单相桥式全控整流仿真从零复现教学

单相桥式全控整流仿真从零复现教学

本文用于在一台新电脑上，从零复现单相桥式全控整流电路的仿真、数据导出和波形输出。

目标不是只打开已有图片，而是让你能自己重新运行 MATLAB 程序，重新生成：

text 复制代码

仿真电路模型
整流输出电压和电流波形
晶闸管电压和电流波形
变压器二次侧电压和电流波形
触发角变化对输出的影响图
负载电感变化对输出电流的影响图
Excel 汇总数据
答案文字

1. 最终要得到什么

复现完成后，文件夹中应至少有这些内容：

text 复制代码

single_phase_full_converter_homework.m
第4讲作业_答案文本.txt
figures
data
model

其中：

text 复制代码

figures

保存图片：

text 复制代码

01_单相桥式全控整流仿真电路示意.png
02_改变触发角_整流输出电压电流.png
03_触发角对平均输出的影响.png
04_改变负载电感_输出电流平滑作用.png
05_晶闸管与变压器二次侧波形.png

text 复制代码

data

保存数据：

text 复制代码

仿真结果汇总.xlsx
关键波形抽样数据.xlsx
single_phase_full_converter_data.mat

text 复制代码

model

保存 Simulink 参考模型：

text 复制代码

single_phase_full_controlled_rectifier_ref.slx
Simulink参考模型截图.png

2. 新电脑需要安装什么

最低要求：

text 复制代码

MATLAB

完整复现建议安装：

text 复制代码

MATLAB
Simulink
Simscape
Simscape Electrical

说明：

MATLAB 脚本负责计算波形、生成图片和导出 Excel。
Simulink / Simscape Electrical 负责打开或重新生成电路模型。
如果只有 MATLAB，没有 Simulink，仍可以生成主要数值结果和波形图，但 .slx 模型可能打不开。
如果必须展示电路模型，建议安装 Simulink 和 Simscape Electrical。

3. 检查 MATLAB 工具箱

打开 MATLAB，在命令行输入：

matlab 复制代码

ver

检查输出列表中是否有：

text 复制代码

MATLAB
Simulink
Simscape
Simscape Electrical

也可以直接输入：

matlab 复制代码

license('test','Simulink')
license('test','Simscape')
license('test','Power_System_Blocks')

判断方法：

text 复制代码

返回 1：许可可用
返回 0：许可不可用

如果 Power_System_Blocks 返回 1，通常表示 Specialized Power Systems 可用，适合打开电力电子仿真模块。

4. 准备复现文件夹

把原电脑上的完整文件夹复制到新电脑，例如放到桌面：

text 复制代码

D:\UsersData\Desktop\第4讲作业_单相桥式全控整流仿真

如果新电脑桌面路径不同，也可以放到任意位置，例如：

text 复制代码

D:\Simulation\single_phase_converter

关键是文件夹里必须有：

text 复制代码

single_phase_full_converter_homework.m

如果没有这个文件，就不能从零重新生成结果。

5. 在 MATLAB 中进入文件夹

方法一：图形界面操作。

打开 MATLAB。
在左侧或上方的 Current Folder 中进入复现文件夹。
确认能看到：

text 复制代码

single_phase_full_converter_homework.m

方法二：命令行进入。

在 MATLAB 命令行输入：

matlab 复制代码

cd('D:\UsersData\Desktop\第4讲作业_单相桥式全控整流仿真')

如果你放在别的路径，就把路径替换成自己的。

验证当前目录：

matlab 复制代码

pwd

验证主脚本存在：

matlab 复制代码

exist('single_phase_full_converter_homework.m','file')

正常应返回：

text 复制代码

如果返回 0，说明当前目录不对，或者文件没有拷贝过来。

6. 一键运行

在 MATLAB 命令行输入：

matlab 复制代码

single_phase_full_converter_homework

运行时会自动完成：

text 复制代码

建立输出文件夹
计算触发角扫描工况
计算负载电感扫描工况
导出波形图片
导出 Excel 数据
保存 MAT 数据
生成答案文本
尝试生成 Simulink 参考模型

正常结束时，命令行会出现类似：

text 复制代码

已完成：单相桥式全控整流电路仿真作业全部结果已输出。
结果文件夹：...

