名为“DCACPWM.jpg”，记录基波有效值；（5）将载波频率减小为之前的一半，即参数改为下图所示，观察并保存输出波形；五 实验结论与分析（1） 将参考波Ur与调制波Uc的波形“UcUr.jpg”粘贴在下方；（2）将“DCACPWM.jpg”粘贴在下方，并结合电路图分析脉冲与负载电压两者的关系，根据公式计算基波电压幅值，并与实验仿真结果比较；实验四内容：见实验材料重点：理解单项PWM交流调压电路结构和工作原理难点：实验平台的熟悉、工作原理的理解实验四 单项AC-AC斩波电路实验一实验目的1理解单项PWM交流调压电路结构。2理解单项PWM交流调压电路的工作原理。二实验内容1搭建交流斩波电路的Simulink模型。2观察输出电压波形。3观察占空比对输出电压大小的控制情况。三实验步骤实验中的Simulink模型如下：1. 搭建Simulink模型，主要模块参数设置如下：方波信号源和交流电源的初始设置 RMS测量模块的初始设置。注意：此处频率必须与电源模块中频率一致观察并记录