教學(xué)內(nèi)容第1章緒論第2章整流電路的仿真設(shè)計第3章直流斬波電路的仿真設(shè)計第4章逆變電路的仿真設(shè)計第5章交直流拖動系統(tǒng)的仿真設(shè)計第1章緒論1.1MATLAB仿真軟件簡介1.2Simulink環(huán)境簡介1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.1MATLAB仿真軟件簡介MATLAB能將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言的編輯模式。MATLAB仿真軟件對許多專業(yè)領(lǐng)域都開發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱，比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、信號處理、圖像處理、金融分析、實(shí)時快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等等，為用戶提供了大量方便的處理工具和仿真案例。1.2Simulink環(huán)境簡介1.2.1打開Simulink的方式主界面工具欄菜單按鈕主界面命令窗口輸入“simulink”，進(jìn)入模型庫瀏覽器窗口

主界面菜單欄單擊“New”，選在“SimulinkModel”，直接進(jìn)入仿真窗口圖1-1MATLAB主界面打開Simulink模型庫瀏覽器窗口，單擊圖1-2Simulink模型庫瀏覽器窗口圖1-3Simulink仿真窗口選擇“NewModel”1.2Simulink環(huán)境簡介1.2.1打開Simulink的方式圖1-2所示的Simulink模型庫瀏覽器界面包含了各種功能模塊，能滿足不同專業(yè)、不同功能要求的仿真，圖1-4所示為通用功能模塊。圖1-4Simulink通用功能模塊1.2Simulink環(huán)境簡介1.2.2Simulink仿真窗口菜單命令File(文件)1.2Simulink環(huán)境簡介1.2.2Simulink仿真窗口菜單命令View(查看)1.2Simulink環(huán)境簡介1.2.2Simulink仿真窗口菜單命令Display(顯示)1.2Simulink環(huán)境簡介1.2.2Simulink仿真窗口菜單命令Diagram(圖像)1.2Simulink環(huán)境簡介1.2.2Simulink仿真窗口菜單命令Simulation(仿真)1.2Simulink環(huán)境簡介1.2.2Simulink仿真窗口菜單命令A(yù)nalysis(分析)1.2Simulink環(huán)境簡介1.2.2Simulink仿真窗口菜單命令Code(代碼)1.2Simulink環(huán)境簡介1.2.2Simulink仿真窗口菜單命令Tools(工具)1.2Simulink環(huán)境簡介1.2.2Simulink仿真窗口菜單命令Help(幫助)1.3SimPowerSystems模塊庫簡介SimPowerSystems是進(jìn)行電力電子系統(tǒng)仿真的常用工具之一，它關(guān)注器件的外特性、易于與控制系統(tǒng)相連接。SimPowerSystems模塊庫中包含了電源、電感變壓器等各類元器件、電力電子器件及模塊、各類電機(jī)及其驅(qū)動模塊、測量與控制模塊，使用上述模塊結(jié)合Simulink通用控制模塊即可進(jìn)行電力電子電路系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、電力拖動等仿真。需要注意的是，SimPowerSystems中的模塊必須連接在電回路中，即模塊中流通的是能量流；但Simulink通用控制模塊必須連接在信號回路中，即模塊中流通的是信號流，兩者無法直接相連，需增加兩者連接模塊。1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.1電源庫SimPowerSystems中的電源庫(ElectricalSources)中的電源模塊，包括交流電流源、交流電壓源、可控電流源、可控電壓源、直流電壓源、三相電源以及三相可編程電壓源。1)交流電壓源圖1-5交流電壓源模塊及參數(shù)設(shè)置(1)Peakamplitude(V)：交流電壓峰值(V)；(2)Phase(deg)：交流電壓初始相位角(deg)；(3)Frequency(Hz)：交流電壓頻率(Hz)；(4)Sampletime：信號采樣時間，默認(rèn)為0；(5)Measurements：測量選項(xiàng)，默認(rèn)為無測量(None)。1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.1電源庫2)直流電壓源圖1-6直流電壓源模塊及參數(shù)設(shè)置(1)Amplitude(V)：直流電壓幅值(V)；(2)Measurements：測量選項(xiàng)，默認(rèn)為無測量(None)。