熟悉电气系统实体图形化仿真

本文介绍了使用MATLAB/SIMULINK进行电路仿真的过程,包括熟悉仿真环境、半波整流电路的基本原理,以及电力二极管和晶闸管的工作原理。实验内容涉及RLC电路和不控半波整流电路的仿真,展示了不同负载条件下的输出波形,并分析了阻感负载对输出波形的影响。

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目录

一、实验目的

二、实验设备

三、实验内容

四、电路仿真

五、实验步骤

六.实验结果

七、实验思考题


一、实验目的

熟悉MATLAB/SUMULINK仿真环境的使用

simulink仿真是MATLAB中的一种可视化仿真工具,是一种基于MATLAB的框图设计环境。是实现动态系统建模,仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中,它提供一个动态系统建模、仿真、和综合分析的集成环境。在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。具有适应面广,结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高,灵活等优点。广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真系统和设计。

掌握半波整流电路的基本原理

整流器是一种可以将交流电压转换为直流电压的电子设备,生活中常见的电子设备几乎都使用了整流器,因为电子设备一般都有电源部分,而电子设备都只能在直流电源上工作,因此需要将主电压转换为直流电压。下面为介绍的是半波整流器工作原理:

  • 在正半周期中,当上端的次级绕组相对于下端为正时,二极管处于正向偏置状态并导通电流。
  • 在正半周期中,当假定二极管的正向电阻为零时,输入电压直接施加到负载电阻。输出电压和输出电流的波形与交流输入电压的波形相同。
  • 在正半周期内,二极管处于正向偏置状态,并将电流传导至RL(负载电阻)。在负载上产生电压,这与正半周期的输入交流信号相同。或者,在负半周期内,二极管处于反向偏置状态,没有电流流过二极管。只有交流输入电压出现在负载两端,并且这是在正半周期内可能出现的最终结果,输出电压脉动直流电压。
  • 在负半周期中,当下端的次级绕组相对于上端为正时,二极管处于反向偏置状态并且不传导电流。
  • 在负半周期间,负载两端的电压和电流保持为零。反向电流的幅度非常小,并且被忽略。所以,在负半周期内没有功率输出。一系列正半周期是在负载电阻上产生的输出电压。输出是一个脉动的直流波,并且使平滑的输出波滤波器,这应该是跨越负载使用。

掌握电力二极管,晶闸管的基本原理和使用方法

电力二极管(Power Diode)也称为功率二极管或半导体整流器(Semiconductor Rectifier,简称SR),属于不可控电力电子器件。应用范围:不可控整流、电感性负载回路、电压源型逆变电路无功回路、电流源型逆变电路中的换流隔断等场合。本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。


二、实验设备

装有MATLAB软件的电脑一台


三、实验内容

熟悉基本电力电子元件matlab中的使用

①模块的添加:首先要在Simulink模块库浏览器窗口中找 到电力电子元件模块,然后用鼠标将这个模块拖曳到模型编辑窗口中即可。

②模块的删除或复制:需要先选定模块,再按删除键;或在模型编辑窗口选择Edit菜单项中的Cut、Copy、Paste等剪贴板操作命令。

③两个模块的连接:先将鼠标指针移动到一个模块的输出端当鼠标指针变成十字形光标时按住鼠标左键,移动鼠标指针到另一个模块的输入端,当连接线由虚线变成实线时,释放鼠标左键就完成了两个模块的连接。

④模块的移动和旋转:

创建一个RLC电路仿真模型,熟悉电路仿真

 创建半波可控整流电路仿真


四、电路仿真

  •  RLC电路仿真

        ​​​​不控半波整流电路仿真

 


五、实验步骤

  • 打开SIMUKIINK环境,新建模型文件。
  • 利用SIMULINK相关库中的原件建立仿真模型

通过关键字搜索如(注;powergui是配置文件,在做下面的电力电子实验时都要用)

 

  • 设置仿真模型中的原件的各种参数

晶闸管:默认

  • 电源参数设置,负载参数设置,控制信号幅度值,周期及延迟设置,示波器设置

设置仿真参数主要有:仿真时间设置,仿真方法设置,仿真步长设置

①交流电源设置参数:park amplitude(最大交流电压)=220*sqrt(2)  Frequency(频率)=50

启动仿真,观察波形等输出参数

②RLC电路元件设置参数:Branch type(分支类型)=按照所需改RLC三个元件中的存在元素(可以是R,RL,LC等)

③脉冲设置参数:振幅=1,周期=1/50,脉冲宽度=5,相位延迟=45/360*(1/50)


六.实验结果

RLC电路仿真波形

  •  不控半波整流电路仿真波形

 

  • 观察电阻负载下的输出波形

R=1

 

  • 观察阻感负载下的输出波形

 


七、实验思考题

  • 推导输出电压与输入电压之间的关系

     关系总结:输出电压是输人电压的一部分,与脉冲的转向角有关

             左输入                                  右输出

  • 分析阻感负载对输出波形的影响(T=5)

        未接电容时输出电压

       接电容时输出电压

 将阻性负载改为阻感负载后可以看到,电流呈现正弦的波形,在刚开始的时候三相电流具有偏置但很快收敛。此时电阻为,电感为0.001H

        电感改为1H

将电感增大到1H之后,三相电流就有了明显的偏置,并且持续时间很长,最后稳定后依然有一些偏置存在。

        电阻增加到10Ω

 

相应的增大了电阻的数值增大到10Ω后,偏置现象有了很大的改善。基于以上的现象,考虑是因为电感对于交流电有阻碍作用,因此导致了偏置的产生。

        频率从50hz改为10hz

通过两个频率下的波形比较,电感对交流电的阻碍作用,低频时阻碍作用没有高频明显,所以电流稳定速度较快,高频时电流偏置现象更加明显。

因此,在负载为阻感负载的情况下,需要根据情况进行调节,使得电流不出现偏置的现象。

   

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