功率電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　《功率電子技術(shù)》</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　專 業(yè)： 自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　2017年10月28日</p><p>　　目 錄</p><p>　　1. 課程設(shè)計(jì)的目的- 4 -</p><p>　　2. 課程設(shè)計(jì)的要求- 4 -</p><p

3、>　　3. 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容- 4 -</p><p>　　3.1 項(xiàng)目一：?jiǎn)蜗喟氩煽卣麟娐? 4 -</p><p>　　3.1.1 原理圖- 4 -</p><p>　　3.1.2 仿真模型- 5 -</p><p>　　3.1.3 參數(shù)設(shè)置- 5 -</p><p>　　3.1.4

4、仿真結(jié)果- 7 -</p><p>　　3.1.5 仿真分析- 7 -</p><p>　　3.2 項(xiàng)目二：?jiǎn)蜗鄻蚴桨肟卣麟娐? 8 -</p><p>　　3.2.1 電路原理圖- 8 -</p><p>　　3.2.2 仿真模型- 8 -</p><p>　　3.2.3 參數(shù)設(shè)置- 9

5、-</p><p>　　3.2.4 仿真結(jié)果- 10 -</p><p>　　3.2.5 仿真分析- 10 -</p><p>　　3.3 項(xiàng)目三：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐? 10 -</p><p>　　3.3.1 電路原理圖- 10 -</p><p>　　3.3.2 仿真模型- 11 -&

6、lt;/p><p>　　3.3.3 參數(shù)設(shè)置- 11 -</p><p>　　3.3.4 仿真結(jié)果- 13 -</p><p>　　3.3.5 仿真分析- 13 -</p><p>　　3.4 項(xiàng)目四：三相半波可控整流電路仿真- 13 -</p><p>　　3.4.1 電路原理圖- 13 -<

7、/p><p>　　3.4.2 仿真模型圖- 14 -</p><p>　　3.4.3 參數(shù)設(shè)置- 14 -</p><p>　　3.4.4 仿真結(jié)果- 15 -</p><p>　　3.4.5 仿真分析- 16 -</p><p>　　3.5 項(xiàng)目五：直流升壓斬波電路的仿真- 17 -</p&

8、gt;<p>　　3.5.1 原理圖- 17 -</p><p>　　3.5.2 仿真模型- 17 -</p><p>　　3.5.3 參數(shù)設(shè)置- 17 -</p><p>　　3.5.4 仿真結(jié)果- 18 -</p><p>　　3.5.5 仿真結(jié)果分析- 18 -</p><p

9、>　　3.6 項(xiàng)目六：?jiǎn)蜗鄻蚴浇涣髡{(diào)壓電路的仿真- 19 -</p><p>　　3.6.1 原理圖- 19 -</p><p>　　3.6.2 仿真模型- 19 -</p><p>　　3.6.3 參數(shù)設(shè)置- 19 -</p><p>　　3.6.4 仿真結(jié)果- 21 -</p><p&g

10、t;　　3.6.5 仿真結(jié)果分析- 21 -</p><p>　　4. 課程設(shè)計(jì)總結(jié)- 21 -</p><p>　　5. 課程設(shè)計(jì)體會(huì)及建議- 22 -</p><p>　　6. 參考書目- 22 -</p><p>　　1. 課程設(shè)計(jì)的目的</p><p>　　功率電子技術(shù)課程是一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，電力

11、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電力電子技術(shù)課程理論教學(xué)之后的一個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是通過對(duì)“電力電子技術(shù)”教材中主要電子電路進(jìn)行仿真與建模，基本掌握電路的原理及參數(shù)設(shè)定和調(diào)整方法，提高學(xué)生分析問題的和解決問題的能力；訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過的變流電路原理的基礎(chǔ)知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行查找資料、選擇方案、設(shè)計(jì)電路、撰寫報(bào)告，進(jìn)一步加深對(duì)變流電路基本理論的理解，提高運(yùn)用基本技能的能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過設(shè)計(jì)，使學(xué)生鞏固、加深對(duì)變流電路基本理論的

12、理解，提高學(xué)生運(yùn)用電路基本理論分析和處理實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。</p><p>　　2. 課程設(shè)計(jì)的要求</p><p>　　（1）熟悉MATLAB的Simulink和SimPowerSystem模塊庫(kù)應(yīng)用。</p><p>　?。?）熟練掌握基本電力電子電路的仿真方法。</p><p>　?。?）掌握電力電子變流裝置

13、觸發(fā)、主電路及驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成及調(diào)試方法，能初步設(shè)計(jì)和應(yīng)用這些電路。</p><p>　?。?）能夠運(yùn)用理論知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果進(jìn)行分析和處理。</p><p>　?。?）能夠綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，解釋現(xiàn)象，編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p><b>　　3. 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　3.1 項(xiàng)目一：?jiǎn)蜗喟氩?/p>

