电力电子技术仿真实训指导.doc

电力电子技术课程仿真实训简介电力电子技术MATLAB仿真实训是在MATLABSIMULINK环境下，主要使用电力系统模块库和SIMULINK两个模块库进行。能完成电力电子技术教材中绝大部分电路的仿真，包括：1整流电路（单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、单相桥式半控整流电路、三相半波不可控整流电路、三相半波可控整流电路、三相桥式全控整流电路）仿真。2逆变电路（单相桥式全控有源逆变电路、三相半波有源逆变电路、三相桥式全控有源逆变电路）仿真。3交流调压电路4直流斩波电路（降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路）仿真。前言电力电子技术综合了电子电路、电机拖动等多学科知识，是一门实践性和应用形很强的课程。由于电力电子器件自身的开关非线性，给电力电子电路的分析带来了一定的复杂性和困难，一般常用波形分析的方法来研究。仿真技术为电力电子电路的分析提供了崭新的方法。我们在电力电子技术课程的教学中引入了仿真，对于加深学生对这门课程的理解起到了良好的作用。掌握了仿真的方法，学生的想法可以通过仿真来验证，对培养学生的创新能力很有意义，并且可以调动学生的积极性。实验实训是本课程的重要组成部分，学校的实验实训条件毕竟是有限的，也受到学时的限制。而仿真实训不受时间、空间和物质条件的限制，学生可以在课外自行上机。仿真在促进教学改革、加强学生能力培养方面起到了积极的推动作用。目录第一章 MATLAB基础111 MATLAB介绍 112 MATLAB的安装与启动 213 MATLAB环境 3第二章 MATLAB/Simulink/Power System工具箱简介721 Simulink工具箱简介722 Power System工具箱简介1023 Simulink/Power System的模型窗口 1324 Simulink/Power System模块的基本操作17第三章 电力电子电路仿真实训 21实训一 单相半波可控整流电路仿真实训 21实训二 单相桥式半控整流电路仿真实训 29实训三 单相桥式全控整流电路仿真实训 35实训四 单相桥式全控有源逆变电路仿真实训 42实训五 单相交流调压电路仿真实训 45实训六 降压斩波电路仿真实训 48实训七 升压斩波电路仿真实训 51实训八 升降压斩波电路实训 54实训九 三相半波不可控整流电路仿真实训 57实训十 三相半波可控整流电路仿真实训 59实训十一 三相桥式全控整流电路仿真实训 67实训十二 三相半波可控整流电路有源逆变电路仿真实训 72实训十三 三相桥式有源逆变电路仿真实训 75第1章 MATLAB基础1.1 MATLAB介绍 MATLAB是一种科学计算软件。MATLAB是Matrix Laboratory(矩阵实验室)的缩写，这是一种以矩阵为基础的交互式程序计算语言。早期的MATLAB主要用于解决科学和工程的复杂数学计算问题。由于它使用方便、输入便捷、运算高效、适应科技人员的思维方式，并且有绘图功能，有用户自行扩展的空间，因此特别受到用户的欢迎，使它成为在科技界广为使用的软件，也是国内外高校教学和科学研究的常用软件。 MATLAB由美国Mathworks公司于1984年开始推出，历经升级，到2001年已经有了60版，现在MATLAB 6.1、6.5、7.0版都已相继面世。早期的MATLAB在DOS环境下运行，1990年推出了Windows版本。1993年，Mathworks公司又推出了MATLAB的微机版，充分支持在MicrosoftWindows界面下的编程，它的功能越来越强大，在科技和工程界广为传播，是各种科学计算软件中使用频率最高的软件。 MATLAB比较易学，它只有一种数据类型(即64位双精度二进制)，一种标准的输入输出语句，它用解释方式工作，不需要编译，一般入门后经过自学就可以掌握。如果有不清楚的地方，可以通过它的帮助(help)和演示(demo)功能得到启示。学习MATLAB的难点在于，它有大量函数，这些MATLAB函数仅基本部分就有700多个，其中常用的有200300个，掌握和记忆起来都比较困难。 1993年出现了SIMULINK，这是基于框图的仿真平台，SIMULINK挂接在MATLAB环境上，以MATLAB的强大计算功能为基础，以直观的模块框图进行仿真和计算。SIMULINK提供了各种仿真工具，尤其是它不断扩展的、内容丰富的模块库，为系统的仿真提供了极大便利。在SIMULINK平台上，拖拉和连接典型模块就可以绘制仿真对象的模型框图，并对模型进行仿真。在SIMULINK平台上，仿真模型的可读性很强，这就避免了在MATLAB窗口使用MATLAB命令和函数仿真时，需要熟悉记忆大量M函数的麻烦，对广大工程技术人员来说，这无疑是最好的福音。