MATLAB仿真技术在电力电子技术实践教学中的应用2

MATLAB仿真技术在电力电子技术实践教学中的应用 MATLAB仿真技术在电力电子技术实践教学中的应用
摘要:本文以单相半波及三相桥式全波可控整流电路为例,叙述了姒1IAB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 1概述: MAll.AB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MATLAB5.3版本之后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MATLAB wINDOUS COMMAND下,键入SIMuuNK,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pulse—generator,constant只有一个输出,而不象实际信号 源一样还需地信号;又如gain(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。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(,11lyristor)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 未接通的现象,信号汇交点与分离点应选用专用的连接元件(参看图l、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l中子系统的输入端l、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。电阻、电感、电容元件的选择一般是从元件库中调出RI£的串联可并 联电路,对于不需要的元件只要在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。

3仿真 仿真过程非常简单,打开待仿真的文件,点击上方的Sta|/P撇起动键,仿 真过程开始。为了得到不同控制角Q时的电压、电流波形可在图l中调节脉冲 (Pul8e)的宽度,图视为a=300;图2可通过调节输入常数(Cons胁t)来调节。角, 图视n角在00一300之间(约15。)。在这里Io、Vo、vd分别为单相半波电路仿真后 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MArrIAB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。


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