電力電子仿真

1、電力電子仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告指導(dǎo)老師： 戴衛(wèi)力 專(zhuān)業(yè)學(xué)號(hào)：自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 潘雯 完成時(shí)間： 2014/05/09 實(shí)驗(yàn)1 三相橋式可控整流電路工作原理仿真（仿真計(jì)算機(jī)房, 新大樓204）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?加深對(duì)三相橋式可控整流電路工作原理的理解，學(xué)會(huì)使用仿真軟件MATLAB中的SIMULINK模塊，搭建三相橋式可控整流電路模型，以及如何構(gòu)建三相橋式驅(qū)動(dòng)電路6脈沖驅(qū)動(dòng)發(fā)生器，并利用仿真模型，分析三相橋式整流電路在不同觸發(fā)延遲角、不同性質(zhì)負(fù)載下的電流、輸出電壓波形，學(xué)會(huì)用Fourier分析模塊分析相電流的諧波情況。二、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成及工作原理三相橋式全控整流原理電路三、實(shí)驗(yàn)所需軟、硬件設(shè)備及儀器 （1）計(jì)算

2、機(jī)（裝有windows XP以上操作系統(tǒng)）； （2）MATLAB 6.1版本以上軟件；四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三相橋式全控整流電路，電源相電壓為220V，整流變壓器輸出電壓為100V（相電壓），觀察整流器在不同負(fù)載，不同觸發(fā)延遲角時(shí)，整流電路輸出電壓、電流波形，測(cè)量整流輸出電壓平均值，并觀察整流器交流側(cè)電流波形和分析其主要次諧波。（1）電阻負(fù)載（，）（2）感性負(fù)載（，）（3）容性負(fù)載（，）五、課后思考與總結(jié)（1）撰寫(xiě)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告；（2）思考不同負(fù)載下的三相整流橋的工作原理區(qū)別及外特性的特點(diǎn)。六、實(shí)驗(yàn)分析與總結(jié)（1）仿真及仿真波形阻性負(fù)載（RL = 5，=30）三相線電壓波形圖：a相線電流波形圖：輸出電流波

3、形圖：輸出電壓波形圖：輸出電壓平均值波形圖：感性負(fù)載（RL = 5，L=0.01H，=60）三相電源電壓波形圖：a相線電流波形圖：輸出電流波形圖：輸出電壓波形圖：輸出電壓平均值波形圖：容性負(fù)載（RL = 2，C=500F，=0）三相電源電壓波形圖：a相線電流波形圖：輸出電流波形圖：輸出電壓波形圖：輸出電壓平均值波形圖：（2）諧波分析三相橋式全控整流電路，一個(gè)周期脈動(dòng)六次，則其諧波為6k1次諧波。（2）思考不同負(fù)載下的三相整流橋的工作原理區(qū)別及外特性的特點(diǎn)。答：阻性負(fù)載下，Ud=2.34U2cos，輸出電壓與有關(guān)，移相范圍為0120，本實(shí)驗(yàn)中=30。在自然換相點(diǎn)到來(lái)時(shí)，晶閘管會(huì)自然關(guān)斷。當(dāng) 60

4、，輸出電壓斷續(xù)。這樣去帶負(fù)載，可能會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)，其外特性較軟。阻感負(fù)載下，Ud=2.34U2cos，移相范圍為090，本實(shí)驗(yàn)中=60。由于有電感，晶閘管不能自然關(guān)斷，只能在下個(gè)觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)被強(qiáng)迫關(guān)斷。若電感足夠大，那么電流會(huì)一直保持一個(gè)恒定值。這樣去帶負(fù)載時(shí)不會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)，則外特性較硬。阻容負(fù)載下，本實(shí)驗(yàn)中=0。由于對(duì)電容充到電壓峰值后，就不會(huì)再吸取能量，所以之后電壓幾乎為直線，而電流為零，這多用于儲(chǔ)能元件的負(fù)載。實(shí)驗(yàn)2 直-直變流器工作原理仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理解降壓（BUCK）變流器的連續(xù)工作模式和斷續(xù)工作模式的工作原理。學(xué)會(huì)使用仿真軟件MATLAB中的SIMULINK模塊，構(gòu)建BUC