1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.1電源庫3)三相可編程電壓源圖1-7三相可編程電壓源模塊及參數(shù)設(shè)置(1)Positive-sequence[Amplitude(VrmsPh-Ph)Phase(deg.)Freq.(Hz)]：正序分量設(shè)置，包括線電壓有效值(V)、初始相位角(deg)以及基波頻率(Hz)；(2)Timevariationof：時變參數(shù)設(shè)置，默認(rèn)為無突變(None)，可選時變參數(shù)為幅值(Amplitude)、相位(Phase)以及頻率(Frequency)；當(dāng)選擇某一時變參數(shù)后會出現(xiàn)有關(guān)時變量的設(shè)置(Typeofvariation)，包括階躍突變(Step)、斜坡突變(Ramp)、調(diào)制突變(Modulation)以及按幅值表圖表(Tableoftime-amplitudepairs)，在具體選擇某一種突變時，可進(jìn)一步設(shè)置突變起始時間、大小等等；(3)Fundamentaland/orHarmonicgeneration：基波和/或諧波生成，可分別設(shè)置A相B相的諧波次數(shù)(Order(n)，當(dāng)n為1時即為生成基波分量)、諧波幅值(Amplitude(pu)，為相對基波信號的標(biāo)幺值)、諧波初始相位(Phase(degree))以及諧波相序(Seq(0,1or2)，0為零序、1為正序、2為負(fù)序)，同時還可設(shè)置基波和/或諧波的起始時間。1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.2元器件庫SimpowerSystems中的元器件庫(Elements)包含了斷路器、分布式電纜、多種變壓器、各類串并聯(lián)RLC支路、三相電網(wǎng)故障模塊等。1)斷路器圖1-8斷路器模塊及參數(shù)設(shè)置(1)Initialstatus：斷路器初始狀態(tài)設(shè)置，為0表示初始斷開，為1表示初始閉合；(2)Switchingtimes(s)：斷路器開關(guān)時間設(shè)置，為從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粻顟B(tài)的時間段，如當(dāng)初始狀態(tài)為0時，所設(shè)置時間段即代表1，反之亦然；(需要注意：開關(guān)時間設(shè)置只有在不勾選外部控制信號(External)時可設(shè)，當(dāng)勾選外部控制信號時，圖1-8所示的斷路器將變?yōu)閮啥丝谄骷?；(3)BreakerresistanceRon(Ohm)：斷路器閉合時等效電阻值，不可設(shè)置成0；(4)SnubberresistanceRs(Ohm)：斷路器緩沖電阻，默認(rèn)為1e6，設(shè)置成inf則可忽略此電阻；(5)SnubbercapacitanceCs(F)：斷路器緩沖電容，默認(rèn)為inf，設(shè)置成0則可忽略此電容；(6)Measurements：測量選項(xiàng)，默認(rèn)為無測量(None)。1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.2元器件庫2)串聯(lián)RLC支路圖1-9串聯(lián)RLC支路模塊及參數(shù)設(shè)置(1)Branchtype：支路類型，可設(shè)置成R、L、C、RL、RC、LC、RLC以及開路等；(2)Resistance(Ohms)：支路電阻值；(3)Inductance(H)：支路電感值，通過勾選初始值選項(xiàng)(Settheinitialinductorcurrent)進(jìn)行電感初始電流值設(shè)置；(4)Capacitance(F)：支路電容值，通過勾選初始值選項(xiàng)(Settheinitialcapacitorvoltage)進(jìn)行電容初始電壓值設(shè)置；(5)Measurements：測量選項(xiàng)，默認(rèn)為無測量(None)。