功率電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、文華學(xué)院功率電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告專業(yè)：自動(dòng)化班級(jí)：1401班姓名：學(xué)號(hào)：140102017年 10月 28 日- 1 -目錄1.課程設(shè)計(jì)的目的 .- 4 -2.課程設(shè)計(jì)的要求 .- 4 -3.課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 .- 4 -3.1項(xiàng)目一：?jiǎn)蜗喟氩煽卣麟娐?.- 4 -3.1.1原理圖 .- 4 -3.1.2仿真模型 .- 5 -3.1.3參數(shù)設(shè)置 .- 5 -3.1.4仿真結(jié)果 .- 7 -3.1.5仿真分析 .- 7 -3.2項(xiàng)目二：?jiǎn)蜗鄻蚴桨肟卣麟娐?.- 8 -3.2.1電路原理圖 .- 8 -3.2.2仿真模型 .- 8 -3.2.3參數(shù)設(shè)置 .- 9 -3.2.4仿真結(jié)果 .-10-

2、3.2.5仿真分析 .-10-3.3項(xiàng)目三：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?.-10-3.3.1電路原理圖 .-10-3.3.2仿真模型 .-11-3.3.3參數(shù)設(shè)置 .-11-3.3.4仿真結(jié)果 .-13-3.3.5仿真分析 .-13-3.4項(xiàng)目四：三相半波可控整流電路仿真 .-13-3.4.1電路原理圖 .-13-3.4.2仿真模型圖 .-14-3.4.3參數(shù)設(shè)置 .-14-3.4.4仿真結(jié)果 .-15-3.4.5仿真分析 .-16-3.5項(xiàng)目五：直流升壓斬波電路的仿真 .-18-3.5.1原理圖 .-18-3.5.2仿真模型 .-18-3.5.3參數(shù)設(shè)置 .-18-3.5.4仿真結(jié)果 .-19-3

3、.5.5仿真結(jié)果分析 .-19-3.6項(xiàng)目六：?jiǎn)蜗鄻蚴浇涣髡{(diào)壓電路的仿真 .-20-3.6.1原理圖 .-20-3.6.2仿真模型 .-20-3.6.3參數(shù)設(shè)置 .-20-3.6.4仿真結(jié)果 .-22- 2 -3.6.5仿真結(jié)果分析 .-22-4.課程設(shè)計(jì)總結(jié) .-22-5.課程設(shè)計(jì)體會(huì)及建議 .-23-6.參考書目 .-23- 3 -1. 課程設(shè)計(jì)的目的功率電子技術(shù)課程是一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課， 電力電子技術(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

4、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。2. 課程設(shè)計(jì)的要求（1）熟悉 MATLAB 的 Simulink 和 SimPowerSystem模塊庫(kù)應(yīng)用。（2）熟練掌握基本電力電子電路的仿真方法。（3）掌握電力電子變流裝置觸發(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。（4）能夠運(yùn)用

5、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。（5）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。3. 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1項(xiàng)目一：?jiǎn)蜗喟氩煽卣麟娐?.1.1原理圖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。- 4 -uTidTrVTu1u2ud3.1.2仿真模型根據(jù)原理圖用 matalb 軟件畫出正確的仿真電路圖3.1.3參數(shù)設(shè)置仿真參數(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 0.0

6、6s- 5 -脈沖參數(shù)晶閘管參數(shù)電源參數(shù)，頻率50hz，電壓 100v- 6 -3.1.4仿真結(jié)果當(dāng)延遲角 =30°時(shí)，波形圖如圖所示：3.1.5仿真分析在電源電壓正半波（ 0 區(qū)間），晶閘管承受正向電壓，在t=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。在 t=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。在電源電壓負(fù)半波（ 2 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。直到電壓電源 U2 的下個(gè)周期的正半波，脈沖在 t=2 + 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

7、負(fù)載上，如此不斷反復(fù)。- 7 -3.2項(xiàng)目二：?jiǎn)蜗鄻蚴桨肟卣麟娐?.2.1電路原理圖工作原理：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 t=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)VT1、負(fù)載、 VD2 回到負(fù)端，負(fù)載兩端整流電壓uD=u2。當(dāng) u2 在t= 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)t= +時(shí)，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。當(dāng)