14、可控整流電路</p><p>　　3.1.1 原理圖</p><p>　　單相半波可控整流電流（電阻性負(fù)載）原理圖，晶閘管作為開關(guān)元件，變壓器T起變換電壓和隔離的作用，其一次和二次電壓瞬時(shí)值分別用u1,u2表示有效值分別用U1，U2表示。</p><p>　　3.1.2 仿真模型</p><p>　　根據(jù)原理圖用matalb軟件畫出正確的

15、仿真電路圖</p><p>　　3.1.3 參數(shù)設(shè)置</p><p>　　仿真參數(shù)，算法（solver）ode15s，相對(duì)誤差（relativetolerance）1e-3，開始時(shí)間0結(jié)束時(shí)間0.06s</p><p>　　脈沖參數(shù) 晶閘管參數(shù)</p><p>　　電源參數(shù)，頻率50hz，電

16、壓100v</p><p>　　3.1.4 仿真結(jié)果</p><p>　　當(dāng)延遲角α=30°時(shí)，波形圖如圖所示：</p><p>　　3.1.5 仿真分析</p><p>　　在電源電壓正半波（0~π區(qū)間），晶閘管承受正向電壓，在ωt=α處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導(dǎo)通，形成負(fù)載電流Id，負(fù)載上有輸出電壓和電流。</p&g

17、t;<p>　　在ωt=π時(shí)刻，U2=0，電源電壓自然過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負(fù)載電流為0。</p><p>　　在電源電壓負(fù)半波（π~2π區(qū)間），晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)載上沒有輸出電壓，負(fù)載電流為0。</p><p>　　直到電壓電源U2的下個(gè)周期的正半波，脈沖在ωt=2π+α處又觸發(fā)晶閘管，晶閘管再次被觸發(fā)導(dǎo)通，輸出電壓和電流有加在負(fù)載上，如此不

18、斷反復(fù)。</p><p>　　3.2 項(xiàng)目二：?jiǎn)蜗鄻蚴桨肟卣麟娐?lt;/p><p>　　3.2.1 電路原理圖</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　假定負(fù)載中電感足夠大，負(fù)載電流iD連續(xù)并近似為一條直線，在u的正半周ωt=α的時(shí)刻觸發(fā)晶閘管VT1，則VT1、VD2導(dǎo)通，電流從電源正斷經(jīng)

19、VT1、負(fù)載、VD2回到負(fù)端，負(fù)載兩端整流電壓uD=u2。</p><p>　　當(dāng)u2在ωt=π進(jìn)入負(fù)半周，而下一個(gè)觸發(fā)脈沖尚未到來時(shí)，電感上的電流iD經(jīng)續(xù)流二極管VD3續(xù)流，負(fù)載兩端整流電壓u=0。當(dāng)ωt=π+α?xí)r，觸發(fā)VT2使其導(dǎo)通，續(xù)流二級(jí)管VD3因受到反壓關(guān)斷，負(fù)載電流從電源負(fù)端經(jīng)過VT2、負(fù)載、VD1回到正端，負(fù)載兩端得到整流電壓uD=-u2。</p><p>　　當(dāng)u在ωt&g

20、t;2π進(jìn)入正半周而下一個(gè)觸發(fā)脈沖尚未到來時(shí)，電感上的電流iD又經(jīng)續(xù)流二極管VD3續(xù)流，如此循環(huán)工作</p><p>　　3.2.2 仿真模型</p><p>　　3.2.3 參數(shù)設(shè)置 </p><p>　　晶閘管設(shè)置 脈沖設(shè)置</p><p><b>　　電源設(shè)置</b>

21、;</p><p>　　3.2.4 仿真結(jié)果</p><p>　　3.2.5 仿真分析</p><p>　　1、電感在電路中具有續(xù)流作用;</p><p>　　2、晶閘管在觸發(fā)時(shí)換流，二極管則在電源過零時(shí)刻換流；</p><p>　　3、盡管電路具有續(xù)流作用，但還應(yīng)該加續(xù)流二極管</p><

22、p>　　4、從觸發(fā)角變化可以看出，觸發(fā)角越大，負(fù)載上的平均電壓越小。</p><p>　　3.3 項(xiàng)目三：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?lt;/p><p>　　3.3.1 電路原理圖</p><p>　　單相橋式全控整流電路，共用了四個(gè)晶閘管，兩只晶閘管接成共陽(yáng)極，兩只晶閘管接成共陰極，每一只晶閘管是一個(gè)橋臂，橋式整流電路的工作方式特點(diǎn)是整流元件必須成對(duì)以構(gòu)成回路，

