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信息与电子工程学院 本科学年论文

论文题目： MATLAB 在电力电子技术仿真中的应用

论文作者 XX：

班级：

指导教师 XX： ____

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Matlab 在电力电子技术仿真中的应用
xxx
(xxxxxx 信息与电子工程学院 xxxXXXX 264005)

摘要： 随着电力电子技术的发展， 产生了现代各种高效、节能的新型电源和交直流调速装置。 电力电子技术仿真的所有元件模型都包含在 MATLAB 的电力系统模块环境中。本篇文章详细 描述了三相全桥整流仿真，验证了 matlab 的现实价值。
关键词： 电力电子技术 ； Matlab；三相全桥整流；仿真

Matlab applications in power electronic technology simulation

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xxxx

Abstract：


(School of Information and Electronics Engineering xxxxx，
Shandong Yantai , 264005， China)
with the development of power electronic teology,various modern high efficiency

and energy saving new power and ac/dc speed device have been produced. All ponents models of Power electronic technology simulation are included in the power system module environment of MATLAB.This article describes the three-phase bridge rectifying simulation in detail,which proves the real value of matlab.
Keyword： power electronic teology Matlabthree-phase bridge rectifyingsimulation 1 引言

20 世纪 60 年代发展起来的电力电子技术，使电能可以变换和控制，产生了现代各种高 效、节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产、交通运输、楼宇、办公、家庭自动化 提供了现代化的高新技术。 为了更高效的利用电能， 不断的有新控制技术和算法出现。 那么 如何验证这些算法的好坏呢？建立模型仿真是最有效， 最经济的一种形式。 在实际的工程应 用中， 我们要经常需要改善系统的运行性能， 提高系统的效益。 而系统又通常是复杂的非线 性的，在仿真的基础上加以实现就比较容易。电力电子技术仿真的所有元件模型都包含在 MATLAB 的电力系统模块环境中。在 MATLAB 提示符下键入 powerlib 命令。这个命令将打开 simulink 窗口。同时展示了电力系统模块../白字内容添加页脚-新建文件夹 5-doc/.dzsc./product/searchfile/4611.html 工具箱中的不同子模块工具箱。在 psb 中几乎提供了 组成电力系统的所有元件，元件模型丰富，包括：同步机，异步机，变压器，直流机，线性 和非线性， 有名的和标么值系统的， 不同仿真精度的设备模型库， 单相，三相的分布和集中 参数的传输线， 单相， 三相断路器及各种电力系统的负荷模型， 电力半导体器件库以及控制
测量环节， 信号显示和模块连接等一般可以在 simulink 工具箱中找到。

2. 电力电子变流技术 ——三相全桥整流仿真

2.1 整流器件

晶闸管及电力晶体管等是主要的电力电子器件，也就是说没有这些器件就没有电力电子 技术， 电力电子技术的核心是电力变换也就是变流技术。通过对晶闸管等器件的控制从而实 现电力变换。 晶闸管整流是电力电子技术中最基础的变流技术， 通过它可以实现电流从交 流到直流的变换。在 MATLAB 仿真中可以由SimPowersystem 模块中提供的电力电子模块 PowerElectronic 中的 Thyristor 来提供仿真模块实现。
2.2 模型建立

三相桥式整流电路是电力电子变流技术中非常重要的一个功能，它不仅可以将交流电压 转换成直流电压， 以用作直流电动机的直流电源， 还可调节电动机电枢电压以进行电动机的 调速。 在电力电子变流电路中， 三相桥式整流电路应用十分广泛， 鉴于它在工业应用中的广 泛性，这里以一，这里以一个带感性负荷的三相桥式整流电路为例，介绍如何运用Matlab
／Simulink 对它进行仿真。三相桥式整流电路的原理图如图一所示：

图一：三相桥式整流电路原理图

根据原理可以利用 Simulink 内的模块建立图二所示的仿真模型。设置三个交流电压源 Va、 Vb、 Vc 相角依次相差 120，得到整流桥的三相电源。用6 个 Thyristor 构成整流桥，实 现交流电压到直流电压的转换。 6 pulse convertor 产生整流桥的触发脉冲。 6 个pulse convertor 从上到下分别给 1 到 6 号晶闸管触发脉冲。