8、u 在t>2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3.2.2仿真模型- 8 -3.2.3參數(shù)設(shè)置晶閘管設(shè)置脈沖設(shè)置電源設(shè)置- 9 -3.2.4仿真結(jié)果3.2.5仿真分析1、電感在電路中具有續(xù)流作用;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；3、盡管電路具有續(xù)流作用，但還應(yīng)該加續(xù)流二極管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。3.3項(xiàng)目三：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?.3.1電路原理圖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

9、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，負(fù)載為電阻性。VT3idVT1Ti2au1u2RudbVT2VT4-10-工作原理1.在 u2 正半波的（ ）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。2.在 u2 正半波的（ ）區(qū)間，在 時(shí)刻，觸發(fā)晶閘管VT1 、VT4使其導(dǎo)通。3.在 u2 負(fù)半波的（ ）區(qū)間，在 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)

10、通。4.在 u2 負(fù)半波的（ ）區(qū)間，在 時(shí)刻，觸發(fā)晶閘管 VT2 、 VT3 使其元件導(dǎo)通，負(fù)載電流沿 bVT3 R VT2 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。3.3.2仿真模型3.3.3參數(shù)設(shè)置仿真參數(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 0.05s-11-電源參數(shù)，頻率 50hz，電壓 100v脈沖設(shè)置-12-3.3.4仿真結(jié)果3.3.5仿真分析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)均有相同的電

11、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3.4項(xiàng)目四：三相半波可控整流電路仿真3.4.1電路原理圖變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形，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。TrVT1idVT2udVT3R-13-3.4.2仿真模型圖根據(jù)原理圖畫出仿真電路圖3.4.3參數(shù)設(shè)置仿真參數(shù)，算法（ solver） ode15s，相對(duì)誤差（ relativetolerance）1e-3，開始時(shí)

12、間 0 結(jié)束時(shí)間 0.1s脈沖參數(shù)，振幅 1V ，周期 0.02，占空比 10%，時(shí)相延遲為（ +30）*0.01/180每個(gè)相差 120 度-14-電源參數(shù)，頻率 50hz，電壓 100v 每個(gè)相差 120 度3.4.4仿真結(jié)果設(shè)置觸發(fā)脈沖 分別為30°與其產(chǎn)生的相應(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-15-a=0°a=30°a=60°-16-3.4.5仿真分析a =0 時(shí)的工作原理分析：晶閘管的電壓波形，由3 段組成：第 1 段， VT1 導(dǎo)通期間，為一管壓

13、降，可近似為uT1=0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。第 3 段，在 VT3 導(dǎo)通期間， uT1=ua-uc=uac ，為另一段線電壓。a = 30 時(shí)的波形負(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。a > 30 的情況，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120-17-3.5項(xiàng)目五：直流升壓斬波電路的仿真3.5.1原理圖用 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。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

14、 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。3.5.2仿真模型3.5.3參數(shù)設(shè)置仿真參數(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。-18-3.5.4仿真結(jié)果3.5.5仿真結(jié)果分析對(duì)于升壓斬波電路，要輸出

15、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。1)占空比 越大負(fù)載輸出電壓越大，調(diào)節(jié)時(shí)間越長(zhǎng)；2) 電容 C 值越大峰值時(shí)間越大，第一個(gè)峰值越大；3) 3)電感 L 值越大峰值時(shí)間越大，調(diào)節(jié)時(shí)間越大。-19-3.6項(xiàng)目六：?jiǎn)蜗鄻蚴浇涣髡{(diào)壓電路的仿真3.6.1原理圖3.6.2仿真模型3.6.3參數(shù)設(shè)置電源參數(shù)-20-RLC 元件參數(shù)晶閘管參數(shù)-21-脈沖參數(shù)3.6.4仿真結(jié)果3.6.5

16、仿真結(jié)果分析隨著 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。4. 課程設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過此次課程設(shè)計(jì)，增加了我對(duì)MATLAB的 Simulink 和 SimPowerSystem-22-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。當(dāng)然，在這次課程設(shè)計(jì)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。5. 課程設(shè)