23、負(fù)載為電阻性。</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　1.在u2正半波的（０～α）區(qū)間，晶閘管VT1、VT4承受正向電壓，但無觸發(fā)脈沖，晶閘管VT2、VT3承受反向電壓。因此在0～α區(qū)間，4個(gè)晶閘管都不導(dǎo)通。假如4個(gè)晶閘管的漏電阻相等，則Ut1.4= Ut2.3=1/2u2。</p><p>　　2.在u2正半波的（

24、α～π）區(qū)間，在ωｔ＝α?xí)r刻，觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導(dǎo)通。</p><p>　　3.在u2負(fù)半波的（π～π＋α）區(qū)間，在π～π＋α區(qū)間，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，因無觸發(fā)脈沖而處于關(guān)斷狀態(tài)，晶閘管VT1、VT4承受反向電壓也不導(dǎo)通。</p><p>　　4.在u2負(fù)半波的（π＋α～２π）區(qū)間，在ωｔ＝π＋α?xí)r刻，觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其元件導(dǎo)通，負(fù)載電流沿b→VT3→R→

25、VT2→α→T的二次繞組→b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載電阻上，負(fù)載上有輸出電壓（ud=-u2）和電流，且波形相位相同。</p><p>　　3.3.2 仿真模型</p><p>　　3.3.3 參數(shù)設(shè)置</p><p>　　仿真參數(shù)，算法（solver）ode45s，相對(duì)誤差（relativetolerance）1e-3，開始時(shí)間0結(jié)束時(shí)間0.

26、05s </p><p>　　電源參數(shù)，頻率50hz，電壓100v</p><p><b>　　脈沖設(shè)置</b></p><p>　　3.3.4 仿真結(jié)果</p><p>　　3.3.5 仿真分析</p><p>　　盡管整流電路的輸入電壓U2是交變的，但負(fù)載上正負(fù)兩個(gè)半波內(nèi)均有相

27、同的電流流過，輸出電壓一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)兩次，由于橋式整流電路在正、負(fù)半周均能工作，變壓器二次繞組正在正、負(fù)半周內(nèi)均有大小相等、方向相反的電流流過，消除了變壓器的電流磁化，提高了變壓器的有效利用率</p><p>　　3.4 項(xiàng)目四：三相半波可控整流電路仿真</p><p>　　3.4.1 電路原理圖</p><p>　　變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三

28、角形，為△/Y接法。三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起為共陰極接法。</p><p>　　3.4.2 仿真模型圖</p><p>　　根據(jù)原理圖畫出仿真電路圖</p><p>　　3.4.3 參數(shù)設(shè)置</p><p>　　仿真參數(shù)，算法（solver）ode15s，相對(duì)誤差（relativetolerance）1e-

29、3，開始時(shí)間0結(jié)束時(shí)間0.1s </p><p>　　脈沖參數(shù)，振幅1V，周期0.02，占空比10%，時(shí)相延遲為（α+30）*0.01/180每個(gè)相差120度</p><p>　　電源參數(shù)，頻率50hz，電壓100v每個(gè)相差120度</p><p>　　3.4.4 仿真結(jié)果</p><p>　　設(shè)置觸發(fā)脈沖α分別為30°與其產(chǎn)生

30、的相應(yīng)波形，在波形圖中第一列波為脈沖波形，第二列波為流過晶閘管電流波形，第三列波為晶閘管電壓波形，第四列波為負(fù)載電流波形和負(fù)載電壓波形</p><p><b>　　a=0°</b></p><p><b>　　a=30°</b></p><p><b>　　a=60°</b&g

31、t;</p><p>　　3.4.5 仿真分析</p><p>　　a =0時(shí)的工作原理分析：晶閘管的電壓波形，由3段組成：</p><p>　　第1段，VT1導(dǎo)通期間，為一管壓降，可近似為uT1=0</p><p>　　第2段，在VT1關(guān)斷后，VT2導(dǎo)通期間，uT1=ua-ub=uab，為一段線電壓。</p><p&g

32、t;　　第3段，在VT3導(dǎo)通期間，uT1=ua-uc=uac ，為另一段線電壓。</p><p>　　a = 30時(shí)的波形</p><p>　　負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)，各相仍導(dǎo)電120 。</p><p>　　a > 30的情況，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120</p><p>　　3.5 項(xiàng)目五：直流升壓斬波電路的

33、仿真</p><p>　　3.5.1 原理圖</p><p>　　用IGBT作為電路的控制開關(guān)，用上一個(gè)二極管起續(xù)流作用，在加上L-C低通濾波電路組成Buck電路 。如上圖所示。</p><p>　　在電路中IGBT導(dǎo)通時(shí)，電流由E經(jīng)升壓電感L和V形成回路，電感L儲(chǔ)能；當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，電感產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)和直流電源電壓方向相同互相疊加，從而在負(fù)載側(cè)得到高

