斬波電路Matlab仿真電力電子技術(shù)課程設(shè)計

1、河北科技大學(xué)課程設(shè)計計算說明書課程名稱：電力電子技術(shù)課程設(shè)計 設(shè)計題目：斬波電路的Matlab仿真研究專業(yè)班級：電氣工程及其自動化 XXX班學(xué)生姓名： XXX（XXXXXXXX） 指導(dǎo)老師：電力電子課程設(shè)計指導(dǎo)小組 XXXX年XX月XX日說 明1 課程設(shè)計結(jié)束之前，每個學(xué)生都必須認(rèn)真撰寫課程設(shè)計計算說明書。課程設(shè)計計算說明書要求內(nèi)容完整，條理清晰，書面清潔，字跡工整。2 說明書一般包括設(shè)計任務(wù)分析、設(shè)計方案的確定、具體設(shè)計過程的描述、結(jié)論等幾方面，或按照課程設(shè)計指導(dǎo)書及指導(dǎo)教師的具體要求進(jìn)行撰寫。3課程設(shè)計圖紙要求布局美觀，圖面整潔，圖表清楚，尺寸標(biāo)識準(zhǔn)確，線型及標(biāo)注符合國家或行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。4

2、學(xué)生應(yīng)獨立完成各自設(shè)計計算說明書的寫作，即使同組學(xué)生在設(shè)計過程中經(jīng)過討論得到的共同設(shè)計結(jié)果也應(yīng)獨立表述。5課程設(shè)計說明書按照封面、成績評定表、目錄、正文的次序裝訂成冊。6課程設(shè)計應(yīng)按設(shè)計期間的工作態(tài)度和課程設(shè)計任務(wù)的完成情況，設(shè)計說明書的水平、相關(guān)知識能力的掌握情況等項目分別評定成績。7各項目內(nèi)容及所占比例由課程設(shè)計指導(dǎo)教師自行確定，并以百分制形式填入“學(xué)生成績評定表”?？偝煽儾捎梦寮壏种啤?本頁采用“設(shè)計說明書”專用紙打印。9課程設(shè)計結(jié)束后將計算說明書交學(xué)院教學(xué)辦公室保存。學(xué)生成績評定表序號項目名稱指導(dǎo)教師成績所占比例總成績1工作態(tài)度30%簽字：2設(shè)計說明書30%3仿真演示40%目錄一、 設(shè)

3、計的目的二、 設(shè)計的任務(wù)三、 仿真研究的內(nèi)容與步驟降壓斬波電路的仿真研究。升壓斬波電路的仿真研究。升降壓斬波電路的仿真研究。（電路結(jié)構(gòu)；工作原理；基本數(shù)量關(guān)系；搭建仿真模型；取不同控制角時的波形圖；結(jié)論）四、 總結(jié)五、 參考文獻(xiàn)一、 課程設(shè)計的教學(xué)目的及要求本課程設(shè)計是電氣工程及其自動化專業(yè)重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一。本課程設(shè)計的任務(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)生綜合運用所學(xué)知識，分析、解決工程實際問題的能力；鞏固學(xué)生所學(xué)知識的同時，提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)

4、，這對于工科學(xué)生貫徹工程思想起到十分重要的作用。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)系實際、掌握正確的方法，理清思路，獨立完成課程設(shè)計，撰寫設(shè)計說明書，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。二、 設(shè)計的任務(wù)（1）降壓斬波電路的仿真研究。（2）升壓斬波電路的仿真研究。（3）升降壓斬波電路的仿真研究。三、 仿真研究的內(nèi)容與步驟1降壓斬波電路的仿真研究1.1電路原理圖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

5、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。工作原理：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：ton為V處于導(dǎo)通的時間；toff為V處于關(guān)斷的時間；a

6、為導(dǎo)通占空比。負(fù)載電流平均值為：1.2建立仿真模型1）建立一個仿真模型的新文件。在MATLAB的菜單欄上點擊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。在這個平臺上可以繪制電路的仿真模型。2）提取電路元器件模塊。在仿真模型窗口的菜單上點擊圖標(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。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。參數(shù)設(shè)置如下：a.IGBT參數(shù)設(shè)置Ron=0.001，Lon=0，Vf=1，Rs=1e5。b.RLC元件參數(shù)設(shè)置

