MATLAB仿真技术在电力电子技术实践教学中的应用

1、第15卷第1期2002年3月出版大学物理实验PHYSICALEXPERIMENTOFCOLLEGEVol.15No.1Mar.2002文章编号:1007-2934(2002)01-0041-03MATLAB仿真技术在电力电子技术实践教学中的应用(西北二民院,银川,750021)(宁夏大学,银川,750021)虎恩典杜全忠摘要:本文以单相半波及三相桥式全波可控整流电路为例,叙述了MATLAB仿真技术在电力电子技术实践教学中的应用。关键词:仿真;元器件;电力电子技术中图分类号:O313131MA仿真技术已渗透到工程技术及物理实验等各个领域,其新版本的仿真能力越来越强,尤其MATLAB513版本之后

2、出现的元器件仿真能力使得原来一定要用实实在在的功率器件来搭接的实验线路,现在只需在MATLABWINDOUSCOMMAND下,键入SIMULINK,然后打开相应的工具箱,即可找到相应的信号源、连接线、元器件。用户只需将元器件及电源按原理电路要求搭接,并按要求设置所需参数,则一个可在计算机上进行仿真实验的系统已经完成,它几乎不需任何投资,亦没有实际中烧毁元器件及危及人身安全的危险,真可谓是一种理想的实践教学软件。电力电子技术是一门实践性很强的应用技术,教学中有大量的波形分析内容,不可避免地需要大量挂图,画出变流过程的电压、电流波形图,而只靠图形来说明缺乏真实性,如果能结合实验演示,从示波器上观察

3、整流后的电压、电流波形对教学内容的深入理解其作用是显而易见的。而做电力电子实验所涉及的都是功率器件,又要三相电源及示波器等,费用高、费时、且危险性大,能用模拟元件代替实际元件在计算机上进行仿真是本课程梦寐以求的愿望,而MATLAB的仿真技术恰好迎合了这种需要,下面将结合单相半波(见图1)、三相桥式整流电路(见图2)对使用该软件给以说明,首先说明元器件的选择。2元器件选择2.1下面谈一下根据连接要求进行元器件的选择元器件的选择先要分清单端器件与双端器件。首先谈一下单端元器件,比如象图中的信号源如pulsegenerator,constant只有一个输出,而不象实际信号源一样还需地信号;又如gai

4、n(增益),scope(示波器)也属此类元件,它们的选用与连接也有类似的性质。收稿日期:2001-08-2941图1single-phasehalf-wavecontrolledrectifier这一点象控制理论中的信号源、传递函数方框、输出端的特点和性质。另一类元器件属于双端器件,其选择和连接与实际电路元器件基本一样,如图中的电源AC有正负极输出,负载RL有输入电流端、输出电流端,二极管(Diode)、可控硅(Thyristor)都要有电流从正(阳)极输入,负(阴)极输出,总之要形成电流的通路。这类元器件连接时还要注意箭头所指的方向与连接线的方向是否一致,否则会造成看似接通,而实际并未接通的

5、现象,信号汇交点与分离点应选用专用的连接元件(参看图1、图2)。另外,还有一类元件是多个元件的一种组合或称子系统(subsystem),这类元件的各输入、输出端子性质可能不同(如图1中子系统的输入端1、2性质不同,而图2中的子系统输入、输出性质不同),使用(或连接)时一定要给予注意。关于图中出现的电流、电压检测元件其输出端都已成为单端信号,直接可接示波器。2.2元器件参数的选择选择元器件参数时应考虑各参数之间互相匹配,比如频率、电压等级要一致,选择二极管、晶闸管时应注意各参数的大致范围,适当地调节各参数的数值可使输出波形完整、光滑而没有毛刺,其基本数值可参考库中的原始值,或手册中给出的数值。电

6、阻、电感、电容元件的选择一般是从元件库中调出RLC的串联可并联电路,对于不需要的元件只要在4参数设置对话框中使该参数为零(R、L取零、C取无穷大)即可。图2Three-phasefull-bridgecontrolledthyristorrectifier3仿真仿真过程非常简单,打开待仿真的文件,点击上方的Start/Pause起动键,仿真过程开始。为了得到不同控制角时的电压、电流波形可在图1中调节脉冲(Pulse)的宽度,图视为=30°图2可通过调节输入常数(Constant)来调节角,图视角在0°30°之间(约15°)。在这里Io、Vo、Vd分别为单

7、相半波电路仿真后的输出电流、电压及晶闸管上的电压波形;Va、Ia分别为三相桥式整流电路仿真后的输出电压、电流波形。4结论通过以上叙述可以看出使用MATLAB软件包对电力电子线路进行仿真,方便、简单,调节容易,可视性好,既不担心元器件损坏,也没有任何危险,学生完全可以在无人指导的情况下、在计算机上自行完成电力电子线路仿真实验。在此基础上,再进行适当的真实性实验,则会收到绝佳的实验效果。(下转45页)4箕底面滚动抛出落入盒A内的各条形槽内。小球在簸箕内滚动时与其底面的凸出障碍物相撞就模拟了分子间的相互碰撞,使大量小球的速率分布与分子的速率分布规律相同。速率较大的小球抛落在相对簸箕较远的条形槽内,速

8、率较小的小球抛落在较近的槽内。将玻璃板盖在盒A上,使盒A内条形槽的纵向沿铅锤方向将盒A立置就会透过玻璃板清晰看到各条形槽内小球堆积的高低分布形成麦克斯韦分布规律。如果担心倾倒小球时小球会落在盒A之外,可以用一个更大的纸盒把A装在内以免小球丢失。这种教具的盒A是扁形的因而体积较小且轻便,携带方便。参考文献1李椿等1热学11978DEMONSTRATOROFTHEMAXWELLSun)Abstractakindofdemonstrator,whichcandemonstratetheMaxwellsvelocitydistribu2tionanditsimple,easilymadeandport

9、abletocarry.Keywords:demonstrator;Maxwellsvelocitydistribution(上接43页)参考文献1欧阳黎明编著1MATLAB控制系统设计1国防工业出版社,2001年1月2范影乐、杨胜天、李轶编著1MATLAB仿真应用详解1人民邮电出版社,2001年7月3王兆安、黄俊主编1电力电子技术1机械工业出版社,2000年5月APPLICATIONOFMATLABSIMULATIONTECHNOLOGYINPRACTICALTEACHINGOFPOWERELECTRONICTECHNOLOGYHuEndian(TheSecondNorthWestMinerityNationalityCollegeYinChuan750021)DuQuanzhong(NingXiaUniversityYinChuan750021)Abstract:ThearticletakestheexampleofSingle-PhaseHalf-WaveControlledRectifierandThree-PhaseFull-BridgeControlledRectifie