3_电力电子与MATLAB应用技术

一．课程设计目的（1）通过matlab的simulink工具箱，掌握DC-DC、DC-AC、AC-DC电路的仿真。

通过设置元器件不同的参数，观察输出波形并进行比较，进一步理解电路的工作原理；（2）掌握焊接的技能，对照原理图，了解工作原理；（3）加深理解和掌握《电力电子技术》课程的基础知识，提高学生综合运用所学知识的能力；二．课程设计内容第一部分：simulink电力电子仿真/版本matlab7.0（1）DC-DC电路仿真（升降压（Buck-Boost）变换器）仿真电路参数：直流电压20V、开关管为MOSFET（内阻为0.001欧）、开关频率20KHz、电感L为133uH、电容为1.67mF、负载为电阻负载（20欧）、二极管导通压降0.7V（内阻为0.001欧）、占空比40%。

仿真时间0.3s，仿真算法为ode23tb。

图1-1占空比为40%的，降压后为12.12V。

触发脉冲、电感电流、开关管电流、二极管电流、负载电流、输出电压的波形。

图1-2占空比为60%的，升压后为28.25V。

触发脉冲、电感电流、开关管电流、二极管电流、负载电流、输出电压的波形。

图1-3•图1-4升降压变换电路（又称Buck-boost电路）的输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反，其电路原理图如图1-4(a)所示。

它主要用于要求输出与输入电压反相，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源工作原理：①T导通，ton期间，二极管D反偏而关断，电感L储能，滤波电容C向负载提供能量。

②T关断，toff期间，当感应电动势大小超过输出电压U0时，二极管D导通，电感L经D向C和RL反向放电，使输出电压的极性与输入电压在ton期间电感电流的增加量等于toff期间的减少量，得：由的关系，求出输出电压的平均值为：上式中，D为占空比，负号表示输出与输入电压反相；当D=0.5时，U0=Ud；当0.5<D<1时，U0>Ud，为升压变换；当0≤D<0.5时，U0<Ud，为降压变换。

MATLAB在电力电子技术中的应用目录MATLAB在电力电子技术中的应用 (1)MATLAB in power electronics application (2)目录 (4)1绪论 (6)1.1关于MATLAB软件 (6)1.1.1MATLAB软件是什么 (6)1.1.2MATLAB软件的特点和基本操作窗口 (7)1.1.3MATLAB软件的基本操作方法 (10)1.2电力电子技术 (12)1.3MATLAB和电力电子技术 (13)1.4本文完成的主要内容 (14)2MATLAB软件在电路中的应用 (15)2.1基本电气元件 (15)2.1.1基本电气元件简介 (15)2.1.2如何调用基本电器元件功能模块 (17)2.2如何简化电路的仿真模型 (19)2.3基本电路设计方法 (19)2.3.1电源功能模块 (19)2.3.2典型电路设计方法 (20)2.4常用电路设计法 (21)2.4.1ELEMENTS模块库 (21)2.4.2POWER ELECTRONICS模块库 (22)2.5MATLAB中电路的数学描述法 (22)3电力电子变流的仿真 (25)3.1实验的意义 (25)3.2交流-直流变流器 (25)3.2.1单相桥式全控整流电路仿真 (26)3.2.2三相桥式全控整流电路仿真 (38)3.3三相交流调压器 (53)3.3.1无中线星形联结三相交流调压器 (53)3.3.2支路控制三角形联结三相交流调压器 (59)3.4交流-交流变频电路仿真 (64)3.5矩阵式整流器的仿真 (67)1绪论1.1关于MATLAB软件作为当今世界最流行的第四代计算机语言，MATLAB软件语言系统，由于它在科学计算，网络控制，系统建模与仿真，数据分析，自动控制，图形图像处理航天航空，生物医学，物理学，通信系统，DSP处理系统，财务，电子商务，等不同领域的广泛应用以及它自身所具备的独特优势，目前MATLAB已备受许多科研领域的青睐与关注。

