２０１ １年第４期 福 建 电脑 １９５ ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ在电力电子技术课程教学中的应用 陈爽 ，段国艳’，－，王静 （１．四川工程职业技术学院四川德阳６１８０００ ２．西南交通大学四川成都６１００３１） 【摘 要】：随着社会的进步，教学手段已经进入多媒体为主的信息化时代，将建模仿真软件 ＭＡＴＬＡＢ／ｓＩＭｕＬＩＮＫ引入电力电子教学不仅使学生更容易理解理论知识的重点和难点．同Ｎ－ｅＬ５￣实践教 学打好基础。 【关键词】：ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ；电力电子技术；建模与仿真 《电力电子技术》是一门理论性和实践性均较强的 建立三相桥式可控整流电路的仿真模型，如图ｌ所示。 课程．传统的教学方式存在着绘图不便和信息量较小 的局限性。随着社会的进步．信息化的多媒体教学方式 大量使用．使得将各种软件工具引入课堂成为可能 ＭＡＴＬＡＢ是一种现代化的计算、仿真软件，其实用、高 效的优点使其在许多领域得到了广泛的应用 １、ＭＡＴＬＡＢ／ｓｌＭＵ ＬｌＮＫ简介 ＭＡＴＬＡＢ（Ｍａｔｒｉｘ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ１是当今世界上最优秀 的数值计算软件。并由相关领域的权威、专家相继开发 了各自研究领域内具有特殊功能的软件工具箱．随着 不断的完善和扩展．使得ＭＡＴＬＡＢ从一个数值计算软 图１三相桥式可控整流电路仿真模型 件成为系统建模、仿真与分析的强有力工具。 ２－３仿真模型参数设置 ＳＩＭＵＬＩＮＫ是ＭＡＴ［ＡＢ里的主要功能模块之一． 仿真模型建立以后．必须对主要模块进行参数设 其主要功能是实现动态系统建模、仿真及分析，在其中 置．由三个交流电源模块ＡＣ Ｓｏｕｒｃｅ构成三相对称交 可以按预期目标设计最佳系统或者按照最佳仿真效果 流电源，其相位互差１２０。．电压峰值设为２２０￣Ｖ，频率 来调试和整定实际控制系统的参数 本文所采用的 设为５０Ｈｚ；设置Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｂｒｉｄｇｅ的开关器件为晶闸管 ｓｉｍｐｏｗｅｒｓｖｓｔｅｍｓ工具箱是Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中的主要工具箱之 Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒｓ，桥臂数目为３．并在ＭｅａＳＨｒｅｍｅｎｔｓ下拉菜单 一，主要用于电力系统、电力电子电路以及电力拖动控 选择拟观测的参数：Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ ６一Ｐｕｌｓｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ所 制系统的建模、仿真与分析 需要的同步电压由电压测量模块测量两相问的电压获 ２、电力电子电路的ＭＡＴＬＡＢ仿真 得，Ｂｌｏｃｋ为触发输入端，其值为０时启动，为１时封锁 ２．１三相桥式可控整流电路原理 脉冲发生器；ａｌｐｈａ ｄｅｇ为控制角设定输入端，用于改 三相桥式可控整流电路以其输出电压可调、谐波 变控制角 的大小：合理设置Ｓｅｒｉｅｓ ＲＬＣ Ｂｒａｎｃｈ模块 含量少等优点在工业上得到了广泛的应用：在电力电 可以获得电阻性负载和阻感性负载：根据需要设置示 子课程教学中，由于该电路开关器件数目较多．具有宽 波器Ｓｃｏｐｅ模块可以获得希望观测的波形 由于本文 脉冲和双窄脉冲两种触发方式：后续教学中的逆变电 的开关器件选用的是ＵｎｉｖｅｒｓａＩ Ｂｒｉｄｇｅ模块，不能直接 路、交直流拖动电路中均采用三相桥式可控整流电路， 观测单个晶闸管的参数．使用Ｍｕｌｔｉｍｅｔｅｒ模块即可观 因此，本文将该电路作为研究对象。在电力电子课程教 测任一个品闸管的电压、电流情况。 学中其它电路均可采用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建模仿真的方 ２．４仿真结果观测 式在课堂或实践教学前讲解 仿真模型中各模块参数设定后．在Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ／Ｃｏｎ． ２．２建立仿真模型 ｉｆｇｕｒａｔｉｏｎ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ页面下设置合理的启动和停止时 按照三相桥式可控整流电路的工作原理．使用 间，并选择合适算法．一般选择ｏｄｅ２３ｔｂ；对Ｓｃｏｐｅ模块 Ｓｉｅｒｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓ工具箱中提供的交流电源模块ＡＣ 中的各项参数进行合理设置．