34、于電源的電壓，二極管的作用是阻斷IGBT導(dǎo)通是，電容的放電回路。調(diào)節(jié)開關(guān)器件V的通斷周期，可以調(diào)整負(fù)載側(cè)輸出電流和電壓的大小。</p><p>　　3.5.2 仿真模型</p><p>　　3.5.3 參數(shù)設(shè)置</p><p>　　仿真參數(shù)，算法（solver）ode15s，相對(duì)誤差（relativetolerance）1e-3，開始時(shí)間0結(jié)束時(shí)間0.1s&

35、#160;</p><p>　　脈沖參數(shù)，振幅1V，周期0.02，占空比80%，時(shí)相延遲為150*0.02/360 電源參數(shù)，直流電壓100v。</p><p>　　3.5.4 仿真結(jié)果</p><p>　　3.5.5 仿真結(jié)果分析</p><p>　　對(duì)于升壓斬波電路，要輸出電壓高于輸入電源電壓應(yīng)滿足兩個(gè)假設(shè)兩個(gè)條件，即電

36、路中電感的L值很大，電容的C值也很大。只有在上述條件下，L在儲(chǔ)能之后才具有使電壓泵升的作用，C在L儲(chǔ)能期間才維持住電壓不變。但實(shí)際上假設(shè)條件不可能夠滿足，即C值不可能無窮大，U0必然會(huì)有所下降。</p><p>　　1)占空比α越大負(fù)載輸出電壓越大，調(diào)節(jié)時(shí)間越長(zhǎng)；  </p><p>　　電容C值越大峰值時(shí)間越大，第一個(gè)峰值越大；   &#

37、160;</p><p>　　3)電感L值越大峰值時(shí)間越大，調(diào)節(jié)時(shí)間越大。 </p><p>　　3.6 項(xiàng)目六：?jiǎn)蜗鄻蚴浇涣髡{(diào)壓電路的仿真</p><p>　　3.6.1 原理圖</p><p>　　3.6.2 仿真模型</p><p>　　3.6.3 參數(shù)設(shè)置</p><p

38、><b>　　電源參數(shù)</b></p><p><b>　　RLC元件參數(shù)</b></p><p><b>　　晶閘管參數(shù)</b></p><p><b>　　脈沖參數(shù)</b></p><p>　　3.6.4 仿真結(jié)果</p>&l

39、t;p>　　3.6.5 仿真結(jié)果分析</p><p>　　隨著a的增大，U0逐漸減小，直到a=180時(shí)，U0=00負(fù)載電壓波形是電源電壓的一部分，通過觸發(fā)延遲角為a的變化就可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的控制。</p><p><b>　　4. 課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過此次課程設(shè)計(jì)，增加了我對(duì)MATLAB的Simulink和S

40、imPowerSystem模塊庫(kù)應(yīng)用熟悉，并且能夠很好的應(yīng)用這些模塊對(duì)功率電子技術(shù)課程中的基本電路進(jìn)行仿真和分析。同時(shí)，又重新復(fù)習(xí)了一遍相關(guān)的一些理論知識(shí)。感覺以前學(xué)基礎(chǔ)不是很扎實(shí)，不過現(xiàn)在通過這次親手用DSP軟件工具畫電路原理圖，利用matlab來仿真，讓我又復(fù)習(xí)了一遍書本知識(shí)，而且我發(fā)現(xiàn)和書本上的理論圖進(jìn)行對(duì)比，實(shí)際仿真的時(shí)候會(huì)有些誤差，波形沒有理論的那么圓滑和精確。</p><p>　　當(dāng)然，在這次課程設(shè)計(jì)

41、中仍然表現(xiàn)了自身很多的知識(shí)的欠缺和遺忘，所以這次課程設(shè)計(jì)的結(jié)束只是一次很好的檢驗(yàn)所學(xué)知識(shí)的開始，我還有更遠(yuǎn)的路要走，去把所學(xué)的知識(shí)努力應(yīng)用到實(shí)踐上面去。</p><p>　　5. 課程設(shè)計(jì)體會(huì)及建議</p><p>　　功率電子技術(shù)課程是一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，這次的課程設(shè)計(jì)正好給我們提供了實(shí)踐與理論相結(jié)合的機(jī)會(huì)。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)不僅增加了我的知識(shí)積累

42、，讓我有機(jī)會(huì)將課堂上所學(xué)的電力電子理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中，了解了這些知識(shí)在電源上豐富而強(qiáng)大的用途，為將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)，還讓我懂得自主學(xué)習(xí)的重要性，遇到問題要自己想辦法解決，可以查閱資料、詢問同學(xué)或者請(qǐng)教老師，還有做什么事情都要有恒心，有信心，動(dòng)腦子去想，就一定有所收獲。</p><p><b>　　6. 參考書目</b></p><p>　　王兆安 劉進(jìn)軍，電力