電力電子課程設(shè)計matlab仿真實驗

1、一課程設(shè)計目的 （1）通過matlab的simulink工具箱，掌握DC-DC、DC-AC、AC-DC電路的仿真。通過設(shè)置元器件不同的參數(shù)，觀察輸出波形并進(jìn)行比較，進(jìn)一步理解電路的工作原理； （2）掌握焊接的技能，對照原理圖，了解工作原理； （3）加深理解和掌握電力電子技術(shù)課程的基礎(chǔ)知識，提高學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力；二課程設(shè)計內(nèi)容第一部分：simulink電力電子仿真/版本matlab7.0（1） DC-DC電路仿真（升降壓（Buck-Boost）變換器） 仿真電路參數(shù)：直流電壓20V、開關(guān)管為MOSFET（內(nèi)阻為0.001歐）、開關(guān)頻率20KHz、電感L為133uH、電 容為1.67mF

2、、負(fù)載為電阻負(fù)載（20歐）、二極管導(dǎo)通壓降0.7V（內(nèi)阻為0.001歐）、占空比40%。仿真時間0.3s，仿真算法為ode23tb。圖1-1 占空比為40%的，降壓后為12.12V。觸發(fā)脈沖、電感電流、開關(guān)管電流、二極管電流、負(fù)載電流、輸出電壓的波形。圖1-2 占空比為60%的，升壓后為28.25V。觸發(fā)脈沖、電感電流、開關(guān)管電流、二極管電流、負(fù)載電流、輸出電壓的波形。圖1-3 圖1-4 升降壓變換電路（又稱Buck-boost電路）的輸出電壓平均值可以大于或小于輸入直流電壓，輸出電壓與輸入電壓極性相反，其電路原理圖如圖1-4(a)所示。它主要用于要求輸出與輸入電壓反相，其值可大于或小于輸入電

3、壓的直流穩(wěn)壓電源工作原理：T導(dǎo)通，ton期間，二極管D反偏而關(guān)斷，電感L儲能，濾波電容C向負(fù)載提供能量。T關(guān)斷，toff期間，當(dāng)感應(yīng)電動勢大小超過輸出電壓U0時，二極管D導(dǎo)通，電感L經(jīng)D向C和RL反向放電，使輸出電壓的極性與輸入電壓在ton期間電感電流的增加量等于toff期間的減少量，得：由 的關(guān)系，求出輸出電壓的平均值為： 上式中，D為占空比，負(fù)號表示輸出與輸入電壓反相；當(dāng)D=0.5時，U0=Ud；當(dāng)0.5<D<1時，U0>Ud，為升壓變換；當(dāng)0D<0.5時，U0<Ud，為降壓變換。 占空比D=40%時，理論值U0=13.33V，實際值輸出電壓U0為12.11V

4、，這是由于二極管導(dǎo)通壓降為0.7V，MOSFET也有一定的壓降。使實際的輸出電壓小于理論的輸出電壓。(2)DC-AC電路仿真（SPWM逆變電路） 仿真電路參數(shù)：直流電壓源模塊（電壓為530V）、“Universab Bridgem”模塊(選擇橋臂為3，反并聯(lián)二極管IGBT）、負(fù)載為三相星型負(fù)載（額定電壓為413V,頻率為50Hz，有功為1KW,感性無功為500Var，容性無功為0）、控制信號為Discrete PWM Generator模塊（選擇三橋六臂，輸出基波頻率為50Hz，載波頻率為1500Hz，調(diào)制深度為0.6）、采樣時間為5e-7。仿真時間為0.06s，仿真算法為ode23tb。圖2

5、-1 直流線電壓Uan、a相相電流、線電壓Uab、直流電流Id波形圖2-2圖2-3 圖2-4三相PWM逆變器 圖2-5 圖2-6三相SPWM原理與單相SPWM類似，電路圖為（圖2-4）載波信號Uc為對稱的三角波，幅值為Ucm，頻率為fc，調(diào)制信號為三相正弦波Uar，Ubr，Ucr，幅值為Usm，頻率為fs，當(dāng)Usa<Uc時，T4導(dǎo)通T1關(guān)斷，當(dāng)Usa>Uc時，T4關(guān)斷T1導(dǎo)通，b相和c相類似。上圖的載波比為3。 圖（2-6）由于各相上下橋臂功率器件以互補(bǔ)方式輪流導(dǎo)通，故各相相對N點的電壓為雙極性SSPWM波形，該波形與各相上橋臂器件驅(qū)動信號同步變化。輸出的線電壓可由相應(yīng)兩相相對N點