5、K變換器仿真模型，并分析和觀察負(fù)載連續(xù)和斷續(xù)以及不同占空比下，變換器各部分電壓和電流波形，并通過(guò)Fourier分析直流輸出電壓的直流分量和諧波。二、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成及工作原理直流降壓變流器使負(fù)載側(cè)電壓低于電源電壓，其原理圖如上圖所示。在開(kāi)關(guān)器件VT導(dǎo)通時(shí)有電流經(jīng)電感L向負(fù)載供電；當(dāng)VT關(guān)斷時(shí)，電感L釋放儲(chǔ)能，維持負(fù)載電流，電流經(jīng)過(guò)負(fù)載和二極管VD形成回路。調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)器件VT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。負(fù)載側(cè)輸出電壓的平均值為三、實(shí)驗(yàn)所需軟、硬件設(shè)備及儀器 （1）計(jì)算機(jī)（裝有windows XP以上操作系統(tǒng)）； （2）MATLAB 6.1版本以上軟件；四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)直流降壓變流器電

6、源電壓，輸出電壓，電阻負(fù)載為。觀察IGBT和二極管的電流波形，并設(shè)計(jì)電感和輸出濾波電容值。五、步驟及方法仿真步驟如下： （1）在模型中設(shè)置參數(shù)，設(shè)置電源E電壓為200V，電阻的阻值為5，脈沖發(fā)生器脈沖周期，脈沖寬度為50%，IGBT和二極管的參數(shù)可以保持默認(rèn)值。（2）設(shè)置仿真時(shí)間為0.002s，算法采用ode15s。啟動(dòng)仿真。（3）仿真結(jié)果。六、課后思考與總結(jié)（1）撰寫(xiě)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告；（2）思考buck變換器連續(xù)和斷續(xù)工作模式下與電感取值的關(guān)系；（3）思考下buck變換器的輸出和輸入電壓關(guān)系在斷續(xù)模式下還成立嗎？七、實(shí)驗(yàn)分析與總結(jié)（1） 仿真模型圖如下：（2）仿真波形如下：試取電感為0.001H

7、，電容為0.0001F，則有IGBT的電流波形：續(xù)流二極管的電流波形：（3）電感、電容設(shè)計(jì)下面是電感、電容的求解。設(shè)計(jì)一個(gè)輸入電壓為200V，輸出電壓為100V，輸出電流為20A，工作頻率5KHz，工作在CCM下。 電感計(jì)算電感在一個(gè)周期內(nèi)存在伏秒平衡，則在IGBT關(guān)斷時(shí)，有U0+L*diLdt=0U0=LiL(1-D)TS則有L=U0(1-D)TSiL 取U0 =100V，占空比為50%，iL=2I0=40A，TS= 0.0002s，代入上式，則解得臨界電感L=0.00025H。下面測(cè)試一下，先取臨界電感L=0.00025H，電容取C=0.0001F，則電流iL的波形為：由上圖可知，L=0.

8、00025H時(shí)，電流臨界連續(xù)。再取L=0.0001H，則電流iL的波形為：由上圖可知，L=0.0001H時(shí)，電流斷續(xù)。再取L=0.0004H，則電流iL的波形為：由上圖可知，L=0.0004H時(shí)，電流連續(xù)。綜上，為了使電流能工作在連續(xù)模式，選取電感時(shí)需要L0.00025H 電容計(jì)算由C=U0(1-Dmin)8Lf2U0取U0 =100V，占空比為50%，電壓紋波取U0 =2V，工作頻率為f=5000Hz，取電感L=0.00025H，代入上式，則解得C=0.0005F，此時(shí)負(fù)載電壓波形為：其他值不變，取電感L=0.001H，電壓紋波取U0 =5V，代入上式，則解得C=0.00005F=50uF，

9、此時(shí)負(fù)載電壓波形為：綜上，只要先考慮好電壓紋波和電感的取值，就可以計(jì)算出濾波電容的大小。（4）思考buck變換器連續(xù)和斷續(xù)工作模式下與電感取值的關(guān)系；答：buck變換器連續(xù)和斷續(xù)工作模式與電感取值大小有關(guān)。當(dāng)電感L取值較大時(shí)，電感儲(chǔ)存的能量較多可以維持到下一個(gè)觸發(fā)脈沖到來(lái)，則電流連續(xù)，輸出脈動(dòng)不會(huì)太大；當(dāng)電感值過(guò)小時(shí)，在導(dǎo)通期間儲(chǔ)存的能量較小，在IGBT關(guān)斷后，不足以維持到下一個(gè)觸發(fā)脈沖到來(lái)，負(fù)載電流衰減到0，出現(xiàn)了電流斷續(xù)。所以，當(dāng)電感值小于臨界電感時(shí)為斷續(xù)模式，反之為連續(xù)模式。由電感伏秒平衡可得公式：U0=L2I0(1-D)TS臨界電感的值，可由上式求得。（5）思考下buck變換器的輸出和輸入電壓關(guān)系在斷續(xù)模式下還成立嗎？答：buck變換器在斷續(xù)模式下，設(shè)上升時(shí)間（即IGBT一