《电力电子技术》单相半波可控整流电路MATLAB仿真实验一、实验目的：(1) 单相半波可控整流电路（电阻性负载）电路的工作原理电路设计与仿真。

(2) 单相半波可控整流电路（阻-感性负载）电路的工作原理电路设计与仿真。

(3) 单相半波可控整流电路（阻-感性负载加续流二极管）电路的工作原理电路设计与仿真。

（4）了解三种不同负载电路的工作原理及波形。

二、电阻性负载电路1、电路及其工作原理图1.1单向半波可控整流电路（电阻性负载）如图1.1所示，单向半波可控制整流电路原理图，晶闸管作为开关，变压器T起到变换电压与隔离的作用。

其工作原理：（1）在电源电压正半波(0~π区间)，晶闸管承受正向电压，脉冲uG在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流id,负载上有输出电压和电流。

（2）在ωt=π时刻，u2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。

（3）在电源电压负半波(π~2π区间)，晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，负载电流为零。

（4）直到电源电压u2的下一周期的正半波，脉冲uG 在ωt=2π+α处又触发晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流又加在负载上，如此不断重复。

2、MATLAB下的模型建立2.1 适当连接后，可得仿真电路。

如图所示：2.2 仿真结果与波形分析下列所示波形图中，波形图分别代表了晶体管VT上的电流、晶体管VT 上的电压、电阻加电感上的电压。

设置触发脉冲α分别为30°、60°、90°、120°时的波形变化。

α=30°α=60°α=90°α=120°分析：与电阻性负载相比，负载电感的存在，使得晶闸管的导通角增大，在电源电压由正到负的过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流平均值减小；大电感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压平均值趋于零。

目录摘要 (1)关键词 (1)1.引言 (1)2.单相半波可控整流电路 (1)2.1实验目的 (1)2.2实验原理 (1)2.3实验仿真 (2)3.单相桥式全控整流电路 (8)3.1实验目的 (8)3.2实验原理 (8)3.3实验仿真 (9)4.三相半波可控整流电路 (10)4.1实验目的 (10)4.2实验原理 (11)4.3实验仿真 (12)5. 三相半波有源逆变电路 (14)5.1实验目的 (14)5.2实验原理 (14)5.3实验仿真 (15)6.三相桥式半控整流电路 (17)6.1 实验目的 (17)6.2实验原理 (17)`6.3 实验仿真 (17)7.小结 (19)致谢 (19)电力电子技术应用实例的MATLAB 仿真摘 要 本文是用MATLAB/SIMULINK 实现电力电子有关电路的计算机仿真的毕业设计。

论文给出了单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相半波可控整流电路、三相半波有源逆变电路、三相桥式全控整流电路的实验原理图、 MATLAB 系统模型图、及仿真结果图。

实验过程和结果都表明：MATLAB 在电力电子有关电路计算机仿真上的应用是十分广泛的。

尤其是电力系统工具箱－Power System Blockset （PSB ）使得电力系统的仿真更加方便。

关键词 MATLAB SIMULINK PSB 电力电子相关电路1.引言MATLAB 是由Math Works 公司出版发行的数学计算软件，为了准确建立系统模型和进行仿真分析，Math Works 在MATLAB 中提供了系统模型图形输入与仿真工具一SIMULINK 。

其有两个明显功能：仿真与连接，即通过鼠标在模型窗口画出所系统的模型，然后可直接对系统仿真。

这种做法使一个复杂系统模型建立和仿真变得十分容易。

[4][2]在1998年，MathWoIks 推出了电力系统仿真的电力系统工具箱－Power System Blockset （PSB ）。

电力电子技术 matlab课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解电力电子技术的基本原理，掌握相关术语及概念；2. 学会使用MATLAB软件进行电力电子电路的仿真与设计；3. 掌握常见电力电子器件的工作原理及其在电路中的应用。

