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目录1

前言1

第1章 MATLAB基础1

1.1 MATLAB介绍1

1.2 MATLAB的安装和启动3

1.3 MATLAB环境3

1.3.1 MATLAB的主菜单4

1.3.2 MATLAB的工具栏5

1.3.3 MATLAB的命令窗口6

1.3.4 MATLAB的工作间6

1.4 MATLAB的计算基础7

1.4.1　常量和变量8

1.4.2　数组和矩阵的表示和赋值9

1.4.3 MATLAB的算术运算10

1.4.4 MATLAB的关系运算10

1.4.5 MATLAB的逻辑运算10

1.4.6 MATLAB的特殊运算符11

1.4.7 MATLAB常用的函数11

1.5 MATLAB程序设计基础12

1.5.1 表达式、表达式语句和赋值语句13

1.5.2　流程控制语句13

1.5.2.1 if语句13

1.5.2.2 while循环语句13

1.5.2.4 switch-case语句14

1.5.2.3 for循环语句14

1.6 MATLAB常用的其他命令15

1.7 MATLAB的绘图功能16

1.7.1　直角坐标中的二维曲线16

1.7.2　多条曲线的绘制18

1.7.3 曲线的线型和颜色20

1.7.4 MATLAB的图形窗口20

1.7.4.1　设置图形画面参数20

1.7.4.2　在图形上添加箭头、线段和文字23

1.8 电力电子电路波形图的绘制24

第2章 SIMULINK环境和模型库30

2.1 系统仿真（SIMULINK）环境30

2.1.1.1 SIMULINK环境的进入31

2.1.1 SIMULINK的工作环境31

2.1.1.2 SIMULINK窗口菜单命令32

2.1.2　模型库浏览器35

2.1.2.1 SIMULINK模型库的打开35

2.1.2.2　有关模块的基本操作36

2.1.3 SIMULINK的仿真步骤40

2.1.4　系统模型的保存和调用46

2.1.5 SIMULINK的仿真算法46

2.1.5.1　可变步长类算法46

2.1.5.2　固定步长类算法47

2.1.6　示波器的使用和数据保存48

2.1.7.1 建立子系统52

2.1.7 建立子系统和系统模型的封装52

2.1.7.2　子系统模型的封装53

2.2 SIMULINK模型库中的模块54

2.2.1　连续系统模块库54

2.2.2　离散系统模块库55

2.2.3　函数与表格模块库55

2.2.4　数学运算模块库56

2.2.5　非线性系统模块库58

2.2.6　信号与系统模块库59

2.2.7　仪器仪表模块库60

2.2.8　信号源模块库61

2.3　电力系统模型库62

2.2.9　子系统模块库62

2.3.1 电源模块库63

2.3.2　电器元件模块库64

2.3.3 电机模块库65

2.3.4　电力电子元件模块库67

2.3.5　连接件模块库68

2.3.6　测量仪器模块库69

2.3.7　其他电气模块库70

2.3.7.1　控制模块子集70

2.3.7.2　测量模块子集71

2.3.7.3　三相模型子集72

第3章　电力电子器件模型75

3.1　二极管模型76

3.2　晶闸管模型77

3.3　可关断晶闸管模型78

3.4　电力场效应晶体管模型79

3.5　绝缘栅双极型晶体管模型80

3.6　理想开关模型82

3.7　三相桥式整流电路模型82

3.7.1 三相桥式不可控整流电路模型83

3.7.2　三相桥式可控整流电路模型83

3.8　多功能桥式电路模型85

3.9　驱动模型86

3.9.1　同步6脉冲发生器86

3.9.3 PWM脉冲发生器88

3.9.2　12脉冲发生器88

第4章　变压器和电动机模型91

4.1　变压器模型91

4.1.1　单相变压器模型91

4.1.2　三相变压器模型93

4.1.3　互感线圈94

4.2　直流电机模型94

4.3　交流电机模型100

4.3.1 三相交流异步电机模型100

4.3.2　交流永磁同步电机模型103

4.3.3　交流同步电机模型（基本型）105

4.3.4　交流电机测量单元108

第5章 电力电子变流电路的仿真110

5.1　交流-直流变流器110

5.1.1　单相桥式全控整流电路仿真111

5.1.2　三相桥式全控整流电路仿真119

5.1.3　带电容性负载的三相不可控桥式整流电路仿真126

5.2　直流-直流变流器129

5.2.1　直流降压变流器设计129

5.2.2　直流升压变流器设计131

5.2.3　桥式直流PWM变流器仿真133

5.3　直流-交流变流器136

5.3.1　三相电压源型SPWM逆变器仿真136

5.3.2　电流跟踪型逆变器仿真140

5.3.2.1　单相跟踪控制逆变器的仿真142

5.3.2.2　三相电流跟踪逆变器仿真143

5.4　交流-交流变流器144

5.4.1　单相交流调压器仿真144

5.4.2　三相交流调压器仿真148

5.4.3　交-交变频电路仿真151

第6章　直流调速系统的仿真156

6.1 直流电动机开环调速系统仿真156

6.2　转速闭环控制的直流调速系统仿真159

6.2.1　带转速负反馈的有静差直流调速系统仿真160