1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.2元器件庫3)線性變壓器圖1-10線性變壓器模塊及參數(shù)設(shè)置(1)Units：單位設(shè)置，可設(shè)置成標(biāo)幺值pu或國際單位制SI；(2)Nominalpowerandfrequency[Pn(VA)fn(Hz)]：變壓器額定功率(VA)和頻率(Hz)設(shè)置；(3)Winding1parameters[V1(Vrms)R1(pu)L1(pu)]：原邊繞組參數(shù)設(shè)計，包含電壓有效值、電阻電感標(biāo)幺值；(4)Winding2parameters[V2(Vrms)R2(pu)L2(pu)]：副邊繞組1參數(shù)設(shè)計，包含電壓有效值、電阻電感標(biāo)幺值；(5)Winding3parameters[V3(Vrms)R3(pu)L3(pu)]：副邊繞組2參數(shù)設(shè)計，包含電壓有效值、電阻電感標(biāo)幺值；(當(dāng)不勾選此項(xiàng)時，表示副邊只有一套繞組)(6)Magnetizationresistanceandinductance(Rm(pu)Lm(pu))：磁化電阻電感值設(shè)置，標(biāo)幺值；(7)Measurements：測量選項(xiàng)，默認(rèn)為無測量(None)。1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.3電機(jī)庫SimPowerSystems中的電機(jī)庫(Machines)包含了直流電機(jī)(DCMachine)、多種異步電機(jī)(AsynchronousMachines)、多種同步電機(jī)(SynchronousMachines)以及步進(jìn)電機(jī)(StepperMotor)、開關(guān)磁阻電機(jī)(SwitchedReluctanceMotor)等模塊1)直流電機(jī)圖1-11直流電機(jī)模塊電機(jī)本身有6個端口，機(jī)械輸入端口(可在Mechanicalinput中設(shè)置，為信號流)，測量輸出端口(如圖1-12所示)，可實(shí)時讀取電機(jī)運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)，電樞回路端口A+及A-，勵磁回路端口F+和F-。圖1-12測量輸出端口1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.3電機(jī)庫1)直流電機(jī)圖1-13直流電機(jī)配置及參數(shù)設(shè)置對話框(1)Presetmodel：前置模型，該功能中嵌入了多種類型的電機(jī)模型供仿真選型，如圖1-14所示，當(dāng)選定某一電機(jī)類型時，Parameters設(shè)置對話框?qū)@示對應(yīng)電機(jī)參數(shù)、無法編輯；反之當(dāng)不選定某一電機(jī)類型時，可在Parameters設(shè)置對話框中輸入實(shí)際電機(jī)參數(shù)進(jìn)行仿真。(2)Mechanicalinput：機(jī)械輸入端口，支持轉(zhuǎn)矩輸入(TorqueTL)，此時電機(jī)轉(zhuǎn)速由電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)矩、負(fù)載同時決定；同時轉(zhuǎn)速輸入(Speedw)以及機(jī)械軸連接(Mechanicalrotationalport)。(3)Fieldtype：磁場類型，可設(shè)置為繞線型(Wound)或永磁型(Permanentmagnet)。(4)Measurementoutput：測量輸出，可勾選“使用信號名稱標(biāo)識”選項(xiàng)(Usesignalnamestoidentifybuslabels)。1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.3電機(jī)庫1)直流電機(jī)圖1-13直流電機(jī)配置及參數(shù)設(shè)置對話框電機(jī)參數(shù)設(shè)置對話框中可設(shè)參數(shù)包括：(1)Armatureresistanceandinductance[Ra(Ohms)La(H)]：電樞電阻及電感值；(2)Fieldresistanceandinductance[Rf(Ohms)Lf(H)]：勵磁回路電阻及電感值；(3)Field-armaturemutualinductanceLaf(H)：電樞回路、勵磁回路互感值；(4)TotalinertiaJ(kg?m^2)：轉(zhuǎn)動慣量；(5)ViscousfrictioncoefficientBm(N?m?s)：粘滯摩擦系數(shù)；(6)CoulombfrictiontorqueTf(N?m)：庫倫摩擦轉(zhuǎn)矩；(7)Initialspeed(rad/s)：初始轉(zhuǎn)速；(8)Initialfieldcurrent：初始勵磁電流。1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.3電機(jī)庫1)直流電機(jī)圖1-13直流電機(jī)配置及參數(shù)設(shè)置對話框圖1-14直流電機(jī)預(yù)置類型1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.4電力電子庫SimpowerSystems中的電力電子器件庫(PowerElectronics)包含了分立二極管、晶閘管、多種全控型器件、多種斬波電路、兩電平三電平逆變電路以及通用橋模塊等，如圖1-15所示，可進(jìn)行豐富的電力電子技術(shù)相關(guān)仿真。