技能目标：1. 能够运用MATLAB软件构建电力电子电路模型，进行基本仿真分析；2. 能够对电力电子电路进行参数优化，提高电路性能；3. 能够运用所学知识解决实际问题，具备一定的电力电子技术实际应用能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电力电子技术及MATLAB软件的兴趣，提高学习积极性；2. 培养学生具备团队协作精神，善于与他人沟通交流，共同解决问题；3. 增强学生的创新意识，鼓励学生勇于探索新知识，提高实践能力。

课程性质：本课程为电力电子技术领域的实践课程，以MATLAB软件为工具，结合理论知识，培养学生的实际操作能力。

学生特点：学生已具备一定的电力电子技术理论基础，但对于MATLAB软件的使用相对陌生，需要从基础开始教学。

教学要求：教师需结合课本内容，由浅入深地引导学生学习MATLAB软件在电力电子技术中的应用，注重培养学生的实际操作能力和创新精神。

在教学过程中，关注学生的个体差异，给予个性化指导，确保课程目标的实现。

通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际电路设计与分析中，提高综合素养。

二、教学内容1. 电力电子技术基本原理回顾：包括电力电子器件的工作原理、特性及分类，重点掌握二极管、晶闸管、MOSFET和IGBT等器件。

2. MATLAB软件入门：介绍MATLAB软件的基本操作，如命令窗口、脚本编写、函数调用等，为后续仿真打下基础。

3. 电力电子电路建模与仿真：结合课本内容，选用典型电力电子电路进行建模与仿真，包括整流电路、逆变电路、斩波电路等。

- 教学大纲安排：按照课本章节进行，逐个分析各类电路的工作原理及仿真方法。

4. 参数优化与性能分析：教授学生如何运用MATLAB软件对电力电子电路进行参数优化，提高电路性能。

本文前言MATLAB的简介MATLAB是一种适用于工程应用的各领域分析设计与复杂计算的科学计算软件，由美国Mathworks公司于1984年正式推出，1988年退出3.X（DOS）版本，19992年推出4.X（Windows）版本；19997年腿5.1（Windows）版本，2000年下半年，Mathworks公司推出了他们的最新产品MATLAB6.0（R12）试用版，并于2001年初推出了正式版。

随着版本的升级，内容不断扩充，功能更加强大。

近几年来，Mathworks公司将推出MATLAB语言运用于系统仿真和实时运行等方面，取得了很多成绩，更扩大了它的应用前景。

MATLAB已成为美国和其他发达国家大学教学和科学研究中最常见而且必不可少的工具。

MATLAB是“矩阵实验室”（Matrix Laboratory）的缩写，它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重针对科学计算、工程计算和绘图的需要。

在MATLAB中，每个变量代表一个矩阵，可以有n*m个元素，每个元素都被看做复数摸索有的运算都对矩阵和复数有效，输入算式立即可得结果，无需编译。

MATLAB强大而简易的做图功能，能根据输入数据自动确定坐标绘图，能自定义多种坐标系（极坐标系、对数坐标系等），讷讷感绘制三维坐标中的曲线和曲面，可设置不同的颜色、线形、视角等。

如果数据齐全，MATLAB通常只需要一条命令即可做图，功能丰富，可扩展性强。

MATLAB软件包括基本部分和专业扩展部分，基本部分包括矩阵的运算和各种变换、代数和超越方程的求解、数据处理和傅立叶变换及数值积分风，可以满足大学理工科学生的计算需要，扩展部分称为工具箱，它实际上使用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集，用于解决某一方面的问题，或实现某一类的新算法。

现在已经有控制系统、信号处理、图象处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络及小波分析等多种工具箱，并且向公式推倒、系统仿真和实时运行等领域发展。

电力电子课程设计关于MATLAB一、教学目标本节课的教学目标是让学生了解和掌握MATLAB在电力电子领域的应用，培养学生运用MATLAB进行电力电子系统分析和设计的能力。