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图二 仿真模型

2． 3 参数设置

2． 3． 1 触发脉冲的设置

给图二中的每个脉冲发生器(pulse generator)设合理的参数，从而获得三相整流 桥所要求的触发脉冲。以使得触发角为 30 。为例，参数设置如下： A、周期(s) 0． 02 B、 脉冲占空比 25%C、 幅值 0． 1 每个脉冲发生器这几项的参数设置均相同， 不同之处在于开 始时间 start time 的设置，这一参数用于设定触发角。为获得 30。的触发角，可以设定脉 冲发生器 1 的 start time 为 0． 02／ 12+0． 02／ 12。第 i 个 脉冲发生器(i=2，．．．， 6) 为 0． 02／ 12+0． 02／ 12+0． 02(i- 1)／6。使得每个触发脉冲相差 60 度，实现整流触发。
2． 3． 2 设置晶闸管的参数

电路工作正常时， 6 个晶闸管的参数设置： 电阻 0.1 电感 10e-6 直流电压源电压：
0 初始电流 0 缓冲电阻 103 缓冲电容 0. 1e-6

2.3.3 三相交流电源及负载设置

三相交流电源参数及负载参数设置如下： 负载参数设置如下：(阻感负载)
电阻 0.2 电感 20e-3 电容 inf (使电源为感性)

3 仿真结果分析

3.1 正常情况下的仿真

首先对建立的正常情况下的仿真模型进行仿真，其仿真参数设置为： 开始时间： 0.04s
(晶闸管第一次触发时间)； 停止时间： 0.2s； 仿真算法： 可变步长的数值微分
公式算法。运行仿真程序可以得到正常的仿真波形如图三所示：

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图三 正常的电压仿真波形
3.2 故障波形仿真

晶闸管出现故障的几率较大，共有四种故障分别为：

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3.3 仿真结果分析：

观察以上波形，对应图(a)正常工作时，每个周期(T=O． 02s)连续输出6 个波头，每个 波头均为 60 度。 图(a)每个周期连续少两个波头， 两个波头为 120 度。 由于正常工作时每个 桥臂导通 120 度，因此可判定图(a)对应为有一个桥臂不导通，即有一个晶闸管发生故障。 图(b)每个半周期有一个波头，再连续少两个，一个周期共少了 4 个波头，三相桥式电路应 输出 6 个波头， 不难看出此时只有两相导电， 另一相的两个桥臂不通， 即接在同一相的两个 晶闸管故障。图(c)每个周期有两个连续波头，接着少了 4 个连续波头，由于正常情况时输 出电压波形 6 个波头的顺序可判定接在同一半桥的两个桥臂不导通。图(d)每个周期连续输 出 3 个波头，接着连续少了3 个波头，容易得出该图对应不同相的交叉的两个晶闸管故障。 可见由波形得到故障形式与设定故障形式得到仿真波形的结果是一致的。
同时， 还可以利用触发脉冲参数的改变仿真不同负载与不同触发角情况下的波形， 通过 对电压波形的分析，我们可以了解三相全控桥的故障状态从而及时的发现与解决故障。
4 总结

通过对电力电子技术中最有代表作用的三相全控桥的仿真实现，可以看出利用matlab 中的 powerlib 工具箱对可以对电力电子技术仿真具产生极大的现实价值，为电力电子设备 的开发提供有力的帮助。 在以后的生活之中， 我们会更加广泛的利用到电子电力系统， 电力 电子技术的提升会给我们的生活带来更大的帮助。 然而， 在科技的发展过程中， 我们需要一 些软件来辅助我们进行科技的研究。 MATLAB 在此期间发挥了很大的作用，我们要充分利用 这一软件，达到高效、便捷的目的，从而带来科技上的新突破！
参考文献：

[1]陈怀琛.MATLAB 及在电子信息课程中的应用. 电子工业，第 3 版
[2]康华光. 电子技术基础模拟部分.高等教育，第 5 版

[3]程佩青.数字信号处理教程.清华大学， 第 3 版

作者简介：

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