圖1-15電力電子器件庫1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.4電力電子庫圖1-16晶閘管模塊1)晶閘管圖1-17晶閘管模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1-18晶閘管參數(shù)設(shè)置對話框(1)ResistanceRon(Ohms)：晶閘管內(nèi)部電阻；(2)InductanceLon(H)：晶閘管內(nèi)部電感；(3)ForwardvoltageVf(V)：晶閘管正向電壓，即導(dǎo)通壓降；(4)InitialcurrentIc(A)：初始電流值，默認(rèn)為0、即仿真從器件關(guān)斷狀態(tài)開始；(5)SnubberresistanceRs(Ohms)：吸收電路電阻；(6)SnubbercapacitanceCs(F)：吸收電路電容；(7)Showmeasurementport：勾選是否保留輸出顯示端口。1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.4電力電子庫圖1-20IGBT模塊2)絕緣柵雙極性晶體管圖1-21IGBT參數(shù)設(shè)置對話框(1)ResistanceRon(Ohms)：IGBT內(nèi)部電阻；(2)InductanceLon(H)：IGBT內(nèi)部電感；(3)Forwardvoltage(V)：IGBT正向電壓，即導(dǎo)通壓降；(4)Current10%falltimeTf(s)：電流下降時間，具體是指器件關(guān)斷信號開始到電流Ic下降至10%最大值的時間；(5)CurrenttailtimeTt(s)：電流拖尾時間，具體是指Ic從10%最大值下降至0的時間；(6)InitialcurrentIc(A)：初始電流值，默認(rèn)為0、即仿真從器件關(guān)斷狀態(tài)開始；(7)SnubberresistanceRs(Ohms)：吸收電路電阻；(8)SnubbercapacitanceCs(F)：吸收電路電容；(9)Showmeasurementport：勾選是否保留輸出顯示端口。1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.4電力電子庫圖1-22通用橋模塊3)通用橋模塊圖1-23通用橋參數(shù)設(shè)置對話框(1)Numberofbridgearms：橋臂數(shù)目，可設(shè)置成1、2、3，分別代表半橋、單相全橋以及三相橋式結(jié)構(gòu)；(2)SnubberresistanceRs(Ohms)：吸收電路電阻；(3)SnubbercapacitanceCs(F)：吸收電路電容；(3)PowerElectronicdevice：電力電子器件類型選擇，可選擇二極管、晶閘管、GTO/Diodes、MOSFET/Diodes、IGBT/Diodes、理想開關(guān)(IdealSwitches)等等；(4)Ron(Ohms)：器件內(nèi)阻；(5)Lon(H)：器件的內(nèi)部電感；(6)Measurements：測量模塊選擇，需要注意的是由于通用橋模塊沒有輸出顯示端口，若想觀察通用橋中某一器件電壓電流時，必須通過Measurements下拉菜單選擇進(jìn)行，在后續(xù)仿真時再進(jìn)行詳細(xì)介紹。1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.5控制與測量庫SimpowerSystems中的控制與測量庫(Control&Measurements)包含了濾波器庫、邏輯運(yùn)算庫、測量庫、鎖相環(huán)庫、脈沖及信號生成庫以及坐標(biāo)變換庫等，如圖1-24所示，可配合完成各類電氣測量、控制等。圖1-24控制與測量庫1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.5控制與測量庫圖1-25測量庫1)測量庫控制與測量庫中的測量模塊是指數(shù)學(xué)角度的測量，比如進(jìn)行傅里葉分析、有功無功功率計算、平均值有效值計算、諧波分析以及相序分析等等。1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.5控制與測量庫圖1-26可編程定時器及參數(shù)設(shè)置2)脈沖及信號生成庫脈沖及信號生成庫可提供各類電力電子器件的各種門極觸發(fā)信號，即可為分立器件提供也可為集成模塊提供，需要注意的是，脈沖及信號生成庫中的所有模塊流通的都是信號流，即作為控制信號使用。可編程定時器①

