学生姓名：学 院：专 业：指导教师：
电力电子技术 实验报告
XXX 学号： XXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 电气工程及其自动化 XXXXXX
X 年 X 月X日
实验一：用MATLAB进行直流斩波电路仿真
1 实验目的
设计一个直流降压斩波电路，并用MATLAB仿真软件进行检验。
2 实验要求
（1）将100V直流电压降压输出并且平均电压可调，范围为0-100V。
（2）利用Simulink对降压斩波电路和仿真结果进行详细分析，与采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。
3 实验原理
（1）降压斩波电路原理
降压斩波电路的原理图以及工作波形如图1.1所示。该电路使用一个全控型器件V，图中为IGBT。为在V关断时给负载中电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。
图1.1 降压斩波电路原理图
如图1.2中V的栅极电压uGE波形所示，在t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数上升。
当t=t1时刻，控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常是串联的电感L值较大。
至一个周期T结束，在驱动V导通，重复上一周期的过程。当工作处于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图1.2所示。负载电压平均值为
Uo=
tont
E=onE=αE 式1.1
ton+toffT
式中，ton为V处于通态的时间；toff为V处于断态的时间；T为开关周期；α为导通占空
比。
由式1.1可知，输出到负载的电压平均值Uo最大为E，减小占空比α，Uo随之减小。因此将该电路称为降压斩波电路。也称buck变换器。
负载电流平均值为
Io=
Uo-Em
R
图1.2 降压斩波电路的工作波形
四、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降压斩波电路原理图连接起来组成仿真电路。如下图所示。
图标调出模型库浏览器，在模
五．参数设置
仿真参数，算法（solver）ode23s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0结束时间0.01，如图1-3。
图1-3
电源参数，电压100v，如图1-4。
图1-4
晶闸管参数，如图1-5。
图1-5
阻感参数，如图1-6。
图1-6
二极管参数设置，如图1-7。
图1-7
六．模型仿真及波形分析
1.分别设置触发脉冲占空比α分别为30%、50%、60%、80%。在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。双击示波器图标，即弹出示波器窗口显示输出波形。
2.在占空比一定的情况下，改变电感和电容的参数（增大或者减小），记录波形并分析整个参数对斩波的影响。
实验二：三相桥式有源逆变电路的仿真
一、实验目的和要求
1.掌握三相桥式有源逆变电路的工作原理
2.熟练运用MATLAB中的simulink模块建立三相桥式有源逆变电路的模型，并通过修改参数，得出相应的波形并分析波形得出结论。
二、实验原理
1.三相桥式有源逆变电路
(a)
图2.1三相桥式有源逆变原理图
（b）输出电压 （c）触发脉冲 （d）晶闸管导通情况
图2.2三相桥式有源逆变电路相关波形
2.3.1逆变工作原理
三相桥式逆变电路结构如图2.2(a)所示。如果变流器输出电压Ud与直流电机电势ED的极性如图所示（均为上负下正）， 当电势ED略大于平均电压Ud时，回路中产生的电流Id为
Id=
ED-Ud
R （1）
电流Id的流向是从ED的正极流出而从Ud的正极流入，即电机向外输出能量，以发电状态运行；变流器则吸收能量并以交流形式回馈到交流电网，此时电路即为有源逆变工作状态。
电势ED的极性由电机的运行状态决定，而变流器输出电压Ud的极性则取决于触发脉冲的控制角。欲得到上述有源逆变的运行状态，显然电机应以发电状态运行，而变流器晶闸管的触发控制角α应大于π/2，或者逆变角β小于π/2。有源逆变工作状态下，电路中输出电压的波形如图2.2(b)实线所示。此时，晶闸管导通的大部分区域均为交流电的负电压， 晶闸管在此期间由于ED的作用仍承受极性为正的相电压，所以输出的平均电压就为负值。 三相桥式逆变电路一个周期中的输出电压由6个形状相同的波头组成，其形状随β的不同而不同。 该电路要求6个脉冲，两脉冲之间的间隔为π/3， 分别按照1， 2， 3， „， 6的顺序依次发出，其脉冲宽度应大于π/3或者采用“双窄脉冲”输出。
