電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--斬波電路的matlab仿真研究

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書</b></p><p>　　課程名稱：電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　設(shè)計(jì)題目：斬波電路的Matlab仿真研究</p><p>　　專業(yè)班級：電氣工程及其自動化 XXX班</p><p>　　學(xué)生姓名： XXX（XXXXXXXX） </p&

2、gt;<p>　　指導(dǎo)老師：電力電子課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)小組 </p><p>　　XXXX年XX月XX日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)的目的</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)的任務(wù)</b></p>&l

3、t;p>　　仿真研究的內(nèi)容與步驟</p><p>　　降壓斬波電路的仿真研究。</p><p>　　升壓斬波電路的仿真研究。</p><p>　　升降壓斬波電路的仿真研究。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></

4、p><p>　　課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目的及要求</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)是電氣工程及其自動化專業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一。本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是利用所學(xué)《電力電子技術(shù)》專業(yè)知識，以MATLAB/SIMULINK仿真軟件為基礎(chǔ)，完成對所學(xué)電力電子器件、整流電路、斬波電路、交流調(diào)壓電路以及逆變電路的建模與仿真。其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，分析、解決工程實(shí)際問題的能力；鞏固學(xué)生所學(xué)知識的同時，提高學(xué)

5、生的專業(yè)素質(zhì)，這對于工科學(xué)生貫徹工程思想起到十分重要的作用。</p><p>　　要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)通過分析任務(wù)書、查閱收集資料，充分發(fā)揮主動性與創(chuàng)造性，在老師的指導(dǎo)下聯(lián)系實(shí)際、掌握正確的方法，理清思路，獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)，撰寫設(shè)計(jì)說明書，其格式和字?jǐn)?shù)應(yīng)符合規(guī)定。根據(jù)要求能夠熟練搭建仿真模型，并能進(jìn)行調(diào)試及對電路輸出波形的分析；課程設(shè)計(jì)說明書要求整潔、完備、內(nèi)容正確、概念清楚、文字通暢，符合規(guī)范。</p&g

6、t;<p><b>　　設(shè)計(jì)的任務(wù)</b></p><p>　?。?）降壓斬波電路的仿真研究。</p><p>　?。?）升壓斬波電路的仿真研究。</p><p>　　（3）升降壓斬波電路的仿真研究。</p><p>　　仿真研究的內(nèi)容與步驟</p><p>　　1．降壓斬波電路的仿

7、真研究</p><p><b>　　1.1電路原理圖</b></p><p>　　降壓斬波電路的原理圖及工作波形如圖所示，該電路使用一個全控型器件V,圖中為IGBT，也可以使用其它器件，續(xù)流二極管VD在IGBT關(guān)斷期間為電感儲存的能量提供釋放通道。該電路的仿真過程可以分為建立仿真模型、設(shè)置模型參數(shù) 和觀察仿真結(jié)果。</p><p>　　工作原理

8、：t=0時刻驅(qū)動V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。t=t1時控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小。到一個周期T結(jié)束，再驅(qū)動IGBT導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時，負(fù)載電流在一個周期的初值和終值相等，如圖b）所示。負(fù)載電壓的平均值為：</p><p>　　ton為V處于導(dǎo)通的時間；tof

9、f為V處于關(guān)斷的時間；a為導(dǎo)通占空比。</p><p><b>　　負(fù)載電流平均值為：</b></p><p><b>　　1.2建立仿真模型</b></p><p>　　1）建立一個仿真模型的新文件。在MATLAB的菜單欄上點(diǎn)擊File，選擇New，再在彈出菜單中選擇Model，這時出現(xiàn)一個空白的仿真平臺，如圖所示。在這

10、個平臺上可以繪制電路的仿真模型。</p><p>　　2）提取電路元器件模塊。在仿真模型窗口的菜單上點(diǎn)擊圖標(biāo)調(diào)出模型庫瀏覽器，在模型庫中提取所需的模塊放到仿真窗口。組成直流降壓斬波電路的元器件有直流電源、IGBT、電阻、電容、二極管。</p><p>　　3）將電路元器件模塊按直流降壓斬波的原理圖連接起來組成仿真電路。如圖所示。</p><p><b>　

11、　參數(shù)設(shè)置如下：</b></p><p>　　a.IGBT參數(shù)設(shè)置</p><p>　　Ron=0.001，Lon=0，Vf=1，Rs=1e5。</p><p>　　b.RLC元件參數(shù)設(shè)置</p><p>　　R=1歐姆，電感L=0.1H 。</p><p>　　c.脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置</p>

12、<p>　　振幅為1V ，周期=0.02s ，初相位為０。</p><p>　　d.直流電源電壓參數(shù)設(shè)置</p><p>　　電源電壓幅值為100V，初相位為0度。</p><p><b>　　e.仿真參數(shù)設(shè)置</b></p><p>　　開始仿真時間：0.0 ，停止仿真時間：1.0。</p>

13、<p>　　f．示波器波形依次是電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號，流過負(fù)載電流。</p><p>　　1.3仿真波形結(jié)果與分析</p><p>　　圖1－1、圖1－2、圖1－3分別是α＝20%、α＝50%、α＝80%時仿真波形。</p><p>　　當(dāng)占空比α＝20%時，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為20V。</p><p>　　