只要没有红色报错，通常就已经完成。

7. 检查输出是否完整

运行结束后，在 MATLAB 中输入：

matlab 复制代码

dir

应能看到：

text 复制代码

figures
data
model
第4讲作业_答案文本.txt

继续检查图片：

matlab 复制代码

dir('figures\*.png')

正常应看到 5 张图片。

继续检查 Excel：

matlab 复制代码

dir('data\*.xlsx')

正常应看到：

text 复制代码

仿真结果汇总.xlsx
关键波形抽样数据.xlsx

继续检查 Simulink 模型：

matlab 复制代码

dir('model\*.slx')

正常应看到：

text 复制代码

single_phase_full_controlled_rectifier_ref.slx

8. 查看汇总结果

在 MATLAB 中读取触发角扫描结果：

matlab 复制代码

T1 = readtable('data\仿真结果汇总.xlsx','Sheet','触发角扫描','VariableNamingRule','preserve');
disp(T1)

读取负载电感扫描结果：

matlab 复制代码

T2 = readtable('data\仿真结果汇总.xlsx','Sheet','负载电感扫描','VariableNamingRule','preserve');
disp(T2)

典型数值应接近：

text 复制代码

alpha =   0°：Ud ≈ 198.03 V，Id ≈ 99.01 A
alpha =  30°：Ud ≈ 184.71 V，Id ≈ 92.36 A
alpha =  60°：Ud ≈ 148.61 V，Id ≈ 74.31 A
alpha = 120°：Ud ≈  49.42 V，Id ≈ 24.71 A

负载电感变化时，电流脉动应随电感增大而明显减小：

text 复制代码

L = 0       H：电流脉动最大
L = 0.005   H：电流脉动减小
L = 0.01    H：电流进一步平滑
L = 0.05    H：电流最平滑

如果数值有极小差别，通常来自 MATLAB 版本、图片导出方式或数值舍入。

9. 打开 Simulink 模型

如果安装了 Simulink 和 Simscape Electrical，可以在 MATLAB 中输入：

matlab 复制代码

open_system('model\single_phase_full_controlled_rectifier_ref.slx')

也可以在文件管理器里双击：

text 复制代码

model\single_phase_full_controlled_rectifier_ref.slx

如果提示缺少模块或库，先检查工具箱：

matlab 复制代码

ver
license('test','Simulink')
license('test','Power_System_Blocks')

如果 Power_System_Blocks 返回 0，说明电力系统模块不可用，需要安装或更换带有该许可的 MATLAB。

10. 修改仿真参数

如果要改变参数，打开：

text 复制代码

single_phase_full_converter_homework.m

找到脚本前部的参数：

matlab 复制代码

cfg.Vrms = 220;
cfg.f = 50;
cfg.Tstop = 0.50;
cfg.dt = 2e-5;
cfg.R = 2.0;
cfg.alphaList = [0 30 60 120];
cfg.inductanceList = [0 0.005 0.01 0.05];
cfg.indAlpha = 30;

含义：

text 复制代码

cfg.Vrms            交流电源有效值
cfg.f               电源频率
cfg.Tstop           仿真总时长
cfg.dt              时间步长
cfg.R               负载电阻
cfg.alphaList       要扫描的触发角
cfg.inductanceList  要扫描的电感值
cfg.indAlpha        电感扫描时固定使用的触发角

例如想增加 90° 触发角：

matlab 复制代码

cfg.alphaList = [0 30 60 90 120];

例如想增加 0.02 H 电感：

matlab 复制代码

cfg.inductanceList = [0 0.005 0.01 0.02 0.05];

修改后重新运行：

matlab 复制代码

single_phase_full_converter_homework

11. 图片是黑底怎么办

黑底通常来自 MATLAB 图形主题或默认坐标区样式，不影响数值。

如果希望改成白底黑字，在脚本开头：

matlab 复制代码

clear; clc; close all;

后面加入：

matlab 复制代码

set(groot,'defaultFigureColor','w');
set(groot,'defaultAxesColor','w');
set(groot,'defaultAxesXColor','k');
set(groot,'defaultAxesYColor','k');
set(groot,'defaultAxesZColor','k');
set(groot,'defaultTextColor','k');
set(groot,'defaultLegendTextColor','k');