上述电路中， 晶闸管阻断期间主要承受正向电压， 而且最大值为线电压的峰值。 2.3.2电路中基本电量的计算
由于三相桥式逆变电路相当于两组三相半波逆变电路的串联， 故该电路输出平均电压应为三相半波逆变电路输出平均电压的两倍， 即
Ud=-2⨯1.17U2ϕcosβ=-2.34U2ϕcosβ
式中，U2φ为交流侧变压器副边相电压有效值。 输出电流平均值为
（2）
Id=
ED-UdR
（3）
R=RB+RD
式中，RB为变压器绕组的等效电阻；RD为变流器直流侧总电阻。 输出电流的有效值为
22
I=Id+IN
（4）
式中，IN为第N次谐波电流有效值。N的取值由波形的谐波分析展开式确定。
晶闸管流过电流的平均值为
IVV=
晶闸管流过电流的有效值为
1
Id
3 （5）
IV
1I
（6）
三、模型的建立及参数设置
1.建立MATLAB仿真模型
通过MATLAB的Simulink模块和powerlib模块建立三相桥式有源逆变电路的仿真模型，如下图3所示，图中因为用的是MATLAB2012b版本，所以在这个系统中添加了一个powergui模块保证系统的连续运行。
图3
2.参数的设置
交流电源：打开参数设置对话框，按三相对称电源要求设置参数。Um=100V、f=50Hz、初相位依次为0°、-120°、120°）
直流电源：
Synchronized 6-pulse generator：
同步脉冲触发器用于触发三相全控整流桥的6个晶闸管，同步6脉冲触发器可以给出双脉
冲,双脉冲间隔为60°,触发器输出的1～6号脉冲依次送给三相全控整流桥对应编号的6个晶闸管。
alpha_deg：此端子为脉冲触发角控制信号输入；AB, BC, CA：三相电源的三相线电压输入即Vab, Vbc, and Vca；Block：触发器控制端，输入为“0”时开放触发器，输入大于零时封锁触发器；
Pulses：6脉冲输出信号。alpha_deg为30度时双6脉冲同步触发器的输入输出信号。Frequency of synchronization voltages(Hz)：同步电压频率（赫兹）；Pulse width(degrees) ：触发脉冲宽度（角度）；Double pulsing：双脉冲触发选择。
Universal Bridge：
负载RLC：RLC原件设置参数为R=1Ω、L=0.01H、C=inf
算法：选择ode23tb算法，相对误差设置为1e-3，开始仿真时间设置为0，停止仿真时间
设置为0.05s
四、模型仿真及波形分析
1.参数设置完后，点击运行，并记录波形，
2.改变负载：
（1）纯电阻负载情况下分别改变移相角为60、90、120，记录波形并比较分析波形
（2）阻感情负载况下分别改变移相角为60、90、120 ，记录波形并比较分析波形
（3）在一种移相角下，修改负载参数（增大或者减小），记录波形并分析负载参数对逆
变效果的影响。
10
实验三： 三相无源电压型SPWM逆变器的构建及其MATLAB仿 真
一、实验目的及要求
1.掌握三相无源电压型SPWM逆变器的工作原理
2.掌握SPWM技术
3.熟练运用MATLAB中的simulink模块建立三相无源电压型SPWM逆变器的 模型，修改参数得出相应的波形并分析波形得出结论。
二、实验原理
1.三相逆变电路
三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。
图 1 三相逆变电路
（1)电压型三相逆变电路
电压型逆变电路是指直流侧采用电压源的逆变电路，直流侧的电源能够提供幅值稳定不变的直流电。
图 1是一个电压型逆变电路原理图。Ud为直流侧电压源，两侧各加一个电容用来稳定电压。TA±、TB±、TC±分别为ABC三相的控制开关。通过对三个开关的控制，便可以实现直流——交流（DC—AC）的转换。
现设一个周期时间为t，将一个周期时间以t0、t1、t2、t3、t4、t5、六个时刻均分为六 11
段。t0对应零时刻，O点为等效接地点。
图 2 所示三相逆变电路进行特定开关控制后的波形图
如2所示电路中按以下方式进行控制：
Ud。 2
Ut1时刻：开关TC+关闭，TC-打开。C处电压变为-d。 2
Ut2时刻：开关TB+闭合，TB-断开。B处电压变为+d。 2
Ut3时刻：开关TA+关闭，TA-打开。A处电压变为-d。 2
