电气系统建模与仿真课程设计报告大连海事大学

课程设计报告 题目：电气系统建模与仿真 姓名： xx 学号： xx09 所属学院：轮机工程学院 专业班级：电气工程及其自动化（1）班 指导教师：王莹、朱景伟 2017 年 1 月 2 日 目录 目录 1 设计任务一 2 一.实验目的 2 二.实验内容 2 1.单相桥式整流 2 设计任务 2. 5 一.实验目的 5 二.实验内容 5 1.一阶直流激励 RC 充、放电电路的研究(学号尾数为单数) 5 2.二阶 RLC 直流激励下的动态响应的研究. 6 3.二阶 RLC 交流激励下动态响应的研究. 7 4.变压器的稳态分析 9 设计任务 3 13 一.实验目的 .13 二.实验内容 .13 1.三相桥式整流电路（晶闸管）分析 13 2.三相 PWM 逆变电路分析 . 16 3.buck 降压电路分析. 17 4.boost 升压电路分析 19 设计任务 4 22 一.实验目的 .22 二.实验内容 .22 1.笼型异步电机直接起动的研究 22 2.绕线式异步电机转子串电阻起动的研究 25 电气系统仿真总结 .29 1 设计任务一 一.实验目的 1. 2. 3. 掌握 Matlab/Simulink中 SimPowerSystems 工具箱的基本建模方法 掌握 Matlab/Simulink 电气仿真的基本步骤 利用 Matlab/Simulink 在基本电路与磁路、电力电子技术、电气传动等方面的仿真设计 二.实验内容 1.1. 单相桥式整流单相桥式整流 单相桥式整流加 LC 滤波电路，电源为 220V,50Hz, 整流电路输入为 24V，负载为 10Ω阻性负载，滤波 电感 L=100mH，滤波电容 C=200uF。 参数设置：参数设置： 电源：220V、50HZ 变压器：200VA、220V/24V 电感：100mH 并联阻容支路：10ohms、200uF 理论值计算：理论值计算： 输出电压平均值：Uo=0.9cos(0°)U2=21.6V 注意事项：注意事项： 根据需要进行标记模块 根据需要标记连线的名字的 根据需要标注示波器的曲线 可以通过帮助文件了解模块的使用方法 测量电压(流)必须经由电压(流)测量模块进入示波器 Scope。 仿真电路仿真电路: : 仿真结果：仿真结果： 二极管 3 波形:二极管 4 波形: 3 负载电压波形: 仿真结果分析：仿真结果分析： 二极管波形分析: 位于两个桥壁的二极管 3、二极管 4 交替导通，电流波形由滤波电感、滤波电容共同决定，当二 极管截止时，二极管两端承受反压。 负载电压波形分析： 当 1 号和 4 号晶闸管导通时，整流桥两端输出完整的正弦正半波，当2 号和 3 号晶闸管导通时， 整流桥两端输出完整的正弦正半波，一个周期内整流桥两端输出电压有效值为21.6V，由于滤波电容 作用使负载两端的电压维持在18V~22V 之间。 设计任务 2 一.实验目的 1.掌握 Matlab/Simulink中 SimPowerSystems 工具箱的基本建模方法 2.掌握 Matlab/Simulink 电气仿真的基本步骤 3.利用 Matlab/Simulink 在基本电路与磁路、电力电子技术、电气传动等方面的仿真设计 二.实验内容 1.1. 一阶直流激励一阶直流激励 RCRC 充、放电电路的研究充、放电电路的研究( (学号尾数为单数学号尾数为单数) ) 参数设置：参数设置： 电源：20V（直流） 断路器：初始状态断开，0.2s 闭合，1s 断开 理想开关：初始状态断开，1s 闭合 串联阻容支路：500 ohms、100 uF 理论值计算：理论值计算： 充电时间 t=R*C=0.05 s 放电时间 t=R*C=0.05 s 注意事项：注意事项： 根据需要进行标记模块 根据需要标记连线的名字的 根据需要标注示波器的曲线 可以通过帮助文件了解模块的使用方法 测量电压(流)必须经由电压(流)测量模块进入示波器 Scope。 仿真电路图：仿真电路图： 5 电容电流波形：电容电压波形： 仿真结果分析：仿真结果分析： 在 t=0s 时刻理想开关和断路器断开； 在 t=0.2s 时闭合断路器，电容充电容，充电开始时储能为0，其中电压最小而其电压变化率最 大；随着充电的进行，电容储能增加，电压增大而电压变化率减小，电容中电压亦接近理论值U =20V； 在 t=1s 时闭合理想开关，断开断路器，电容放电，放电开始时储能为0，其中电压最大而其电压 变化率最大；随着放电的进行，电容储能减少，电压增大而电压变化率减小，放电结束后电容中电压 为 U=0V； 2.2. 二阶二阶 RLCRLC 直流激励下的动态响应的研究直流激励下的动态响应的研究 要求：欠阻尼情况（学号尾数为单数） 参数设置：参数设置： 电源：10V（直流） 断路器：初始状态断开，0.01 s 闭合 理想开关：初始状态闭合，0.01 s 断开 电阻：5 ohms 电感：10 mH 电容：100 uF 理论值计算：理论值计算： 临界阻尼时电阻取值：Rs=2*（L/C）^(1/2)=20Ω 注意事项：注意事项： 根据需要进行标记模块 根据需要标记连线的名字的 根据需要标注示波器的曲线 可以通过帮助文件了解模块的使用方法 测量电压(流)必须经由电压(流)测量模块进入示波器 Scope。 仿真电路图：仿真电路图： 仿真结果：仿真结果： 仿真结果分析：仿真结果分析： 设置电容 C=100uF,电感 L=10mH，根据 Rs=2*（L/C）^(1/2)=20ohms,考虑使电路工作在欠阻尼状 态，取电阻 R=5ohms。由图可见，负载电流、电压出现超调部分，电路处于欠阻尼状态。 3.3. 二阶二阶 RLCRLC 交流激励下动态响应的研究交流激励下动态响应的研究 参数设置：参数设置： 电源：100V、50Hz 电阻：1 ohm 电感：1 mH 电容：10 uF 7 注意事项：注意事项： 根据需要进行标记模块 根据需要标记连线的名字的 根据需要标注示波器的曲线 可以通过帮助文件了解模块的使用方法 测量电压(流)必须经由电压(流)测量模块进入示波器 Scope。 仿真电路图：仿真电路图： 仿真结果：仿真结果： 仿真结果分析：仿真结果分析： 结论：交流电源电容、电阻、电感电压都为正弦波/电路稳定后，电感接近短路电阻两端电压与电容 两端电压相差半个周期（由于电容、电感正方向相反，所以图中显示为同向） 4.4. 变压器的稳态分析变压器的稳态分析 一台 10kVA，60Hz，380V/220V 单相变压器，原、副边的漏阻抗分别为：Zp=0.14+j0.22Ω, Zs=0.035+j0.055Ω,励磁阻抗 Zm=30+j310Ω，负载阻抗 ZL=4+j5Ω。 要求: 利用 Simulink 建立仿真模型，计算在高压侧施加额定电压时， (a)分别计算原、副边的电流 的有效值。 (b) 副边的负载上电压的有效值 参数设置和理论值计算：参数设置和理论值计算： 电源参数设置： 变压器参数设置： 根据公式： 计算变压器参数设置如下： R(base)=14.44Ω L(base)=0.0383H 由于国内教材常