现在的MATLAB都同时捆绑了SIMULINK，SIMULINK的版本也在不断地升级，从1993年的MATLAB 40SIMULINK 10版到2001年的MATLAB 61SIMULINK 41版，2002年即推出了MATLAB 65SIMULINK 50版。MATLAB已经不再是单纯的“矩阵实验室”了，它已经成为一个高级计算和仿真平台。 SIMULINK原本是为控制系统的仿真而建立的工具箱，在使用中易编程、易拓展，并且可以解决MATLAB不易解决的非线性、变系数等问题。它能支持连续系统和离散系统的仿真，支持连续离散混合系统的仿真，也支持线性和非线性系统的仿真，并且支持多种采样频率(Multirate)系统的仿真，也就是不同的系统能以不同的采样频率组合，这样就可以仿真较大、较复杂的系统。因此，各科学领域根据自己的仿真需要，以MATLAB为基础，开发了大量的专用仿真程序，并把这些程序以模块的形式都放人SIMULINK中，形成了模块库。SIMULINK的模块库实际上就是用MATLAB基本语句编写的子程序集。现在SIMULINK模块库有三级树状的子目录，在一级目录下就包含了SIMULINK最早开发的数学计算工具箱、控制系统工具箱的内容，之后开发的信号处理工具箱(DSPBlocks)、通信系统工具箱(Comm)等也并行列入模块库的一级子目录，逐级打开模块库浏览器(SIMULINKLibraryBrowser)的目录，就可以看到这些模块。 从SIMULINK41版开始，有了电力系统模块库(PowerSystemBlockset)，该模块库主要由加拿大HydroQuebec和TECSIMInternational公司共同开发。在SIMULINK环境下用电力系统模块库的模块，可以方便地进行RLC电路、电力电子电路、电机控制系统和电力系统的仿真。本书中电力电子电路的仿真就是在MATLABSIMULINK环境下，主要使用电力系统模块库和SIMULINK两个模块库进行。通过电力电子电路的仿真，不仅展示了MAT-LABSIMULINK的强大功能，并且可以学习控制系统仿真的方法和技巧，研究电路的原理和性能。本书主要是介绍电力电子电路的仿真，因此对MATLAB只介绍与本书有关的内容。MATLAB功能强大，有关MATLAB的书刊已经很多，对MATLAB更深入的要求，可以阅读其他介绍MATLAB的书籍。 现在因特网上有大量的MATLAB资源，如有关MATLAB的新消息，免费的工具箱下载，有关MATLAB的讨论和讲座等，读者可以进入这些网站，以获取更多的信息。有关MATLAB的网站很多，下面列举部分网站供读者参考，其中包括http：matlabnetshnet、http：/wwwmathworkscom、http：/mathtoolsnet、http：/matlabmyricecom(MATLAB大观园)、http：/wwwhiraincom(恒润科技，MATLAB国内代理)、http：/matlabnetshnet等。1.2 MATLAB的安装和启动将MATLAB 61版插入计算机的光驱，如果操作系统是Windows 98或Windows 2000，系统会自动进入和运行安装程序，出现图1-1所示的MATLAB启动界面，并随后出现图1-2所示的安装对话框，按照对话框的提示，点击Next键，即可完成MATLAB的安装过程。在安装过程中，需要输入用户名称、公司及产品注册码等。在安装过程中，可以选择安装组件，如果计算机磁盘空间不足，可以减少一些暂时不用组件的安装。图1-1 MATLAB启动界面 在MATLAB安装结束时，可以选择 “立即重新启动计算机”或“暂不重启计算机”。安装完成后，在Windows桌面上会自动生成MATLAB的快捷方式图标。图1-2 MATLAB安装对话框不同版本的MATLAB安装过程会略有差异，但大体是相同的。1.3 MATLAB环境 在桌面上双击MATLAB快捷方式图标，或者在开始菜单里点击MATLAB的选项，即可进入MATLAB环境。进入MATLAB环境，即打开了MATLAB窗口(见图1-3)。环境包括MATLAB标题栏、主菜单栏和常用工具栏。在默认显示状态时，在工具栏下有三个子窗口，左边上方窗口显示MATLAB联机说明书目录或工作间的内容，两者可以通过子窗口下方的Launch Pad和Workspace键切换。左边下方窗口将显示已执行的命令(Command History)。右方窗口是MATLAB的命令子窗口，这是MATLAB的主要工作窗口，在这个窗口中，在提示符“”后逐行输入MATLAB命令，回车后，命令就能立即得到执行。图1-3 MATLAB的工作环境1.3.1 MATLAB的主菜单 MATLAB的主菜单有File、Edit、View、Web、Window和Help六项。点击菜单命令，就会显示下拉子菜单的内容。这些菜单的内容与其他应用程序的菜单区别不大，因此只选择一些主要内容进行说明。 1File(文件)菜单 (1)“New创建一个新文件，有三种文件，即“M-file、“Figure”、“Model”可选。