Ut4时刻：开关TC+闭合，TC-断开。C处电压变为+d。 2
Ut5时刻：开关TB+关闭，TB-打开。B处电压变为-d。 2t0时刻：开关TA+闭合，TA-断开。A处电压变为+
下一周期的t0时刻：开关TA+闭合，TA-断开。A处电压变为+
12 Ud。随后每个周期各个开关都一次2
按上述规律闭合断开，即可得到相位互差120°
其波形如图 2所示。
图 3 A相开关同时闭合时的电路图
由于开关的控制并不是理想的那么精密，在同一相的两个正负开关在各自闭合断开的瞬间有可能同时断开或同时闭合。若同时闭合，如错误！未找到引用源。所示，直流侧电压源短路发生危险。
因此，为保证两开关在断开闭合时不会发生重叠，在同时开关闭合瞬间改为一段死区时间，即两开关首先同时关闭一段时间td，而后其中一个开关再进行下一步闭合动作。td时间内，正负开关均断开，而后再打开其中一个，保证了交替过程中不会有同时打开的可能。td的具体时间长短则要根据实际中使用的器件性能参数予以确定。加入死区后的三相电路波形如图 4 加入死区后的波形图所示。
13
图 4 加入死区后的波形图
(2)接入负载的三相逆变电路
如图 5所示接入负载的三相逆变电路。
图 5 接入星形三相负载的三相逆变电路
ZA、ZB、ZC分别为ABC三相的负载阻抗。根据不同的性质，可分为电阻性阻抗、电容性阻抗和电感性阻抗。其中，感性负载与容性负载的电流相位和电压相位是不同相的。对于电
14
感型的负载，电流不能突变，那么如图 4中的开关转换的时刻，因为正负向开关均断开，这样会在两侧造成很大的开路电压，极易造成器件或电路的损坏。因此，需要对电路进行改进。
保护措施是为每个开关并联一个二极管。如图 6所示。
图 6 开关并联二极管后的电路
加装六个二极管后，即使正负开关均闭合，也可为电流提供续流的通路，避免了发生上述危险情况。
2. 正弦脉宽调制（Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM）技术
SPWM（正弦脉宽调制）技术是指利用PWM（脉宽调制）技术来模拟输出具有正弦特性的电压或电流波形。如图 7所示为电压源型SPWM调制原理，若把一个正弦半波划分为N等分，每一等分的正弦波形的面积都可用一个与该面积相等的等幅矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。于是，由N（图中N=12）个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦的半周等效。这一系列矩形脉冲就是期望逆变器输出的正弦PWM波形(简称SPWM)。 15
图 7 SPWM正弦波原理
图 8 双极性SPWM产生原理
每个脉冲的宽度可以由理论计算取得，但实际应用中常用正弦调制波（即信号波）与三角形脉冲（载波）的比较得出准确的闭合关断时刻。如图 8所示。
载波的频率直接影响了pwm脉冲的密度，这也直接影响了以该信号波作为控制信号的整流桥整流后的结果，通过Matlab仿真可以清楚的观察到影响。
三、MATLAB模型的建立及参数设置
1. 建立MATLAB仿真模型
通过MATLAB的Simulink模块建立三相电压型SPWM逆变电路的仿真模型，如下图9所示，图中因为用的是MATLAB2012b版本，所以在这个系统中添加了一个powergui模块保证系
16
统的连续运行。
图9：三相电压型SPWM逆变电路
2.参数的设置
电源（DC Voltage Source）
三相整流桥（Universal Bridge）
17
SPWM脉冲信号发生器模块（Discrete PWM Generator）
该模块的作用即为为产生PWM而用以控制IGBTs等电桥的脉冲信号。错误！未找到引用源。为该模块的参数设置，在Generator mode选项中选择3-arms bridge(6 pulse),既三桥臂共需要六个脉冲信号用以控制如图 6中所示的六个电子管。Carrier frequency为载波频率，该频率的大小决定了一个周期内SPWM脉冲的密度（如图 8所示）。Frequency of output voltage
18
是输出电压的频率，此处设置为国内标准的50Hz。
三相变压器模块（Three-Phase Transformer）
三相变压器的原边为三角形绕组，副边为星型绕组
负载RLC(Three-Phase Parallel RLC Load) 负载标称电压：220v，标称频率50Hz，有功功率：1000W，电感无功功率：0W，电容无功功率：500W。
19
算法设置
四、模型仿真及波形分析