具体目标如下：1.知识目标：使学生掌握MATLAB的基本语法和操作，了解MATLAB在电力电子领域的应用范围，如交流调速系统、变频器、电力电子器件驱动等。

2.技能目标：培养学生运用MATLAB进行电力电子系统仿真分析的能力，能够编写简单的MATLAB脚本程序，实现电力电子电路的建模和仿真。

3.情感态度价值观目标：培养学生对电力电子领域的兴趣，提高学生运用现代工具解决实际问题的意识，培养学生的创新精神和团队合作能力。

二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.MATLAB概述：介绍MATLAB的发展历程、功能特点和基本语法。

2.MATLAB在电力电子领域的应用：讲解MATLAB在交流调速系统、变频器、电力电子器件驱动等方面的应用实例。

3.MATLAB电力电子仿真基础：介绍电力电子电路的建模方法，讲解MATLAB中电力电子仿真工具箱的使用。

4.实例讲解与实践：通过具体案例，引导学生运用MATLAB进行电力电子系统分析和设计，提高学生的实际操作能力。

三、教学方法为了提高教学效果，本节课将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解MATLAB的基本语法和操作，使学生掌握MATLAB的基本使用方法。

2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解MATLAB在电力电子领域的应用，培养学生运用MATLAB解决实际问题的能力。

3.实验法：安排课后实验，让学生动手实践，巩固所学知识，提高学生的实际操作能力。

4.小组讨论法：学生进行小组讨论，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

四、教学资源为了支持本节课的教学，将准备以下教学资源：1.教材：《MATLAB电力电子仿真与应用》。

2.参考书：电力电子相关书籍，如《电力电子技术》、《电力电子器件与应用》等。

matlab在电力电子技术仿真中的应用随着电子技术的不断发展，电力电子技术已经成为现代电力系统中至关重要的一环。

而在电力电子技术的研究与开发过程中，仿真技术则成为了不可或缺的一部分。

它可以快速准确地模拟电力电子系统的工作情况，从而为电力电子技术的开发与优化提供重要的帮助。

而MATLAB作为一种强大的计算机软件，在电力电子技术仿真中经常被使用。

一、MATLAB在电力电子技术仿真中的应用1. 电力电子系统仿真在现代电力系统中，电力电子系统是必不可少的部分。

其中包括各种控制器、逆变器、整流器等电子设备。

MATLAB可以通过建立电力电子系统的模型，快速准确地模拟系统的工作情况。

用户只需要编写一些简单的代码，就可以通过模拟电力电子系统的状态来预测电流波形、功率因数、电压降等运行参数，从而更好地研究该系统的各种工作状态。

2. 电力电子系统设计优化电力电子系统的设计与优化是电力电子技术的核心。

在电力电子设备设计过程中，需要对一系列的设计参数进行优化，以达到更好的工作性能。

而MATLAB可以通过控制系统设计工具箱，对电力电子系统设计进行优化。

用户可以通过MATLAB的仿真分析、自动控制、多目标优化等功能，快速准确地推导出最优设计方案。

3. 电力电子系统控制电力电子系统的控制是其重要组成部分。

输入控制信号可以对输出电流/电压进行合理的控制，从而实现电力电子系统的稳定运行。

MATLAB提供了多种控制器的设计方法，例如PID、模糊控制、神经网络控制等。

通过制定合理的电流/电压控制策略，可以快速准确地实现对电力电子系统的控制，从而实现系统的稳定运行。

二、MATLAB在电力电子仿真中的优势1. 操作简单MATLAB是一种运算速度非常快、操作简单的软件。

通过五芯化的界面、丰富的工具箱、可视化工具等，用户可以快速地实现电力电子系统的仿真、设计与优化。

2. 精度高MATLAB可以进行高精度的计算和仿真，能够更快、更准确地分析电力电子系统的各种特性。

University Education［摘要］本文介绍了MATLAB 在电力电子技术教学中的应用，并给出了三相电压型SPWM逆变电路仿真实例。

引入MATLAB仿真技术作为课堂教学的辅助手段，对电力电子电路进行交互式动态波形分析、谐波分析及电量计算，结果直观、形象，有助于学生理解抽象的理论知识，提高学生学习的兴趣和主动性，改善教学效果，提高教学质量。

