功率電子技術課程設計報告

1、文華學院功率電子技術課程設計報告專業(yè)：自動化班級：1401班姓名：學號：140102017年 10月 28 日- 1 -目錄1.課程設計的目的 .- 4 -2.課程設計的要求 .- 4 -3.課程設計內容 .- 4 -3.1項目一：單相半波可控整流電路 .- 4 -3.1.1原理圖 .- 4 -3.1.2仿真模型 .- 5 -3.1.3參數設置 .- 5 -3.1.4仿真結果 .- 7 -3.1.5仿真分析 .- 7 -3.2項目二：單相橋式半控整流電路 .- 8 -3.2.1電路原理圖 .- 8 -3.2.2仿真模型 .- 8 -3.2.3參數設置 .- 9 -3.2.4仿真結果 .-10-

2、3.2.5仿真分析 .-10-3.3項目三：單相橋式全控整流電路 .-10-3.3.1電路原理圖 .-10-3.3.2仿真模型 .-11-3.3.3參數設置 .-11-3.3.4仿真結果 .-13-3.3.5仿真分析 .-13-3.4項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 .-14-3.4.3參數設置 .-14-3.4.4仿真結果 .-15-3.4.5仿真分析 .-16-3.5項目五：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 .-18-3.5.3參數設置 .-18-3.5.4仿真結果 .-19-3

3、.5.5仿真結果分析 .-19-3.6項目六：單相橋式交流調壓電路的仿真 .-20-3.6.1原理圖 .-20-3.6.2仿真模型 .-20-3.6.3參數設置 .-20-3.6.4仿真結果 .-22- 2 -3.6.5仿真結果分析 .-22-4.課程設計總結 .-22-5.課程設計體會及建議 .-23-6.參考書目 .-23- 3 -1. 課程設計的目的功率電子技術課程是一門專業(yè)技術基礎課， 電力電子技術課程設計是電力電子技術課程理論教學之后的一個實踐教學環(huán)節(jié)。 其目的是通過對“電力電子技術”教材中主要電子電路進行仿真與建模， 基本掌握電路的原理及參數設定和調整方法，提高學生分析問題的和解決

4、問題的能力； 訓練學生綜合運用學過的變流電路原理的基礎知識，獨立進行查找資料、選擇方案、設計電路、撰寫報告，進一步加深對變流電路基本理論的理解， 提高運用基本技能的能力， 為今后的學習和工作打下堅實的基礎。通過設計，使學生鞏固、加深對變流電路基本理論的理解，提高學生運用電路基本理論分析和處理實際問題的能力， 培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。2. 課程設計的要求（1）熟悉 MATLAB 的 Simulink 和 SimPowerSystem模塊庫應用。（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)、主電路及驅動電路的構成及調試方法，能初步設計和應用這些電路。（4）能夠運用

5、理論知識對實驗現象、結果進行分析和處理。（5）能夠綜合實驗數據，解釋現象，編寫課程設計報告。3. 課程設計內容3.1項目一：單相半波可控整流電路3.1.1原理圖單相半波可控整流電流（電阻性負載）原理圖，晶閘管作為開關元件，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仿真模型根據原理圖用 matalb 軟件畫出正確的仿真電路圖3.1.3參數設置仿真參數，算法（ solver）ode15s，相對誤差（ relativetolerance）1e-3，開始時間 0 結束時間 0.0

6、6s- 5 -脈沖參數晶閘管參數電源參數，頻率50hz，電壓 100v- 6 -3.1.4仿真結果當延遲角 =30°時，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，晶閘管開始導通，形成負載電流Id，負載上有輸出電壓和電流。在 t=時刻， U2=0，電源電壓自然過零，晶閘管電流小于維持電流而關斷，負載電流為0。在電源電壓負半波（ 2 區(qū)間），晶閘管承受反向電壓而處于關斷狀態(tài)，負載上沒有輸出電壓，負載電流為0。直到電壓電源 U2 的下個周期的正半波，脈沖在 t=2 + 處又觸發(fā)晶閘管，晶閘管再次被觸發(fā)導通，輸出電壓和電流有加在

7、負載上，如此不斷反復。- 7 -3.2項目二：單相橋式半控整流電路3.2.1電路原理圖工作原理：假定負載中電感足夠大，負載電流iD 連續(xù)并近似為一條直線，在u 的正半周 t=的時刻觸發(fā)晶閘管VT1 ，則 VT1 、VD2 導通，電流從電源正斷經VT1、負載、 VD2 回到負端，負載兩端整流電壓uD=u2。當 u2 在t= 進入負半周，而下一個觸發(fā)脈沖尚未到來時，電感上的電流iD 經續(xù)流二極管 VD3 續(xù)流，負載兩端整流電壓u=0。當t= +時，觸發(fā) VT2使其導通，續(xù)流二級管VD3 因受到反壓關斷，負載電流從電源負端經過VT2 、負載、 VD1 回到正端，負載兩端得到整流電壓uD=-u2。當