1.参数设置完成后，点击运行，记录波形并分析波形
2.将Discrete PWM Generator模块中的载波频率有原来的1080Hz提高至2160Hz，其他
参数不变，记录波形并分析载玻频率对逆变输出波形的影响；
3.Discrete PWM Generator模块中的载波频率为1080Hz，将输出电压的频率提高为100Hz后，记录波形，与之前的波形对比分析输出电压频率对逆变输出波形的影响
4.Discrete PWM Generator模块中的载波频率为2160Hz，输出电压频率为100Hz时，记录波形，并与之前的波形进行对比分析载玻频率和输出电压频率对逆变输出波形的影响
5.将载波频率与输出电压频率固定为1080Hz和50Hz：分别改变负载中的各个参数，分析每个参数对逆变效果的影响。如：a）去除负载；b)减小有功功率；c）增大有功功率；d）减小容性无功功率；e）增大容性无功功率；f）增大感性无功功率。
实验四：三相交流调压电路仿真实验
一、实验目的和要求
1.了解并掌握三相交流调压电路的工作原理
2.熟练运用MATLAB中的simulink模块建立三相交流调压电路的模型，并通过改变触发角，负载等参数后运行的波形，分析得出这些参数对调压效果的影响
二、实验原理
2.1实验电路如下图2：
图2:三相交流调压电路
2.2 工作原理分析
1.任一相导通须和另一相构成回路，因此，和三相全控整流电路一样，电流流通路径中有两个晶闸管，所以应采用双脉冲或宽脉冲触发。
2.三相的触发脉冲依次相差120°，同一相的两个反并联晶闸管触发脉冲应相差180°。因此触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，为VT1~ VT6,依次相差60°。
3.如果把晶闸管换成二极管可以看出，相电流和相电压同相位，且相电压过零食二极管开始导通。因此把相电压过零点定为触发延迟角a 的起点，三相三线电路中，两相间导通是靠线电压导通的，而线电压超前相电压30°，因此， a角移相范围是0°~ 150°。
根据任一时刻导通晶闸管个数及半个周波内电流是否连续，可将0°-150°的移相范围分为如下三段：
(1)0°≤ a
(2)60°≤ a
(3)90°≤ a
为了保证三相交流调压电路的正常工作，其晶闸管的触发系统应满足下列要求：
1.在三相电路中至少有一相正向晶闸管与另一相反向晶闸管同时导通。
2.为了保证电路起始工作时两个晶闸管能同时导通，并且在感性负载和控制角较大时，也能使不同相的正、反两个晶闸管同时导通，要求采用宽脉冲，或者双窄脉冲触发电路。
3.各触发信号应与相应的交流电源电压相序一致，并且与电源同步。
三、模型的建立及参数设置
1.建立MATLAB仿真模型
通过MATLAB的Simulink模块和Powerlib模块建立三相交流调压电路的仿真模型，如下图3所示，图中因为用的是MATLAB2012b版本，所以在这个系统中添加了一个powergui模块保证系统的连续运行。
图3
2.参数的设置
（1）交流电源：打开参数设置对话框，按三相对称电源要求设置参数。Um=100V、f=50Hz、初相位依次为0°、-120°、120°）
（2）晶闸管的参数设置
Rn=0.001Ω,Lon=0H, Vf=0.8, Rs=500Ω,Cs=250e-9（250⨯10-9）F
(3)负载的参数设置
R=450Ω,L=0.1H,C=inf
（4）算法的设置
选择ode23tb算法，相对误差设置为1e-3，开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为0.05s
(4)脉冲的发生器模块的参数设置
频率设置为50Hz,脉冲宽度为25%
对于触发脉冲的时延参数phase delay当α=30°时，Pulse1为0.001667s，Pulse2为0.005s，Pulse3为0.0083s，Pulse4为0.011667s，Pulse5为0.015s，Pulse6为0.018333s。当α=60°时，Pulse1为0.0033s，Pulse2为0.00667s，Pulse3为0.01s，Pulse4为0.01333s，Pulse5为0.01667s，Pulse6为0.02s。
四、模型的仿真及波形分析
1.建好模型，修改参数完成后，点击运行，记录波形
2.修改触发脉冲的时延参数phase delay，得到不同触发角下的波形，记录并分析波形
3.在每一种触发角下都要修改负载（纯电阻负载和阻感负载）参数（增大或者减小）并记录下这两种情况下的波形并分析波形。