6.2.2　带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统仿真162

6.3　转速电流双闭环控制的直流调速系统仿真163

6.3.1　按直流双闭环系统动态结构图仿真164

6.3.2　使用Power System模块的直流双闭环系统仿真167

6.4　直流可逆调速系统仿真169

6.4.1 α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统仿真170

6.4.1.1 α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统工作原理170

6.4.1.2 α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统的仿真模型172

6.4.1.3 α=β配合控制的有环流直流可逆调速系统仿真波形和分析173

6.4.2　逻辑控制无环流直流可逆调速系统仿真177

6.4.2.1　逻辑控制无环流直流可逆调速原理和仿真模型177

6.4.2.2　逻辑控制器178

6.5 H型主电路和直流PWM-M可逆调速系统的仿真183

6.5.1 H型主电路仿真184

6.5.2　直流PWM-M可逆调速系统仿真187

第7章　交流调速系统的仿真190

7.1　交流电动机减压软起动系统仿真190

7.2　转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统仿真192

7.3　空间矢量的坐标变换196

7.3.1 三相静止坐标系和两相静止坐标系的变换197

7.3.2　两相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换197

7.3.3　三相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换198

7.3.4　矢量变换的仿真199

7.4　交流异步电动机的磁链观察200

7.4.1　转子磁链计算的电流模型200

7.4.1.1　在两相静止坐标系上的转子磁链电流模型200

7.4.1.2　按转子磁链定向两相旋转坐标系上的转子磁链电流模型201

7.4.2　转子磁链的电压模型202

7.4.3　转子磁链模型的仿真203

7.5　交流异步电动机矢量控制调速系统仿真205

7.5.1　转差频率控制的异步电动机矢量控制系统仿真205

7.5.2　带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真209

7.5.3　无速度传感器的矢量控制系统仿真212

第8章　提高功率因数的电力变流电路仿真216

8.1　谐波污染与电能质量管理216

8.2　高功率因数的单相无源AC-DC变流器218

8.2.1　单相无源功率因数校正的电路型式219

8.2.2　谐振电抗器在单相无源PFC中的仿真分析220

8.2.3.1　桥前采用电抗器的串联谐振无源PFC电路222

8.2.3　其他单相无源PFC电路的仿真分析222

8.2.3.2　桥后采用电抗器的串联谐振无源PFC电路223

8.3 高功率因数的三相无源AC-DC变流器224

8.3.1 三相无源功率因数校正的电路型式225

8.3.2　基于三相移相电抗器的12脉波整流器226

8.3.2.1　移相电抗器在三相无源PFC中的使用原理226

8.3.2.2　移相电抗器在三相无源PFC中的仿真分析227

8.3.3　其他三相无源PFC电路的仿真分析229

8.3.3.1　桥后采用单电抗器的三相无源PFC电路229

8.3.3.2　桥前LC滤波的三相无源PFC电路231

8.3.3.3　3次谐波注入的三相无源PFC电路232

8.3.3.4　基于移相变压器的12脉波整流电路233

8.4　单位功率因数单相有源AC-DC变流器235

8.4.1　单相有源功率因数校正的电路型式236

8.4.2　传统单相有源功率因数校正电路239

8.4.2.1　传统单相有源PFC电路的工作原理239

8.4.2.2　传统单相有源PFC电路的仿真分析240

8.4.3　其他单相有源PFC的仿真分析242

8.4.3.1 低端半控桥的单相有源PFC电路242

8.4.3.2　双向开关前置的单相有源PFC电路243

8.4.3.3　单向开关前置的单相有源PFC电路243

8.5　有源电力滤波器与单位功率因数可控整流器244

8.5.1　并联型APF与电压源型可控整流器的电路型式245

8.5.2.1　并联型有源电力滤波器的工作原理246

8.5.2　并联型有源电力滤波器技术246

8 5.2.2　单相并联型有源电力滤波器的仿真分析247

8.5.3　其他并联型APF和整流器的仿真分析249

8.5.3.1　单位功率因数的单相可控整流器249

8.5.3.2　单位功率因数的三相并联型APF250

8.5.3.3　单位功率因数的三相可控整流器252

8.6　输入电流位移因数可调的矩阵式整流器253

8.6.1 矩阵式整流器的开关函数算法253

8.6.2　矩阵式整流器的输入电流空间矢量算法256

8.6.3　矩阵式整流器的仿真分析257

8.6.3.1　基于开关函数算法的矩阵式整流器258

8.6.3.2　基于输入电流空间矢量算法的矩阵式整流器262

参考文献264