选择“Model”即可进入SIMULINK环境，以绘制仿真模型方式对电路和系统仿真，这是本书介绍的主要仿真方式。(2)“Open”打开一个名为“work”的文件夹，这是MATLAB默认的保存文件的地方。只要文件保存时没有另外指定文件保存的路径，MATLAB系统就将文件保存在“work”文件夹中。(3)“Close Commmand Window，点击该项可以切换窗口显示。(4)“ImpoaData为打开MATLAB“work文件夹中带有mat后缀的数据文件，并将数据放到工作间(Workspace)中备用。(5)“SaveworkspaceAs”为保存工作间(Workspace)中的数据。(6)“SetPath”为打开MATLAB的路径浏览器，搜索MATLAB所有文件的路径。(7)“Preferences”可以打开一个MATLAB的参数设置对话框，供用户改变工作环境的外观和相关操作的属性。(8)“Print”为打印。2Edit(编辑)菜单 Edit(编辑)菜单中包括了撤消(Undo)、恢复(Redo)、剪切(Cut)、复制(Copy)、粘贴(Paste)、特殊粘贴(Paste SpeciM)、全选(Select A11)、清除(Delete)等命令，这些命令都要在选中目标后才能操作。另外还有窗口命令，其中包括清除命令窗口(Clear Command Window)显示的内容、清除历史命令(ClearCommandHistory)窗口内容以及清空工作间(ClearWorkspace)。3View(查看)菜单View(查看)菜单中的命令主要用来改变桌面上MATLAB子窗口打开的个数和排列，如选择Desktop LayoutDefault默认方式，则MATLAB的窗口就如图1-3所示，读者只要试验几次就知道了。4Web(万维网)菜单Web(万维网)菜单保存了Mathworks公司的三个网址，点击其中之一，即可进入该公司的相应网站。 5Window(视窗)菜单 用来查看MATLAB已经打开的窗口，并选择其中某一窗口或在不同窗口之间进行切换。 6Help(帮助)菜单 Help(帮助)菜单用于打开MATLAB的帮助窗口，用鼠标点击窗口中的帮助主题或浏览器，可以得到帮助的内容。1.3.2 MATLAB的工具栏 在MATLAB的工具栏上有九个按钮，为用户提供了常用命令的快捷方式，其功能如下： (1) 用于打开MATLAB的M文件(M-file)编辑器，用编辑器编辑一个M文件的新文件。 (2)用于打开一个已经存在的文件，它的默认方式是打开MATLABwork文件夹中的模型文件。 (3) 用于将选中的文档剪切下来，并放到粘贴板上。 (4) 用于复制选定的文档，并放到粘贴板上备用。 (5) 用于将保存在粘贴板上的文档粘贴到指定的位置上。 (6) 用于撤消最近的一次操作。 (7) 燃用于恢复最近的一次操作。 (8)用于打开$IMULINK模块库浏览器，进入$IMULINK仿真环境。 (9) 用于打开MATLAB帮助文件。1.3.3 MATlAB的命令窗口MATLAB的命令窗口(CommandWindow)是MATLAB的主要工作区，是人机对话的主要环境。在命令窗口中键人各种命令，可以得到相应的结果。图1-4所示为在命令窗口中键人了一个简单的代数计算式：10.5+3*4*(2.1+3.4)/2,回车后得到的计算结果是43.5。图1.4 MATLAB命令窗口134 MATLAB的工作间MATLAB的工作间(Workspace)是暂时存放MATLAB命令或程序的运行结果，以及程序(或命令)中出现的常数和变量的一个空间。在进人MATLAB环境时，MATLAB工作间(Workspace)就自动同时打开。在运行MATLAB程序时，程序中的变量就会存放到工作间中，程序运行的结果也以变量的形式保存在工作间中。工作间的变量可以在窗口中看到，也可以用命令who或whos查看当前工作间中的所有变量。其中，命令who只给出变量名，命令whos不仅给出变量名，还同时给出变量的大小和数据类型。用命令clear可以清空工作间中的变量和数据。第二章 MATLAB/Simulink/Power System工具箱简介 Simulink工具箱的功能是在MATLAB环境下，把一系列模块连接起来，构成复杂的系统模型；电力系统(PowerSystem)仿真工具箱是在Simulink环境下使用的仿真工具箱，其功能非常强大，可用于电路、电力电子系统、电动机系统、电力传输等领域的仿真，它提供了一种类似电路搭建的方法，用于系统的建模。 本章以MATLAB61版本为基础，首先概述Simulink和PowerSystem工具箱所包含的模块资源和SimulinkPowerSystem的模型窗口；其次介绍SimulinkPowerSystem模块的基本操作。2.1 Simulink工具箱简介 在MATLAB命令窗口中键人“Simulink命令，便可打开Simulink工具箱窗口，如图2-1所示。