然后重新运行：

matlab 复制代码

single_phase_full_converter_homework

如果当前黑底图片已经清楚，可以不用改。

12. 常见问题与处理命令

12.1 MATLAB 提示找不到脚本

现象：

text 复制代码

Unrecognized function or variable 'single_phase_full_converter_homework'

检查当前路径：

matlab 复制代码

pwd

检查脚本是否存在：

matlab 复制代码

exist('single_phase_full_converter_homework.m','file')

如果返回 0，进入正确目录：

matlab 复制代码

cd('D:\UsersData\Desktop\第4讲作业_单相桥式全控整流仿真')

然后重新运行：

matlab 复制代码

single_phase_full_converter_homework

12.2 Excel 写入失败

可能原因：

text 复制代码

Excel 文件正在被打开
没有写入权限
路径中有异常字符

处理：

关闭已经打开的 Excel 文件。
重新运行脚本。
如果仍失败，把文件夹复制到简单路径，例如：

text 复制代码

D:\sim_converter

然后在 MATLAB 中：

matlab 复制代码

cd('D:\sim_converter')
single_phase_full_converter_homework

12.3 Simulink 模型生成失败

先确认主结果是否已经生成：

matlab 复制代码

dir('figures\*.png')
dir('data\*.xlsx')

如果图片和 Excel 都有，说明数值仿真已经完成。

再检查工具箱：

matlab 复制代码

license('test','Simulink')
license('test','Power_System_Blocks')

如果返回 0，需要安装或启用相关工具箱。

12.4 图片没有刷新

先关闭所有图窗：

matlab 复制代码

close all

删除旧图片可以手动在文件管理器中删除 figures 里的 PNG。

然后重新运行：

matlab 复制代码

single_phase_full_converter_homework

12.5 中文显示乱码

如果 MATLAB 命令行中文字乱码，不一定影响文件生成。

优先检查输出文件是否正常：

matlab 复制代码

dir('figures\*.png')
dir('data\*.xlsx')

如果图片和 Excel 正常，乱码可以忽略。

如果图片中文字乱码，可以尝试在脚本画图部分使用系统已有中文字体，例如：

matlab 复制代码

set(groot,'defaultAxesFontName','Microsoft YaHei');
set(groot,'defaultTextFontName','Microsoft YaHei');

放在脚本开头后重新运行。

13. 最小复现流程

如果只想最快跑通，按下面做：

把整个文件夹复制到新电脑。
打开 MATLAB。
进入文件夹：

matlab 复制代码

cd('D:\UsersData\Desktop\第4讲作业_单相桥式全控整流仿真')

运行：

matlab 复制代码

single_phase_full_converter_homework

检查：

matlab 复制代码

dir('figures\*.png')
dir('data\*.xlsx')
dir('model\*.slx')

打开答案文字：

matlab 复制代码

edit('第4讲作业_答案文本.txt')

打开 Simulink 模型：

matlab 复制代码

open_system('model\single_phase_full_controlled_rectifier_ref.slx')

14. 建议上传材料

如果需要提交仿真电路和观测波形，建议整理这些文件：

text 复制代码

model\single_phase_full_controlled_rectifier_ref.slx
model\Simulink参考模型截图.png
figures\01_单相桥式全控整流仿真电路示意.png
figures\02_改变触发角_整流输出电压电流.png
figures\03_触发角对平均输出的影响.png
figures\04_改变负载电感_输出电流平滑作用.png
figures\05_晶闸管与变压器二次侧波形.png
第4讲作业_答案文本.txt

如果平台允许上传压缩包，可以把这些内容放进一个文件夹后压缩。

不建议只上传 .m 文件，因为题目通常要求看到电路和波形结果。

15. 复现完成的判断标准

满足以下条件，就可以认为复现完成：

text 复制代码

MATLAB 脚本能运行结束
figures 中有 5 张 PNG 图
data 中有 Excel 汇总表
model 中有 SLX 模型
答案文本存在
触发角增大时平均输出电压下降
电感增大时输出电流脉动减小

如果这几条都成立，说明仿真流程、数据输出和图像输出都已经跑通。