学生姓名：学 院：专 业：指导教师：
电力电子技术 实验报告
XXX 学号： XXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 电气工程及其自动化 XXXXXX
X 年 X 月X日
实验一：用MATLAB进行直流斩波电路仿真
1 实验目的
设计一个直流降压斩波电路，并用MATLAB仿真软件进行检验。
2 实验要求
（1）将100V直流电压降压输出并且平均电压可调，范围为0-100V。
（2）利用Simulink对降压斩波电路和仿真结果进行详细分析，与采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较，进一步验证了仿真结果的正确性。
3 实验原理
（1）降压斩波电路原理
降压斩波电路的原理图以及工作波形如图1.1所示。该电路使用一个全控型器件V，图中为IGBT。为在V关断时给负载中电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。
图1.1 降压斩波电路原理图
如图1.2中V的栅极电压uGE波形所示，在t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数上升。
当t=t1时刻，控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常是串联的电感L值较大。
至一个周期T结束，在驱动V导通，重复上一周期的过程。当工作处于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图1.2所示。负载电压平均值为
Uo=
tont
E=onE=αE 式1.1
ton+toffT
式中，ton为V处于通态的时间；toff为V处于断态的时间；T为开关周期；α为导通占空
比。
由式1.1可知，输出到负载的电压平均值Uo最大为E，减小占空比α，Uo随之减小。因此将该电路称为降压斩波电路。也称buck变换器。
负载电流平均值为
Io=
Uo-Em
R
图1.2 降压斩波电路的工作波形
四、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降压斩波电路原理图连接起来组成仿真电路。如下图所示。
图标调出模型库浏览器，在模
五．参数设置
仿真参数，算法（solver）ode23s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0结束时间0.01，如图1-3。
图1-3
电源参数，电压100v，如图1-4。
图1-4
晶闸管参数，如图1-5。
图1-5
阻感参数，如图1-6。
图1-6
二极管参数设置，如图1-7。
图1-7
六．模型仿真及波形分析
1.分别设置触发脉冲占空比α分别为30%、50%、60%、80%。在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。双击示波器图标，即弹出示波器窗口显示输出波形。
2.在占空比一定的情况下，改变电感和电容的参数（增大或者减小），记录波形并分析整个参数对斩波的影响。
实验二：三相桥式有源逆变电路的仿真
一、实验目的和要求
1.掌握三相桥式有源逆变电路的工作原理
2.熟练运用MATLAB中的simulink模块建立三相桥式有源逆变电路的模型，并通过修改参数，得出相应的波形并分析波形得出结论。
二、实验原理
1.三相桥式有源逆变电路
(a)
图2.1三相桥式有源逆变原理图
（b）输出电压 （c）触发脉冲 （d）晶闸管导通情况
图2.2三相桥式有源逆变电路相关波形
2.3.1逆变工作原理
三相桥式逆变电路结构如图2.2(a)所示。如果变流器输出电压Ud与直流电机电势ED的极性如图所示（均为上负下正）， 当电势ED略大于平均电压Ud时，回路中产生的电流Id为
Id=
ED-Ud
R （1）
电流Id的流向是从ED的正极流出而从Ud的正极流入，即电机向外输出能量，以发电状态运行；变流器则吸收能量并以交流形式回馈到交流电网，此时电路即为有源逆变工作状态。
电势ED的极性由电机的运行状态决定，而变流器输出电压Ud的极性则取决于触发脉冲的控制角。欲得到上述有源逆变的运行状态，显然电机应以发电状态运行，而变流器晶闸管的触发控制角α应大于π/2，或者逆变角β小于π/2。有源逆变工作状态下，电路中输出电压的波形如图2.2(b)实线所示。此时，晶闸管导通的大部分区域均为交流电的负电压， 晶闸管在此期间由于ED的作用仍承受极性为正的相电压，所以输出的平均电压就为负值。 三相桥式逆变电路一个周期中的输出电压由6个形状相同的波头组成，其形状随β的不同而不同。 该电路要求6个脉冲，两脉冲之间的间隔为π/3， 分别按照1， 2， 3， „， 6的顺序依次发出，其脉冲宽度应大于π/3或者采用“双窄脉冲”输出。