图2-1 Simulink模型库界面 在图2-1所示的界面左侧可以看到，整个Simulink工具箱是由若干个模块组构成的。在标准的Simulink工具箱中，包含连续模块组(Continuous)、离散模块组(Discrete)、函数与表模块组(Function&Tables)、数学运算模块组(Math)、非线性模块组(Nonlinear)、信号与系统模块组(Signals&Systems)、输出模块组(Sinks)、信号源模块组(Sources)和子系统模块组(Subsystems)等。现简要介绍电力电子电路仿真要使用的模块组和模块。电力电子电路使用的模块组有连续模块组、数学运算模块组、非线性模块组、信号与系统模块组、输出模块组、信号源模块组和子系统模块组等。211 Continous模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图22所示，共由7个标准基本模块。图22 Continous模块组212 Math Operations模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图23所示，共由25个标准基本模块。图23 Math Operations模块组213 Discontinuities模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图24所示，共由8个标准基本模块。图24 Discontinuities模块组214 Signal Routing模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图25所示，共由15个标准基本模块。图25 Signal Routing模块组215 Sinks模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图26所示，共由9个标准基本模块。图26 Sinks模块组216 Sources模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图27所示，共由18个标准基本模块。图27 Sources模块组2.2 Power System工具箱简介在MATLAB命令窗口中键入“powerlib”命令，则将得到如图28所示的工具箱。图28 电力系统工具箱界面在该工具箱中有很多模块组，主要有电源、元件、电力电子、电机系统、连接器、测量、附加、演示等模块组。双击每一个图标都可打开一个模块组。2.2.1 电源（Electrical sources）模块组电源模块组包括：直流电压源、交流电压源、交流电流源、三相电源、三相可编程电压源、受控电压源和受控电流源等基本模块。电源模块组中各基本模块及其图标如图29所示。图29 电源模块组2.2.2 测量模块组测量模块组包括：电压表、电流表、三相电压电流表、多用表、阻抗表和各种附加的子模块组等基本模块。测量模块组中各基本模块及其图标如图210所示。图210 测量模块组2.2.3 元件模块组元件模块组包括各种电阻、电容和电感元件，各种变压器元件。元件模块组中各基本模块及其图标如图211所示。图211 元件模块组2.2.4 电力电子元件模块组电力电子模块组包括二极管、晶闸管、MOS场效应管、可关断晶闸管、IGBT、理想开关、三电平变流器桥等模块，此外还有2个附加的控制模块和一个通用变流桥。电力电子模块组中各基本模块及其图标如图212所示。图212 电力电子模块组2.2.5 连接器模块组连接器模块组包括10个常用的连接器模块。连接器模块组各基本模块及其图标如图213所示。图213 连接器模块组2.2.6 附加模块组附加模块组则包括了上述各模块组中各个附加子模块组。附加模块组各基本模块及其图标如图214所示。图214 附加模块组23 Simulink/Power System的模型窗口当按下“File”文件菜单中的“New”子菜单时，就弹出无标题名称的“untitled”新建模型窗口（图215所示）。Simulink和/Power System的模型窗口是相同的。图215 Simulink和/Power System的模型窗口窗口的第二行是模型窗口的主菜单，第三行是工具栏，最下方是状态栏。在工具栏与状态栏之间的窗口（此处作了缩小）例模型、修改模型及仿真的操作平台。231 模型窗口的菜单Simulink和/Power System的模型窗口的主菜单有文件、编辑、查看、仿真、格式设定、工具与帮助七项菜单选项。1 File（文件）菜单New(Ctrl+N）：创建新的模型或模块库。Open(Ctrl+O)：打开模型。Close(Ctrl+W)：关闭模型。Save(Ctrl +S)：保存当前的模型文件(路径、子目录、文件名都不变)Save as：将模型文件另外保存(改变路径、子目录、文件名)。