14、當(dāng)占空比α＝50%時，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為50V。</p><p>　　當(dāng)占空比α＝80%時，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為80V。</p><p>　　當(dāng)給負(fù)載加一個40V反電動勢時，將電感值改為0.001H，其它參數(shù)不變，電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號和流過負(fù)載電流波形如圖所示：</p><p>　　2．升壓斬波電路的仿真研究</p>

15、<p><b>　　2.1電路原理圖</b></p><p>　　升壓斬波電路的原理圖及工作波形如圖所示。該電路中也是使用一個IGBT器件。</p><p>　　工作原理：假設(shè)L和C值很大。V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，電流恒定I1，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓Uo恒定。V處于斷態(tài)時，電源E和電感L同時向電容C充電，并向負(fù)載提供能量。負(fù)載電壓的平均值

16、為：</p><p><b>　　2.2建立仿真模型</b></p><p>　　IGBT升壓斬波電路模型主要由直流電源、IGBT、電阻、電感、電容、二極管以及示波器等部分組成。將電路元器件模塊按直流升壓斬波的原理圖連接起來組成仿真電路。如圖所示。</p><p><b>　　參數(shù)設(shè)置如下：</b></p>

17、<p>　　a.IGBT參數(shù)設(shè)置</p><p>　　Ron=0.001，Lon=0，Vf=1，Rs=1e5。</p><p>　　b.RLC元件參數(shù)設(shè)置</p><p>　　R=100歐姆，電感L=0.01H ，電容C=0.0022F。</p><p>　　c.脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置</p><p>　　振幅為

18、1V ，周期=0.001s ，初相位為０。</p><p>　　d.直流電源電壓參數(shù)設(shè)置</p><p>　　電源電壓幅值為100V，初相位為0度。</p><p><b>　　e.仿真參數(shù)設(shè)置</b></p><p>　　開始仿真時間：0.0 ，停止仿真時間：2.0。</p><p>　　f．示

19、波器波形依次是電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號，流過負(fù)載電流。</p><p>　　2.3仿真波形結(jié)果與分析</p><p>　　圖2－1、圖2－2、圖2－3分別是α＝20%、α＝50%、α＝80%時仿真波形。</p><p>　　當(dāng)占空比α＝20%時，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為125V。</p><p>　　當(dāng)占空比α＝50%時，電源

20、電壓100V，負(fù)載兩端電壓為200V。</p><p>　　當(dāng)占空比α＝80%時，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為500V。</p><p>　　3．升降壓斬波電路的仿真研究</p><p><b>　　3.1電路原理圖</b></p><p>　　升降壓斬波電路的原理圖及工作波形如圖所示。設(shè)電路中電感L值很大，電容C的

21、值也很大。使電感電流IL和電容電壓即負(fù)載電壓Uo基本為恒值。</p><p>　　工作原理：V通時，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時電流為i1。同時，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電。V斷時，L的能量向負(fù)載釋放，電流為i2。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路。</p><p><b>　　輸出電壓為：</b></p>

22、<p><b>　　負(fù)載電流為：</b></p><p><b>　　3.2建立仿真模型</b></p><p>　　組成直流降壓斬波電路的元器件有直流電源、IGBT、電阻、電容、電感、二極管。</p><p><b>　　參數(shù)設(shè)置如下：</b></p><p>　　

23、a.IGBT參數(shù)設(shè)置</p><p>　　Ron=0.001，Lon=0，Vf=1，Rs=1e5。</p><p>　　b.RLC元件參數(shù)設(shè)置</p><p>　　R=10歐姆，電感L=1H ，電容C=0.047F。</p><p>　　c.脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置</p><p>　　振幅為1V ，周期=0.01s ，初相

24、位為０。</p><p>　　d.直流電源電壓參數(shù)設(shè)置</p><p>　　電源電壓幅值為100V，初相位為0度。</p><p><b>　　e.仿真參數(shù)設(shè)置</b></p><p>　　開始仿真時間：0.0 ，停止仿真時間：10.0。</p><p>　　f．示波器波形依次是脈沖信號，電源電壓

25、，電源電流，流過負(fù)載電流和負(fù)載兩端電壓，。</p><p>　　3.3仿真波形結(jié)果與分析</p><p>　　圖3－1、圖3－2、圖3－3分別是α＝20%、α＝50%、α＝80%時仿真波形。</p><p>　　當(dāng)占空比α＝20%時，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為23.95V。</p><p>　　當(dāng)占空比α＝50%時，電源電壓100V，負(fù)

26、載兩端電壓為98.25V。</p><p>　　當(dāng)占空比α＝80%時，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為395V。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)中，我真正的做到了自己查閱資料，進(jìn)行必要的分析，獨(dú)立設(shè)計(jì)仿真電路，并調(diào)試參數(shù)。經(jīng)過這次電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)對直流斬波電路的仿真，使我加深了對直流斬波電路的理

27、解。雖然只是一個簡單的課程設(shè)計(jì)，但是這培養(yǎng)了我獨(dú)立學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考的能力，并且掌握了Matlab仿真軟件的許多應(yīng)用知識，開闊了電力電子技術(shù)方面的視野，了解了很多課本之外的知識。鞏固了以前所學(xué)的知識，提高了自己的設(shè)計(jì)能力，為以后的學(xué)習(xí)工作打下了基礎(chǔ)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]郭榮祥 崔桂梅主編 電力電子應(yīng)用技術(shù) 高等教育出版