上述电路中， 晶闸管阻断期间主要承受正向电压， 而且最大值为线电压的峰值。 2.3.2电路中基本电量的计算
由于三相桥式逆变电路相当于两组三相半波逆变电路的串联， 故该电路输出平均电压应为三相半波逆变电路输出平均电压的两倍， 即
Ud=-2⨯1.17U2ϕcosβ=-2.34U2ϕcosβ
式中，U2φ为交流侧变压器副边相电压有效值。 输出电流平均值为
（2）
Id=
ED-UdR
（3）
R=RB+RD
式中，RB为变压器绕组的等效电阻；RD为变流器直流侧总电阻。 输出电流的有效值为
22
I=Id+IN
（4）
式中，IN为第N次谐波电流有效值。N的取值由波形的谐波分析展开式确定。
晶闸管流过电流的平均值为
IVV=
晶闸管流过电流的有效值为
1
Id
3 （5）
IV
1I
（6）
三、模型的建立及参数设置
1.建立MATLAB仿真模型
通过MATLAB的Simulink模块和powerlib模块建立三相桥式有源逆变电路的仿真模型，如下图3所示，图中因为用的是MATLAB2012b版本，所以在这个系统中添加了一个powergui模块保证系统的连续运行。
图3
2.参数的设置
交流电源：打开参数设置对话框，按三相对称电源要求设置参数。Um=100V、f=50Hz、初相位依次为0°、-120°、120°）
直流电源：
Synchronized 6-pulse generator：
同步脉冲触发器用于触发三相全控整流桥的6个晶闸管，同步6脉冲触发器可以给出双脉
冲,双脉冲间隔为60°,触发器输出的1～6号脉冲依次送给三相全控整流桥对应编号的6个晶闸管。
alpha_deg：此端子为脉冲触发角控制信号输入；AB, BC, CA：三相电源的三相线电压输入即Vab, Vbc, and Vca；Block：触发器控制端，输入为“0”时开放触发器，输入大于零时封锁触发器；
Pulses：6脉冲输出信号。alpha_deg为30度时双6脉冲同步触发器的输入输出信号。Frequency of synchronization voltages(Hz)：同步电压频率（赫兹）；Pulse width(degrees) ：触发脉冲宽度（角度）；Double pulsing：双脉冲触发选择。
Universal Bridge：
负载RLC：RLC原件设置参数为R=1Ω、L=0.01H、C=inf
算法：选择ode23tb算法，相对误差设置为1e-3，开始仿真时间设置为0，停止仿真时间
设置为0.05s
四、模型仿真及波形分析
1.参数设置完后，点击运行，并记录波形，
2.改变负载：
（1）纯电阻负载情况下分别改变移相角为60、90、120，记录波形并比较分析波形
（2）阻感情负载况下分别改变移相角为60、90、120 ，记录波形并比较分析波形
（3）在一种移相角下，修改负载参数（增大或者减小），记录波形并分析负载参数对逆
变效果的影响。
10
实验三： 三相无源电压型SPWM逆变器的构建及其MATLAB仿 真
一、实验目的及要求
1.掌握三相无源电压型SPWM逆变器的工作原理
2.掌握SPWM技术
3.熟练运用MATLAB中的simulink模块建立三相无源电压型SPWM逆变器的 模型，修改参数得出相应的波形并分析波形得出结论。
二、实验原理
1.三相逆变电路
三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。
图 1 三相逆变电路
（1)电压型三相逆变电路
电压型逆变电路是指直流侧采用电压源的逆变电路，直流侧的电源能够提供幅值稳定不变的直流电。
图 1是一个电压型逆变电路原理图。Ud为直流侧电压源，两侧各加一个电容用来稳定电压。TA±、TB±、TC±分别为ABC三相的控制开关。通过对三个开关的控制，便可以实现直流——交流（DC—AC）的转换。
现设一个周期时间为t，将一个周期时间以t0、t1、t2、t3、t4、t5、六个时刻均分为六 11
段。t0对应零时刻，O点为等效接地点。
图 2 所示三相逆变电路进行特定开关控制后的波形图
如2所示电路中按以下方式进行控制：
Ud。 2
Ut1时刻：开关TC+关闭，TC-打开。C处电压变为-d。 2
Ut2时刻：开关TB+闭合，TB-断开。B处电压变为+d。 2
Ut3时刻：开关TA+关闭，TA-打开。A处电压变为-d。 2