Sources control：源项控制。Model properties：模型属性。Preferences：仿真属性。Print (Cai+P)：打印模型。Print setup：打印机设置。Exit MATLAB(Ctrl+Q)：退出MATLAB2Edit(编辑)菜单UndoAdd(Ctrl+Z)：撤销前次操作。Cant redo(Ctrl+Y)：恢复前次操作。Cut(Ctrl + X)：剪切当前选定的内容，并放在剪贴板上。Copy(Ctrl +C)：将当前选定的内容复制到剪贴扳。Paste(Ctrl +V)：将剪贴扳上的内容粘贴到当前光标所在位置。Clear(Delete)：清除选定内容。Select all(Ctrl +A)：选择整个窗口。 3View (查看)菜单Status bar：，显示或隐藏状态栏。 Model browser options：模型浏览器。Block data options：当鼠标位于模块上方时显示模块内部数据.Zoom in：放大模型显示比例。Zoom out：缩小模型显示比例.Fit system view：自动选择最合适的显示比例。Normal(100)：以正常工作比倒(100)显示模型4Simulation(仿真)菜单start (Ctrl +T)：启动或暂停仿真。stop：停止仿真。Simulation parameters (Ctrl +E)：设置仿真参数Normal：常规标准仿真。Accelerator：加速仿真。5Format(格式设定)菜单Font：字体选择。Text alignment ：文字对齐方式。Flip name：模块标题名称上下换位。Hide name：显示隐藏模块名。Flip block(Ctrl+1)：将功能模块图旋转180。Rotate block(Ctrl +R)：将功能模块图顺时针旋转90*。Show drop Shadow：显示或隐藏模块的阴影。Show port labels：显示或隐藏子系统输入输出字符与空框或有示意图框Foreground color：设置前景颜色。Background color：设置背景颜色。Screen color：设置屏幕颜色。Library link display：库的联接显示。Sample time colors：给不同采样时间序列填加颜色Wide nonscalar lines：用宽信号线表示向量信号。Signal dimensions：设置向量信号的宽度。Port data types：标明端口数据的类型。6Tools(工具)菜单和Help(帮助)菜单由于“工具”菜单应用较少，“帮助”菜单容易看懂，故此处不作具体介绍。232 模型窗口工具栏模型窗口中主菜单下面是工具栏(见图215)，工具栏有15个按钮，用来执行最常用的15个功能，归纳起来可分为5类。图215所示的Simulink模型窗口工具栏自左到右有15个按钮，其功能分述如下。1文件管理类文件管理类包括4个按钮：第1个按钮：单击该按钮将创建一个新模型文件，相当于在主菜单“File中执行“New命令。第2个按钮：单击该按钮将打开一个已存在的模型文件，相当于在主菜单“File中执行“Open命令。第3个按钮：单击该按钮将保存模型文件，相当于在主菜单“File中执行“Save”命令。第4个按钮：单击该按钮将打印模型文件，相当于在主菜单“File中执行“Print”命令。2对象管理类对象管理类包括以下3个按钮：第5个按钮：单击该按钮，将选中的模型文件剪切到剪贴板上，相当于在主菜单“Edit” 中执行“Cut”命令。第6个按钮：单击该按钮，将选中的模型文件复制到剪贴板上，相当于在主菜单“Edit”中执行“Copy”命令。第7个按钮：单击该按钮，将剪贴板上的内容粘贴到模型窗口的指定位置，相当于在主菜单“Edit中执行“Paste命令。3命令管理类命令管理类包括以下两个按钮：第8个按钮：单击该按钮将撤销前次操作，相当于在主菜单“Edit中执行“Undo Delete”命令。第9个按钮：单击该按钮将重复前次操作，相当于在主菜单“Edit中执行“Redo Delete”命令。4窗口切换类窗口切换类包括以下4个按钮：第10个按钮：单击该按钮将打开Simulink库浏览器，相当于在主菜单项“View”中执行“Show Library Browser”命令。第11-13个按钮：此3个按钮用来切换到触发模型浏览器。5仿真控制类仿真控制类包括以下两个按钮：第14个按钮：单击该按钮将启动或暂停仿真，相当于在主菜单项“Simulation”中执行“Star/Pause”命令；第15个按钮：单击该按钮将停止仿真，相当于在主菜单项“Simulation”中执行“Stop”命令。24 Simulink/Power System模块的基本操作Simulink和Power System模块的基本操作是相同的。下面的操作方法对Simulink和Power Power System模块的操作均适用。 