7、R=1歐姆，電感L=0.1H 。c.脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置振幅為1V ，周期=0.02s ，初相位為。d.直流電源電壓參數(shù)設(shè)置電源電壓幅值為100V，初相位為0度。e.仿真參數(shù)設(shè)置開始仿真時間：0.0 ，停止仿真時間：1.0。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。1.3仿真波形結(jié)果與分析圖11、圖12、圖13分別是20%、50%、80%時仿真波形。圖1120%時電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號和流過負(fù)載電流波形當(dāng)占空比20%時，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為20V。圖1250%時電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號和流過負(fù)載電流波形當(dāng)占空比50%時，電源電壓100V，負(fù)載

8、兩端電壓為50V。圖1380%時電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號和流過負(fù)載電流波形當(dāng)占空比80%時，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為80V。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：2升壓斬波電路的仿真研究2.1電路原理圖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。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)載電壓的平均值為：2.2建立仿真模

9、型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。參數(shù)設(shè)置如下：a.IGBT參數(shù)設(shè)置Ron=0.001，Lon=0，Vf=1，Rs=1e5。b.RLC元件參數(shù)設(shè)置R=100歐姆，電感L=0.01H ，電容C=0.0022F。c.脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置振幅為1V ，周期=0.001s ，初相位為。d.直流電源電壓參數(shù)設(shè)置電源電壓幅值為100V，初相位為0度。e.仿真參數(shù)設(shè)置開始仿真時間：0.0 ，停止仿真時間：2.0。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。

10、2.3仿真波形結(jié)果與分析圖21、圖22、圖23分別是20%、50%、80%時仿真波形。圖2120%時電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號和流過負(fù)載電流波形當(dāng)占空比20%時，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為125V。圖2250%時電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號和流過負(fù)載電流波形當(dāng)占空比50%時，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為200V。圖2380%時電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號和流過負(fù)載電流波形當(dāng)占空比80%時，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為500V。3升降壓斬波電路的仿真研究3.1電路原理圖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的值也很大。使電感電流IL和電

11、容電壓即負(fù)載電壓Uo基本為恒值。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。輸出電壓為：負(fù)載電流為：3.2建立仿真模型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。參數(shù)設(shè)置如下：a.IGBT參數(shù)設(shè)置Ron=0.001，Lon=0，Vf=1，Rs=1e5。b.RLC元件參數(shù)設(shè)置R=10歐姆，電感L=1H ，電容C=0.047F。c.脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置振幅為1V ，周期=0.01s ，初相位為。d.直

12、流電源電壓參數(shù)設(shè)置電源電壓幅值為100V，初相位為0度。e.仿真參數(shù)設(shè)置開始仿真時間：0.0 ，停止仿真時間：10.0。f示波器波形依次是脈沖信號，電源電壓，電源電流，流過負(fù)載電流和負(fù)載兩端電壓，。3.3仿真波形結(jié)果與分析圖31、圖32、圖33分別是20%、50%、80%時仿真波形。圖3120%時電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號和流過負(fù)載電流波形當(dāng)占空比20%時，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為23.95V。圖3250%時電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號和流過負(fù)載電流波形當(dāng)占空比50%時，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為98.25V。圖3380%時電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號和流過負(fù)載電流波形當(dāng)占空比80%時，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為395V。四、 總結(jié)在這次課程設(shè)計中，我真正的做到了自己查閱資料，進(jìn)行必要的分析，獨立設(shè)計仿真電路，并調(diào)試參數(shù)。經(jīng)過這次電力電子技術(shù)課程設(shè)計對直流斬波電路的仿真，使我加深了對直流斬波電路的理解。雖然只是一個簡單的課程設(shè)計，但是這培養(yǎng)了我獨立學(xué)習(xí)、獨立思考的能力，并且掌握了M