点击启动按钮，双击 Ｓ０ｕｒｃｅ构成三相对称电源。用Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｂｒｉｄｇｅ构成三 Ｓｃｏｐｅ模块即可观察仿真结果。图２和图３分别是三相 相桥式可控整流桥。用Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ ６一Ｐｕｌｓｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ 桥式可控整流电路带电阻性及阻感性负载时相关参数 作为脉冲发生器，用Ｓｅｔｉｅｓ ＲＬＣ Ｂｒａｎｃｈ模块作为负载 波形．图４是为了模拟故障而故意丢失ＶＴ１触发脉冲 １９６ 福 建 电。 脑 ２０１ １年第４期 晕。 ， 。。∞ 后相关参数波形。 。口 触发脉冲一相丢失等情况（如图４所示），学生可以根 据观察到的现象判断实际电路中故障所在。 。 。 触发 信号 。 一． １ｑ ．仔 ０晒０．０１ ０．０１５ Ｏ位ｎ Ｏ￣Ｇ ＯＤ３５ ０．０４ 一】； 一 载电压波形加Ｄｏ ６ＯＯ ０瞄 。 ｄ ＿ 一０９２ ，蟠 ０西。矗 ∞４ 晶闸管ｖＴ１两端电压波 ４∞ ，． ・… ０￣０５ ２∞ ０．０１ ０．０１５ ０位 ｄ ＯＤ３ ０Ｄ３５ ０．０４ ２ＯＯ ・ 晶闸管ＶＴ１两端电压波形 ０ ２００ ４３０ ｒ ．－－ｍｕ—— ’ ‘‘ ’ ‘ ｏ Ｂ ００１ ０．０１５ Ｄ皿０￣２５ ０１３３ ０瞄０Ｄ４ 龋 强麓穗熬藿翳 ０ ０Ｄ诘 。而５ ｍ ０Ｄ２５ ∞ ０腼 嚣麓潲穗爨藩糕§辫 图２带电阻性负载时相关波形（ ＝Ｏ。） 负载电压波形 图４晶闸管ＶＴ１触发脉冲丢失后相关波形（阻感负载 ＝３０。） ３、结论 ５Ｏ０ ４００ ３ＯＯ 一一 一——一 一： …‘ ～… 一一 Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ强大的系统仿真功能．使我们可以 ２００————— １００…—— 方便的对电力电子电路进行建模、仿真和分析。其优秀 的数据显示功能可以显示我们需要了解的各种电流、 电压波形．而基于理想状态的波形简洁明了、色彩鲜 ｏ０ ６ＯＯ ０Ｄ０５ ００１ ０Ｊ３１５ ｏＤ２ ０￣０２５ ａ０３ ０Ｊ￣３６ 晶闸营ｖＴ’两端电压波形 ４０Ｏ ２Ｏ０ 一 — １ ．—— ． 明．结合教师的讲解可以使学生对波形的认识达到一 目了然的效果。此外，可以将各种波形组合起来加以比 较和分析．弥补了实验教学中电路参数设置和观测手 段的局限性．同时避免了在实际操作中因误操作可能 出现的危险性 ０ ｛Ｄ０ ４Ｏ０ ｒ －・ ０ 搽嚣箍蕊秘觏赣鞣 黎簧 图３带阻感性负载时相关波形（ ＝６０。） 参考文献： １１１兆安，黄俊．电力电子技术【Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００９． 在授课时可以随时修改仿真模型各项参数，以观 【２】黄忠霖．控制系统ＭＡＴＬＡＢ计算及仿２Ｊ￣－［Ｍ］．北京：国防工业 察各种情况下仿真电路的输出波形．通过使用 【出版社．２００１． Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中一些常用模块如Ｍｕｘ和Ｄｅｍｕｘ模块可以 将不同的波形进行打包或拆分显示，为分析电路的工 出版社．２００６． 作原理带来很大的便利。此外。通过设定合适的采样时 【４】谢华博，张俊民．基于Ｍａｌｆａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的电力变换电路仿真Ⅱ］ ．间．可以适时的观察仿真波形缓慢变化，犹如动画的效 电气电子教学学报．２００７（４）． 果．对于学生理解电路的信号变化过程非常有利。同时 【５】张宝生，王念春．ＭＡＴＬＡＢ在电力电子电力教学中的应用Ⅱ】 ｌ还可以模拟实际实验过程中可能出现的故障现象。如 电气电子教学学报．２００４（３）． ［３］ｑ＝￣ｒｑ－．电力电子技术计算机仿真实验【Ｍ】．北京：电子工业 《福建电脑》投稿须知 《福建电脑》（国际标准刊号：ＩＳＳＮ １６７３—２７８２；国内统一刊号ＣＮ ３５—１１１５／ＴＰ）是福建省科技厅主管，福建省计算中 心和福建省计算机学会主办的计算机学科综合月刊。欢迎投稿： １．论文所涉及的项目如国家或地方基金课题，请在来稿中注明课题项目、编号、来源。署作者真实姓名、工作单 位、电话、通信地址、邮政编码和电子信箱。 ２．本刊只受理电子邮件投稿。文档请用ＷＯＲＤ编排，并以附件形式发送。同一篇稿件请不要反复传送。 ３．编辑部收到作者稿件后，ｌ０个工作日内以电子邮件方式返馈初审意见 ４．编辑部投稿信箱：ｆｊｄｎ＠ｖｉｐ．１６３．ｃｏｒｎ