241 模块的选定、复制、移动与删除等1模块的选定模块选定(即选中)是许多其他操作如删除、剪切、复制的“前导性”操作。选中模块的方法有以下两种：（1)用鼠标左键单击待选模块，当模块的四个角处出现小黑块时，表示模块被选中。（2)如果要选择一组模块，可以按住鼠标左键拉出一个矩形虚线框，将所有要选的模块框在其中，然后松开鼠标左键，当矩形里所有模块的四个角处都出现小黑块时，表示所有模块被同时选中。 关于模块的选取还有以下两点需说明： 1)如果在被选中模块的图标上再次单击左键，取消了对该模块的选取。 2)如果想选取不连续的多个模块，但是用拖曳方框的方式又会选取到我们不想要的模块此时可以按住Shift，键，再按住鼠标左键来拖动一个矩形虚线框，这样一个一个地选取。2模块的复制从模块组中复制模块的操作方法是：在模块组中将鼠标箭头指向待选模块，用鼠标左键单击它，当待选模块四个角处出现小黑块时，表示已经被选中，校住鼠标左键不放，将所选模块拖动到“untitled”模型窗门里的目标位置，松开鼠标左键，则在“untitled，模型窗口里的某个位置上就有一个与待选模块完全相向的模块图标，这样就完成了从模块组中复制模块的操作。 在“untitled模型窗口里复制模块的方法有以下两种：（1)首先选中待复制模块，运行“Edit”菜单中的“Copy命令；然后将光标移到要粘贴的地方，控下鼠标左键；看到选定的模块恢复原状，在选定的位督上再运行“Edit菜单中的“Paste命令即可：新复制的模块和原装模块的名称会自动编号，以示区别。（2)另一种简单的复制操作是先按下键不放，然后将鼠标移到需复制的模块上，注意鼠标指针的变化，如果多厂一个小小的”加号”，就表示可以复制了。把鼠标光标拖动到目的位置后，松开鼠标左键，这样就完成了复制工作。3模块的移动模块移动操作非常简单：将光标置于待移动模块的图标上，然后按住鼠标左键不放，将模块图标拖动到目的地放开鼠标左键，模块的移动即可完成，、注意：模块移动时，它与其他模块的连线也随之移动，4模块的删除和粘贴对选中模块的删除和粘贴可以按如下方法操作：（1）按“Delete”键，把选定模块删除。（2）选择“Edit”菜单中的“Cut”命令将选定的模块移到剪贴板后，重新粘贴。5改变模块对象的大小用鼠标选样对象模块图标，再将鼠标移到模块对象四周的控制小块处，鼠标指针将会变成双箭头的“”，“”、“或“”形状，此时按住鼠标左键不放，拖曳鼠标，待对象图标大小符合要求时放开鼠标左键，这样就可改变模块对象田标的大小。6改变模块对象的方向一个标准功能模块就是一个控制环节。在绘制控制系统模迎方框图即连接模块时，要特别注意模块的输入、输出口模块间的信号流向。在SiamlinkPower System中，总是由模块的输入端口接受信号，其端口位于模块左侧；输出端口发送(出)信号，其端口位于模块右侧。但是在绘制反馈通道时则会有相反的要求，即输入端口在模块右侧，输出端口在模块左侧。这时可按以下操作步骤来实现：用鼠标选中模块对象，利用“untitled”的主菜单项”Format”下拉菜中的“Flip Block”或者“Rotate Block”命令，如果选择“Flip Block”或者直接按键，即可将功能模块旋转180度；如果选择“Rotate Block或者直接按健，即可将功能模块顺时针旋转90度。242 模块的连接当把组成一个控制系统所需的环节模块都复制到“untitled模型窗口后，如果不用信号线将这些模块图标连接起来，则它并不描述一个控制系统。当用信号线将各个模块图标连接成一个控制系统后，即得到所谓的系统模型。要说明模块的连接首先需要介绍信号线的使用。1信号线的使用信号线的作用是连接功能模块。在模型窗口里，拖动鼠标箭头可以在模块的输入与输出之间连接信号线。为了连接两个模块的端口，可撞住鼠标的左健，单击输入或输出端口，看到光标变为“+”字形以后拖曳“+“字图形符号到另外一个端口，鼠标指针将变成双“+”字形状然后放开鼠标左健。则一根最简单的信号线就连成了，带连线的箭头表示信号的流向。对信号线的操作和对模块操作一样，也需先选中信号线(鼠标左健单击该线)，被选中的信号线的两端出现两个小黑块，这样就可以对读信号线进行其他操作了，如改变其粗细、对其设置标签，也可以把信号线折弯、分支，甚至删除。2向量信号线与线型设定对于向量信号线在“untitled“模型窗口里，可选中主菜单”Format”下的“signal dimensions”命令，对模型执行完“Simulation”下的“Start命令后，传输向量的信号线就会变粗。变粗了的线段表示诙连接线上的信号为向量形式。3信号线的标签设置在信号线上双击鼠标左键，即可在信号线的下部拉出一个矩形框，在矩形框内的光标处可输入该信号线的说明标签，既可输入西文字符，也可辖入汉字字符。标签的信息内容如果很多，还可以用键换行输人。如果标签信息有错或者不妥，可以重新选中再进行编辑修改。