［关键词］电力电子技术教学MATLAB/SIMULINK SPWM 逆变电路仿真［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）12-0109-03［收稿时间］2013-11-11［作者简介］刘丽萱（1965-），女，河北定州人，硕士，中国石油大学（北京）地球物理与信息工程学院讲师，研究方向：电力电子教学、电力电子技术在石油勘探仪器中的应用。

电力电子技术课程主要研究各种电力半导体器件及其组成的各种变流装置的工作原理及应用，主要涉及整流、逆变、直流斩波、交-交变换等电能变换及PWM 控制和软开关技术等内容。

在该课程的教学中，需要对相关电路进行波形分析及电量计算，不仅需要画出大量的电压、电流信号波形图，而且需要作相关电量的数学公式推导及谐波分析。

在传统教学中主要采用PPT 动画及课堂板书等教学方式，存在着波形绘制工作量大、所画波形不规范、电路的工作过程及波形的动态变化表现不足、交互性差、理论分析及公式推导繁琐抽象等问题，使得授课课时紧张，课堂教学信息量不够大，授课方式单调枯燥，学生容易产生疲倦感，难于达到理想的教学效果。

在课堂教学中引入MATLAB 计算机仿真技术作为传统课堂教学手段的补充，有助于克服传统课堂教学的缺点，提高学生的学习兴趣，提高教学质量。

本文以三相电压型SPWM 逆变电路为例，介绍了MATLAB/SIMULINK 在电力电子技术教学中的应用，建立了相应的仿真电路模型并给出了相关的仿真波形。

一、MATLAB/SIMULINK 介绍MATLAB 是由美国mathworks 公司发布的商业数学软件，它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等功能集成在一个视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案。

Matlab 在电力系统仿真中的应用摘要Matlab在电力系统仿真研究中应用范围越来越广泛，为电力系统自动化分析带来了极大方便。

利用电力系统仿真模块系统，可以方便地实现各种要求的非线性电源运用到电力网自动化控制中，拓宽了PSB活用范围。

运用实例仿真，该方法能够分析正确，使用便捷，在实际仿真过程中经检验切实可行。

关健词Matlab；仿真；电力系统；非线性电源电源在电力系统分析和设计中是必不可少的组成部分，每个仿真模型都对电源有着不同的要求。

一般而言，大多数仿真模型使用都是通过交流电或直流电源来实现的。

但根据实际工程实践情况来看，理想的交流或直流电源，有时候也是不能很好地模拟出实际工程情况的，需要通过仿真来实现。

通过以下几个方面，来阐述Matlab 在电力系统仿真领域中的应用。

1）实际工程中的电源不可能是理想的交流或直流电，电源经常会出现波动或突变，而这种波动或突变在有些情况下是不能被忽略的。

2）在实际工程中，电力系统经常用到非交流性电源或直流电源，类如雷电冲击电流实验等。

一些实验需要特殊的电源来测试，因些这些实验品具有许多特殊性能，如：绝缘材料耐压性所需要用到缓慢递增电源。

因此，电力系统需要考虑使用其它方法，来实际真正意义上能够满足要求的非线性电源。

1可按电压、电流源的应用到电力系统中在PSB系统模型库中，提供了一个可控电源，该电源除了有和普通电源一样的输入、输出信号端口外，还有一个普通电源不具备的端口，即“S-端口”。

该端口作为一个控制信号输入端口，可控电源输出的电压、电流波形，就是基于该控制信号作用的。

1.1可控电源在仿真模型中的连接可控电源有三个端口，其中的“+”“-”端口和普通电源端口是一致的，可以和普通电源一样直接连接在仿真模型电路中。

其中的“+”端口相当于电源的正极，而“-”端口相当于电源的负极。

但这样的连接是没有电信号的，需要在可控电源的特殊端口处，即“S”端口输入一个可控制信号，根据仿真结果来看，输出电压波形和该控制信号波形是一致的，也就是说，可控制电源信号变换成仿真模型中的电信号。