6、的電壓相減得出，線電壓在Ud，-Ud和0之間變動（圖2-3），總體呈現(xiàn)單極性形狀。星型連接負(fù)載的相電壓波形較為負(fù)載?？赡艿碾娖綖?,-1/3Ud,1/3Ud,-2/3Ud和+2/3Ud。 （圖2-4），相電流呈正弦波形變化。(3)AC-DC電路仿真（三相橋式全控整流電路） 仿真電路參數(shù)：三相交流電壓源（線電壓為380V、50Hz，內(nèi)阻為0.001歐）、三相晶閘管橋式電路選用“Universal Bridge”模塊、六路觸發(fā)脈沖選用“Synchronized 6 Pulse Generator”模塊（頻率50Hz、脈沖寬度為0.1）、負(fù)載為阻感負(fù)載（電阻為1歐，電感為1mH）。仿真時間為2s，仿

7、真算法為ode23tb。圖3-1觸發(fā)角a=60°。三相電壓Uab，Ubc，Uca、晶閘管T1、輸出電流、輸出電壓波形圖3-2觸發(fā)角a=90°。三相電壓Uab，Ubc，Uca、晶閘管T1、輸出電流（斷流）、輸出電壓波形圖3-3三相橋式全控整流電路圖3-4三相橋式全控整流電路任意時刻都有兩個晶閘管同時導(dǎo)通從而形成回路，其中共陰極組和共陽極組各1個導(dǎo)通，且不能為同一器件。觸發(fā)脈沖順序為T1T2T3T4T5T6。相位相差60°。同一相的上下兩個橋臂脈沖相差180°。直流電壓在一個周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣。觸發(fā)角a從自然換相點開始。如果負(fù)載是阻感負(fù)載的話

8、，當(dāng)a<=60°，輸出的直流電壓和直流電流都是連續(xù)（圖3-2）;當(dāng)a>60°，輸出的直流電壓和直流電流斷續(xù)（圖3-3，a=90°）。第二部分：USB充電器的制作 對照原理圖，把元器件焊接上去，注意電阻的參數(shù)，電容的正負(fù)極，看清是整流管IN4007還是IN4148,還有元器件不能焊接太久。經(jīng)過測試輸出電壓為5.2V左右,誤差+4%,額定電壓為+5V。3 課程設(shè)計心得體會  心得：先從書本buck電路開始，了解一些常用的器件設(shè)置方法，示波器多通道的使用，電壓，電流的測量，總線信號的分離；然后在修改參數(shù)，查看波形的變化，是否達(dá)到預(yù)期效果；最后自己總

9、結(jié)分析電路的工作過程。體會：通過這一周對課程設(shè)計所作的努力，完成了對電力電子技術(shù)中的升降壓（Buck-Boost）變換器、SPWM逆變電路、三相橋式全控整流電路的仿真。仿真過程也遇到到一些問題，比如一些波形與實際不同，然后自己修改參數(shù)，了解整個電路的工作原理，為什么改變其中的一些參數(shù)變化會很大，通過網(wǎng)上查找資料和自己的分析來判斷，反復(fù)驗證結(jié)果是否準(zhǔn)確。MATLAB/SIMUINK工具箱在電力電子仿真應(yīng)用廣泛。通過學(xué)習(xí)，我較熟練的掌握了simpowersystem的使用方法。由于現(xiàn)實器件的限制，模擬仿真就給我們提供了一個準(zhǔn)確理解學(xué)習(xí)理論的良好途徑。但仿真畢竟只是仿真，實際做出來還需要不斷去改進(jìn)?？傊?，這次電力電子課程設(shè)計進(jìn)一步提高了我的自學(xué)能力，以及自己分析和解決問題的能力。四參考文獻(xiàn)1 王兆安、