4信号线折弯选中信号线，按住键，再用鼠标左健在要折弯的地方单击一下现一个小圆圈，表示折点，利用折点就可以改变信号线的形状。 选中信号线将鼠标指到线段端头的小黑块上，直到箭头指针变为“O“形，按住鼠标左键。拖曳线段，即可将线段以直角的方式折弯。如果不想以直角的方式折弯，也可以在线段的任一位置将线段以任意角度折弯。5信号线分支选中信号线，按住健，在要建立分支的地方按住鼠标左键并拉出即可。另外一种方法是：将鼠标指到要引出分支的信号线段上，按住鼠标右健拖曳鼠标，即可拉出分支线。6信号线的平行移动将鼠标指到要平行移动的信号线段上，按住鼠标左健不放鼠标指针变为十字箭头形水平成垂直方向拖曳鼠标移到目的位置，松开鼠标左健，信号线的平行移动即完成。7信号线与模块分离将鼠标指针放在想要分离的模块上，按住(Shift)健不放，再用鼠标把模块拖曳到别处，即可把模块与连接线分离。8信号线的删除选定要删除的信号线，按(delete)键，即可把选中的信号线删除。243模块标题名称、内部参数的修改在实际工程中，那些被复制的标准模块的标题名称和内部参数常常需作一定的修改。1标题名称的修改模块标题名称是指标识模块图标的字符串，通常模块标题名称设置在模块图标的下方，也可以将模块标题名称设置在模块图标的上方。对用户所建模型窗口中模块标题名称进行修改的方法如下：（1)用鼠标左键单击功能模块的标题，在原模块标题外拉出一矩形框，按住鼠标左键，选取要修改的标题字符部分，使之增亮呈反相显示。（2)按(Enter)键，反相显示的、要修改的部分字符立即被删除，重新输入新的标题信息(中西文字符均可)。(3)用鼠标左键单击窗口中的任一地方，修改工作结束。如果重新输入新的标题信息内容很多，可以按Enter)键换行输入。2模块内部参数设置在模型窗口中，双击待修改参数的模块图标，打开功能模块内部参数设置对话框，然后通过改变对话框相关栏目中的数据便可。第三章 电力电子电路仿真实训运用现代仿真技术是学习、研究和设计电力电子电路的高效便捷的方法。实训一 单相半波可控整流电路仿真实训一、电路原理图单相半波可控整流电路如图3-1所示。电路由交流电源、晶闸管、负载以及触发电路组成。改变晶闸管的控制角可以调节输出直流电压和电流的大小。该电路的仿真过程可以分为建立仿真模型、设置模型参数 和观察仿真结果。图3-1 单相半波可控整流电路原理图二、建立仿真模型1建立一个仿真模型的新文件。在MATLAB的菜单栏上点击File，选择New，再在弹出菜单中选择Model，这时出现一个空白的仿真平台，如图32所示。在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。图32 仿真模型窗口2提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击图标调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。组成单相半波整流电路的元器件有交流电源、晶闸管、RLC负载。3将电路元器件模块按单相整流的原理图连接起来组成仿真电路。如图33所示。图33 单相半波整流电路电阻负载模型三、设置模型参数设置模型参数时保证仿真准确和顺利的重要一步。有些参数由仿真任务决定，如电压、电流等，有些参数是需要通过通过仿真来确定的。设置模型参数可以 双击模块图标弹出参数设置对话框，然后按框中提示输入，若有不清楚的地方可以借助help帮助。在本例中，参数设置如下：1交流电源。电压为220V，频率 为50Hz，初始相位为0，如图34所示。图34 电源电压参数设置对话框2晶闸管。晶闸管直接使用了模型的默认参数，也可以另外设置，如图35所示。图35 晶闸管参数设置对话框3负载RLC。根据负载要求设置。如图36所示。图36 负载RLC参数设置对话框4晶闸管的触发电路。本实训晶闸管的触发采用简单的脉冲发生器来产生。控制角以脉冲的延迟时间来表示，如图37所示。图37 脉冲发生器参数设置对话框四、模型仿真在模型开始仿真前还必须首先设置仿真参数。在菜单中选择Simulation，在下拉菜单中选择Simulation parameters，在弹出的对话框中设置的项目很多。主要有开始时间、终止时间、仿真类型等。本实训的仿真参数设置如图38所示。图38 仿真参数设置对话框在参数设置完毕后即可以开始仿真。在菜单Simulation下选择Start，立即开始仿真，若要中途停止仿真可以选择Stop。在仿真计算完成后即可以通过示波器来观察仿真的结果。在需要观察的点上放置示波器，双击示波器图标，即弹出示波器窗口显示输出波形。1 电阻性负载时的仿真波形。图39、图310、图311、图312分别是0、30、90、150时仿真波形。