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电力电子仿真仿真实验报告

目录
实验一:常用电力电子器件特性测试 (3)
(一)实验目的: (3)
掌握几种常用电力电子器件(SCR、GTO、MOSFET、IGBT)的工作特性; (3)
掌握各器件的参数设置方法,以及对触发信号的要求。

(3)
(二)实验原理 (3)
(三)实验内容 (3)
(四)实验过程与结果分析 (3)
1.仿真系统 (3)
2.仿真参数 (4)
3.仿真波形与分析 (4)
4.结论 (10)
实验二:可控整流电路 (11)
(一)实验目的 (11)
(二)实验原理 (11)
(三)实验内容 (11)
(四)实验过程与结果分析 (12)
1.单相桥式全控整流电路仿真系统,下面先以触发角为0度,负载为纯电阻负载为例 (12)
2.仿真参数 (12)
3.仿真波形与分析 (14)
实验三:交流-交流变换电路 (19)
(一)实验目的 (19)
(三)实验过程与结果分析 (19)
1)晶闸管单相交流调压电路 (19)
实验四:逆变电路 (26)
(一)实验目的 (26)
(二)实验内容 (26)
实验五:单相有源功率校正电路 (38)
(一)实验目的 (38)
(二)实验内容 (38)
个性化作业: (40)
(一)实验目的: (40)
(二)实验原理: (40)
(三)实验内容 (40)
(四)结果分析: (44)
(五)实验总结: (45)
实验一:常用电力电子器件特性测试
(一)实验目的:
掌握几种常用电力电子器件(SCR、GTO、MOSFET、IGBT)的工作特性;
掌握各器件的参数设置方法,以及对触发信号的要求。

(二)实验原理
将电力电子器件和负载电阻串联后接至直流电源的两端,给器件提供触发信号,使器件触发导通。

(三)实验内容
•在MATLAB/Simulink中构建仿真电路,设置相关参数。

•改变器件和触发脉冲的参数设置,观察器件的导通情况及负载端电压、器件电流的变化情况。

(四)实验过程与结果分析
1.仿真系统
以GTO为例,搭建仿真系统如下:
2.仿真参数
设置直流电压为2V,GTO通态压降为1.6V,负载阻抗为1Ω,脉冲产生器占空比为0.5。

3.仿真波形与分析
由图可见,GTO导通时,电流为0.4A,负载电压为0.4V,占空比为0.5。

(2)改变GTO的通态压降,设置为2.5V,仿真结果如下图。

明显,此时通态压降大于直流电压,GTO不导通,负载电压电流为零。

3)改变脉冲发生器占空比为0.3,波形如下:
4)其他电力电子器件的特性仿真。

只是在图1的基础上,把GTO
变成SCR、MOSFET、IGBT,适当改变参数,即可得到实验结果。

实验结果如下:
SCR:
负载电压为1.2V,负载电流为1.2A,且幅值不随占空比变化而变化,这是因为SCR为半控型器件,给负脉冲不能控制电路关断。

MOSFET:
IGBT:
4.结论
1.SCR为半控型器件,GTO、MOSFET、IGBT为全控型器件,只有全控型器件可以在给予负脉冲时控制电路关断。

2.改变器件的导通压降、导通电阻电感均会影响负载的电压电流波形。

实验二:可控整流电路
(一)实验目的
•掌握可控整流电路的工作特性;
•掌握通用变流器桥、同步6脉冲触发器、示波器模块(Scope)的使用方法。

(二)实验原理
(三)实验内容
•测试单相桥式全控整流电路和三相全控整流电路带不同负载(电阻或阻感)、在不同触发角下的典
型波形。

(四)实验过程与结果分析
1.单相桥式全控整流电路仿真系统,下面先以触发角为0度,负载为纯电阻负载为例
2.仿真参数
3.仿真波形与分析
同样,改变电路参数可以得到:
电阻负载触发角为60度
阻感负载触发角为0度
阻感负载触发角为60度
三相全控整流电路仿真系统:
参数设置:
电阻负载时为电阻1欧姆,阻感负载时为电阻1欧姆,电感9999H。