Ut4时刻：开关TC+闭合，TC-断开。C处电压变为+d。 2
Ut5时刻：开关TB+关闭，TB-打开。B处电压变为-d。 2t0时刻：开关TA+闭合，TA-断开。A处电压变为+
下一周期的t0时刻：开关TA+闭合，TA-断开。A处电压变为+
12 Ud。随后每个周期各个开关都一次2
按上述规律闭合断开，即可得到相位互差120°
其波形如图 2所示。
图 3 A相开关同时闭合时的电路图
由于开关的控制并不是理想的那么精密，在同一相的两个正负开关在各自闭合断开的瞬间有可能同时断开或同时闭合。若同时闭合，如错误！未找到引用源。所示，直流侧电压源短路发生危险。
因此，为保证两开关在断开闭合时不会发生重叠，在同时开关闭合瞬间改为一段死区时间，即两开关首先同时关闭一段时间td，而后其中一个开关再进行下一步闭合动作。td时间内，正负开关均断开，而后再打开其中一个，保证了交替过程中不会有同时打开的可能。td的具体时间长短则要根据实际中使用的器件性能参数予以确定。加入死区后的三相电路波形如图 4 加入死区后的波形图所示。
13
图 4 加入死区后的波形图
(2)接入负载的三相逆变电路
如图 5所示接入负载的三相逆变电路。
图 5 接入星形三相负载的三相逆变电路
ZA、ZB、ZC分别为ABC三相的负载阻抗。根据不同的性质，可分为电阻性阻抗、电容性阻抗和电感性阻抗。其中，感性负载与容性负载的电流相位和电压相位是不同相的。对于电
14
感型的负载，电流不能突变，那么如图 4中的开关转换的时刻，因为正负向开关均断开，这样会在两侧造成很大的开路电压，极易造成器件或电路的损坏。因此，需要对电路进行改进。
保护措施是为每个开关并联一个二极管。如图 6所示。
图 6 开关并联二极管后的电路
加装六个二极管后，即使正负开关均闭合，也可为电流提供续流的通路，避免了发生上述危险情况。
2. 正弦脉宽调制（Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM）技术
SPWM（正弦脉宽调制）技术是指利用PWM（脉宽调制）技术来模拟输出具有正弦特性的电压或电流波形。如图 7所示为电压源型SPWM调制原理，若把一个正弦半波划分为N等分，每一等分的正弦波形的面积都可用一个与该面积相等的等幅矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。于是，由N（图中N=12）个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦的半周等效。这一系列矩形脉冲就是期望逆变器输出的正弦PWM波形(简称SPWM)。 15
图 7 SPWM正弦波原理
图 8 双极性SPWM产生原理
每个脉冲的宽度可以由理论计算取得，但实际应用中常用正弦调制波（即信号波）与三角形脉冲（载波）的比较得出准确的闭合关断时刻。如图 8所示。
载波的频率直接影响了pwm脉冲的密度，这也直接影响了以该信号波作为控制信号的整流桥整流后的结果，通过Matlab仿真可以清楚的观察到影响。
三、MATLAB模型的建立及参数设置
1. 建立MATLAB仿真模型
通过MATLAB的Simulink模块建立三相电压型SPWM逆变电路的仿真模型，如下图9所示，图中因为用的是MATLAB2012b版本，所以在这个系统中添加了一个powergui模块保证系
16
统的连续运行。
图9：三相电压型SPWM逆变电路
2.参数的设置
电源（DC Voltage Source）
三相整流桥（Universal Bridge）
17
SPWM脉冲信号发生器模块（Discrete PWM Generator）
该模块的作用即为为产生PWM而用以控制IGBTs等电桥的脉冲信号。错误！未找到引用源。为该模块的参数设置，在Generator mode选项中选择3-arms bridge(6 pulse),既三桥臂共需要六个脉冲信号用以控制如图 6中所示的六个电子管。Carrier frequency为载波频率，该频率的大小决定了一个周期内SPWM脉冲的密度（如图 8所示）。Frequency of output voltage
18
是输出电压的频率，此处设置为国内标准的50Hz。
三相变压器模块（Three-Phase Transformer）
三相变压器的原边为三角形绕组，副边为星型绕组
负载RLC(Three-Phase Parallel RLC Load) 负载标称电压：220v，标称频率50Hz，有功功率：1000W，电感无功功率：0W，电容无功功率：500W。
19
算法设置