图39 0时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形图310 30时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形图311 90时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形图312 150时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形2电阻电感负载接续流二极管时的仿真。如果要研究电感性负载时电路工作情况，只需重新设置负载参数。设R的值为2，L的值为0.01H，在负载并接二极管，仿真模型如图313所示。再次启动仿真得到图314、图315和图316所示波形。如图所建，电感中电流在启动时，有一上升过程，一个周期后进入稳态，电流是连续的。图313 单相半波整流电路电阻电感负载接续流二极管模型图314 0时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形图315 90时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形图316 90时晶闸管、二极管两端电压及流过晶闸管、二极管电流波形实训二 单相桥式半控整流电路仿真实训一、电路原理图单相桥式半控整流电路如图3-17所示。电路由交流电源、晶闸管、负载以及触发电路组成。改变晶闸管的控制角可以调节输出直流电压和电流的大小。该电路的仿真过程可以分为建立仿真模型、设置模型参数 和观察仿真结果。图3-17 单相桥式半控整流电路原理图二、建立仿真模型1建立一个仿真模型的新文件。在MATLAB的菜单栏上点击File，选择New，再在弹出菜单中选择Model，这时出现一个空白的仿真平台，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。2提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击图标调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。组成单相半波整流电路的元器件有交流电源、晶闸管、RLC负载。3将电路元器件模块按单相桥式半控整流的原理图连接起来组成仿真电路。如图318所示。图318 单相桥式半控整流电路电阻负载模型三、设置模型参数设置模型参数时保证仿真准确和顺利的重要一步。有些参数由仿真任务决定，如电压、电流等，有些参数是需要通过通过仿真来确定的。设置模型参数可以 双击模块图标弹出参数设置对话框，然后按框中提示输入，若有不清楚的地方可以借助help帮助。方法与实训一相同。四、模型仿真在参数设置完毕后即可以开始仿真。在菜单Simulation下选择Start，立即开始仿真，若要中途停止仿真可以选择Stop。在仿真计算完成后即可以通过示波器来观察仿真的结果。在需要观察的点上放置示波器，双击示波器图标，即弹出示波器窗口显示输出波形。1 电阻性负载时的仿真波形。图319、图320、图321、图322分别是0、30、90、150时仿真波形。图319 0时输出电压和电流波形图320 30时输出电压和电流波形图321 90时晶闸管VT1和二极管VD4两端电压和电流波形图322 150时输出电压和电流波形2电阻电感负载接续流二极管时的仿真。如果要研究电感性负载时电路工作情况，只需重新设置负载参数。设R的值为2，L的值为0.01H，在负载并接二极管，仿真模型如图323所示。再次启动仿真得到图324、图325和图326所示波形。如图所示，电感中电流在启动时，有一上升过程，一个周期后进入稳态，电流是连续的。图323 单相桥式半控整流电路电阻电感负载接续流二极管模型图324 30时输出电压和电流波形图325 90时输出电压和电流波形图326 90时晶闸管VT1和二极管VD4两端电压和电流波形实训三 单相桥式全控整流电路仿真实训一、电路原理图单相桥式全控整流电路如图3-27所示。电路由交流电源、晶闸管、负载以及触发电路组成。改变晶闸管的控制角可以调节输出直流电压和电流的大小。该电路的仿真过程可以分为建立仿真模型、设置模型参数 和观察仿真结果。图3-27 单相桥式全控整流电路原理图二、建立仿真模型1建立一个仿真模型的新文件。在MATLAB的菜单栏上点击File，选择New，再在弹出菜单中选择Model，这时出现一个空白的仿真平台，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。2提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击图标调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。3将电路元器件模块按单相桥式全控整流的原理图连接起来组成仿真电路。如图328所示。图328单相桥式全控整流电路电阻负载模型三、设置模型参数设置模型参数时保证仿真准确和顺利的重要一步。有些参数由仿真任务