电阻负载触发角为0度
电阻负载触发角为60度
阻感负载触发角为0度
阻感负载触发角为60度
实验三:交流-交流变换电路
(一)实验目的
掌握交流调压电路的工作特性;
掌握谐波分析方法。

(二)实验内容
在MATLAB/Simulink中分别构建晶闸管单相交流调压电路和斩控式单相交流调压电路,测试交流调压性能,并在输入输出电压相同的情况下,比较两个电路的谐波分析结果。

(三)实验过程与结果分析
1)晶闸管单相交流调压电路
仿真模型:
仿真参数:
仿真波形(上面为电流,下面为电压):
电阻负载1Ω,触发角0°
电阻负载1Ω,触发角60°
电阻1Ω,电感1mH,触发角0°
电阻1Ω,电感1mH,触发角60°
谐波分析(电阻负载1Ω,触发角60°):
2)斩控式单相交流调压电路
仿真模型:
仿真波形:
占空比为50%,电阻为1欧姆谐波分析:
电源电流的基波分量和电源电压同相位。

电源电流中不含低次谐波,只含和开关周期有关的高次谐波。

实验四:逆变电路
(一)实验目的
掌握单相电压型逆变电路的工作特性;
掌握电流滞环型单相PWM逆变电路的工作特性
掌握不同控制方式下调制信号的生成方法。

(二)实验内容
在MATLAB/Simulink中构造单相电压型逆变电路。

分别生成方波控制信号、移相控制信号、单极性SPWM控制信号和双极性PWM控制信号。

在不同控制方式下,测量输出电压波形并进行谐波分析;
在MATLAB/Simulink中构造电流滞环型单相PWM逆变电路,测量交流相电压、相电流、线电压和直流电流波形,并进行谐波分析;分析在不同滞环控制参数对输出波形的影响。

仿真模型(方波控制信号):
仿真参数:
仿真波形:
谐波分析:
仿真模型(移相控制信号):
改变开关1、2参数如下(即移相30°):
仿真波形:
谐波分析:
仿真模型(单极性SPWM控制信号):
仿真波形:
谐波分析:
仿真模型(双极性PWM控制信号):
仿真波形:
谐波分析:
电流滞环型单相PWM逆变电路仿真模型:
仿真参数:直流电源10V
仿真波形(从上到下依次为电源电压、电流和负载电压、电流):
谐波分析:
将滞环参数改小后
可得谐波分析结果如下:
由THD变化可知减小环宽可以减少谐波分量。

实验五:单相有源功率校正电路
(一)实验目的
•掌握单相有源功率校正电路的工作原理,要求输出电压达到给定值,且网侧电流正弦化,功率因
数为1;
•掌握电压外环和电流内环的设计方法。

(二)实验内容
•在MATLAB/Simulink中构建单相有源功率校正电路;
•测量输入、输出电压波形,输入电流波形,并进行谐波分析。

仿真模型:
仿真波形(从上到下依次为输入电流、电压和输出电压):
谐波分析(输出电压):
个性化作业:
(一)实验目的:
掌握实验电路的工作原理和关键波形;
分析不同参数设置对仿真结果的影响;
(二)实验原理:
仿真无缓冲电路的电流断路器与电感串联的情况。

(三)实验内容
参数设置:
仿真模型:
仿真波形:
增大电感为1H可得:
改变断路器开合时间:
仿真波形:
(四)结果分析:
增大电感会使电流幅值变小,但不会使波形周期改变。

改变断路器开
关时间可控制其起始电流波形和最值。

(五)实验总结:
断路器开关时间选择会影响暂态电流的波形和幅值,最好在过零点进行开关,可减少暂态分量。

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