四、模型仿真及波形分析
1.参数设置完成后，点击运行，记录波形并分析波形
2.将Discrete PWM Generator模块中的载波频率有原来的1080Hz提高至2160Hz，其他
参数不变，记录波形并分析载玻频率对逆变输出波形的影响；
3.Discrete PWM Generator模块中的载波频率为1080Hz，将输出电压的频率提高为100Hz后，记录波形，与之前的波形对比分析输出电压频率对逆变输出波形的影响
4.Discrete PWM Generator模块中的载波频率为2160Hz，输出电压频率为100Hz时，记录波形，并与之前的波形进行对比分析载玻频率和输出电压频率对逆变输出波形的影响
5.将载波频率与输出电压频率固定为1080Hz和50Hz：分别改变负载中的各个参数，分析每个参数对逆变效果的影响。如：a）去除负载；b)减小有功功率；c）增大有功功率；d）减小容性无功功率；e）增大容性无功功率；f）增大感性无功功率。
实验四：三相交流调压电路仿真实验
一、实验目的和要求
1.了解并掌握三相交流调压电路的工作原理
2.熟练运用MATLAB中的simulink模块建立三相交流调压电路的模型，并通过改变触发角，负载等参数后运行的波形，分析得出这些参数对调压效果的影响
二、实验原理
2.1实验电路如下图2：
图2:三相交流调压电路
2.2 工作原理分析
1.任一相导通须和另一相构成回路，因此，和三相全控整流电路一样，电流流通路径中有两个晶闸管，所以应采用双脉冲或宽脉冲触发。
2.三相的触发脉冲依次相差120°，同一相的两个反并联晶闸管触发脉冲应相差180°。因此触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，为VT1~ VT6,依次相差60°。
3.如果把晶闸管换成二极管可以看出，相电流和相电压同相位，且相电压过零食二极管开始导通。因此把相电压过零点定为触发延迟角a 的起点，三相三线电路中，两相间导通是靠线电压导通的，而线电压超前相电压30°，因此， a角移相范围是0°~ 150°。
根据任一时刻导通晶闸管个数及半个周波内电流是否连续，可将0°-150°的移相范围分为如下三段：
(1)0°≤ a
(2)60°≤ a
(3)90°≤ a
为了保证三相交流调压电路的正常工作，其晶闸管的触发系统应满足下列要求：
1.在三相电路中至少有一相正向晶闸管与另一相反向晶闸管同时导通。
2.为了保证电路起始工作时两个晶闸管能同时导通，并且在感性负载和控制角较大时，也能使不同相的正、反两个晶闸管同时导通，要求采用宽脉冲，或者双窄脉冲触发电路。
3.各触发信号应与相应的交流电源电压相序一致，并且与电源同步。
三、模型的建立及参数设置
1.建立MATLAB仿真模型
通过MATLAB的Simulink模块和Powerlib模块建立三相交流调压电路的仿真模型，如下图3所示，图中因为用的是MATLAB2012b版本，所以在这个系统中添加了一个powergui模块保证系统的连续运行。
图3
2.参数的设置
（1）交流电源：打开参数设置对话框，按三相对称电源要求设置参数。Um=100V、f=50Hz、初相位依次为0°、-120°、120°）
（2）晶闸管的参数设置
Rn=0.001Ω,Lon=0H, Vf=0.8, Rs=500Ω,Cs=250e-9（250⨯10-9）F
(3)负载的参数设置
R=450Ω,L=0.1H,C=inf
（4）算法的设置
选择ode23tb算法，相对误差设置为1e-3，开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为0.05s
(4)脉冲的发生器模块的参数设置
频率设置为50Hz,脉冲宽度为25%
对于触发脉冲的时延参数phase delay当α=30°时，Pulse1为0.001667s，Pulse2为0.005s，Pulse3为0.0083s，Pulse4为0.011667s，Pulse5为0.015s，Pulse6为0.018333s。当α=60°时，Pulse1为0.0033s，Pulse2为0.00667s，Pulse3为0.01s，Pulse4为0.01333s，Pulse5为0.01667s，Pulse6为0.02s。
四、模型的仿真及波形分析
1.建好模型，修改参数完成后，点击运行，记录波形
2.修改触发脉冲的时延参数phase delay，得到不同触发角下的波形，记录并分析波形
3.在每一种触发角下都要修改负载（纯电阻负载和阻感负载）参数（增大或者减小）并记录下这两种情况下的波形并分析波形。