Times(s)：輸出不同信號所對應(yīng)的時間點(diǎn)，以秒為單位；②

Amplitude：不同時間點(diǎn)所對應(yīng)的輸出幅值，需要注意的是輸出幅值數(shù)目必須與時間點(diǎn)數(shù)目完全一致，否則報錯；③

Sampletime：采樣時間。1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.5控制與測量庫圖1-27六脈沖生成模塊及參數(shù)設(shè)置2)脈沖及信號生成庫脈沖及信號生成庫可提供各類電力電子器件的各種門極觸發(fā)信號，即可為分立器件提供也可為集成模塊提供，需要注意的是，脈沖及信號生成庫中的所有模塊流通的都是信號流，即作為控制信號使用。六脈沖生成模塊輸入端一共有三個信號，其中alpha為三相橋式電路的控制移相角，以度為單位；wt為三相橋式電路所接入三相交流電網(wǎng)的角度值，可通過鎖相環(huán)模塊獲取，該參數(shù)主要用來實(shí)現(xiàn)六脈沖的同步觸發(fā)；Block是控制端口，默認(rèn)設(shè)置為0。輸出端P為六脈沖合成信號，合成順序?yàn)閜ulse1~pulse6。①

Generatortype：脈沖生成方式，可選六脈沖或十二脈沖；②

Pulsewidth(degree)：脈沖寬度，單位為度；③

Doublepulsing：勾選此選項(xiàng)即為雙脈沖輸出，否則為單脈沖輸出；④

Samplingtime：采樣時間。1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.5控制與測量庫圖1-28脈沖生成模塊及參數(shù)設(shè)置2)脈沖及信號生成庫脈沖及信號生成庫可提供各類電力電子器件的各種門極觸發(fā)信號，即可為分立器件提供也可為集成模塊提供，需要注意的是，脈沖及信號生成庫中的所有模塊流通的都是信號流，即作為控制信號使用。脈沖生成模塊①

Pulsetype：脈沖類型，可選基于時間的(Timebased)或基于采樣的(Samplebased)；②

Time(t)：時間基準(zhǔn)，可選采樣時間(Usesimulationtime)或外部信號(Usseexternalsignal)；③

Amplitude：輸出脈沖幅值；④

Period(secs)：輸出脈沖周期，以秒為單位；⑤

PulseWidth(%ofperiod)：輸出脈沖寬度，按占周期的百分比計算；⑥

Phasedelay(secs)：脈沖距離原點(diǎn)的延時時間，以秒為單位；1.3SimPowerSystems模塊庫簡介1.3.5控制與測量庫圖1-29PWM生成模塊及參數(shù)設(shè)置2)脈沖及信號生成庫PWM生成模塊①

Generatortype：脈沖生成模式，可勾選單相半橋(2脈沖)、單相全橋(4脈沖)、單相全橋單極性調(diào)制(4脈沖)、三相全橋(6脈沖)；②

Carrier：載波設(shè)置；③

Modeofoperation：運(yùn)算方式，可勾選同步(synchronized)或異步(Unsynchronized)；④

Frequency(Hz)：載波頻率；⑤

Initialphase(degrees)：載波初始相位；⑥

Minimumandmaximumvalues：[MinMax]：載波的最大最小幅值；⑦

Referencesignal：參考信號，即調(diào)制波；⑧

Samplingtechnique：采樣方式，可勾選自然采樣(Natural)、對稱規(guī)則采樣(Symmetricalregular)或不對稱規(guī)則采樣(Asymmetricalregular)；⑨

Internalgenerationofreferencesignal：內(nèi)部生成參考信號、即調(diào)制波，勾選此選項(xiàng)后，圖1-29中模塊無輸入信號，同時可設(shè)置內(nèi)部生成參考信號的調(diào)制度(Modulationindex)、頻率(Frequency)以及相