8、u 在t>2進入正半周而下一個觸發(fā)脈沖尚未到來時，電感上的電流iD又經續(xù)流二極管VD3 續(xù)流，如此循環(huán)工作3.2.2仿真模型- 8 -3.2.3參數設置晶閘管設置脈沖設置電源設置- 9 -3.2.4仿真結果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)時換流，二極管則在電源過零時刻換流；3、盡管電路具有續(xù)流作用，但還應該加續(xù)流二極管4、從觸發(fā)角變化可以看出，觸發(fā)角越大，負載上的平均電壓越小。3.3項目三：單相橋式全控整流電路3.3.1電路原理圖單相橋式全控整流電路， 共用了四個晶閘管， 兩只晶閘管接成共陽極， 兩只晶閘管接成共陰極， 每一只晶閘管是一個橋臂， 橋式整流電

9、路的工作方式特點是整流元件必須成對以構成回路，負載為電阻性。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 個晶閘管都不導通。假如 4 個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 時刻，觸發(fā)晶閘管VT1 、VT4使其導通。3.在 u2 負半波的（ ）區(qū)間，在 區(qū)間，晶閘管VT2、VT3 承受正向電壓，因無觸發(fā)脈沖而處于關斷狀態(tài)，晶閘管VT1 、VT4 承受反向電壓也不導

10、通。4.在 u2 負半波的（ ）區(qū)間，在 時刻，觸發(fā)晶閘管 VT2 、 VT3 使其元件導通，負載電流沿 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載電阻上，負載上有輸出電壓（ ud=-u2）和電流，且波形相位相同。3.3.2仿真模型3.3.3參數設置仿真參數，算法（ solver）ode45s，相對誤差（ relativetolerance）1e-3，開始時間 0 結束時間 0.05s-11-電源參數，頻率 50hz，電壓 100v脈沖設置-12-3.3.4仿真結果3.3.5仿真分析盡管整流電路的輸入電壓U2 是交變的，但負載上正負兩個半波內均有相同的電

11、流流過， 輸出電壓一個周期內脈動兩次，由于橋式整流電路在正、 負半周均能工作，變壓器二次繞組正在正、 負半周內均有大小相等、 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接成星形得到零線，而一次側接成三角形，為/Y 接法。三個晶閘管分別接入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仿真模型圖根據原理圖畫出仿真電路圖3.4.3參數設置仿真參數，算法（ solver） ode15s，相對誤差（ relativetolerance）1e-3，開始時

12、間 0 結束時間 0.1s脈沖參數，振幅 1V ，周期 0.02，占空比 10%，時相延遲為（ +30）*0.01/180每個相差 120 度-14-電源參數，頻率 50hz，電壓 100v 每個相差 120 度3.4.4仿真結果設置觸發(fā)脈沖 分別為30°與其產生的相應波形，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，第四列波為負載電流波形和負載電壓波形-15-a=0°a=30°a=60°-16-3.4.5仿真分析a =0 時的工作原理分析：晶閘管的電壓波形，由3 段組成：第 1 段， VT1 導通期間，為一管壓

13、降，可近似為uT1=0第 2 段，在 VT1 關斷后， VT2 導通期間， uT1=ua-ub=uab，為一段線電壓。第 3 段，在 VT3 導通期間， uT1=ua-uc=uac ，為另一段線電壓。a = 30 時的波形負載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)，各相仍導電120。a > 30 的情況，負載電流斷續(xù)，晶閘管導通角小于120-17-3.5項目五：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，用上一個二極管起續(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 導通時，電流由E 經升壓電感 L 和 V 形成回路，電感L

14、 儲能；當 IGBT 關斷時，電感產生的反電動勢和直流電源電壓方向相同互相疊加，從而在負載側得到高于電源的電壓，二極管的作用是阻斷IGBT 導通是，電容的放電回路。調節(jié)開關器件 V 的通斷周期，可以調整負載側輸出電流和電壓的大小。3.5.2仿真模型3.5.3參數設置仿真參數，算法（ solver）ode15s，相對誤差（ relativetolerance） 1e-3，開始時間 0 結束時間 0.1s脈沖參數，振幅 1V ，周期 0.02，占空比 80%，時相延遲為 150*0.02/360 電源參數，直流電壓 100v。-18-3.5.4仿真結果3.5.5仿真結果分析對于升壓斬波電路，要輸出

15、電壓高于輸入電源電壓應滿足兩個假設兩個條件，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 在儲能之后才具有使電壓泵升的作用，C 在 L 儲能期間才維持住電壓不變。但實際上假設條件不可能夠滿足，即C 值不可能無窮大， U0 必然會有所下降。1)占空比 越大負載輸出電壓越大，調節(jié)時間越長；2) 電容 C 值越大峰值時間越大，第一個峰值越大；3) 3)電感 L 值越大峰值時間越大，調節(jié)時間越大。-19-3.6項目六：單相橋式交流調壓電路的仿真3.6.1原理圖3.6.2仿真模型3.6.3參數設置電源參數-20-RLC 元件參數晶閘管參數-21-脈沖參數3.6.4仿真結果3.6.5

16、仿真結果分析隨著 a 的增大， U0 逐漸減小，直到 a=180 時， U0=00 負載電壓波形是電源電壓的一部分，通過觸發(fā)延遲角為 a 的變化就可以實現輸出電壓的控制。4. 課程設計總結經過此次課程設計，增加了我對MATLAB的 Simulink 和 SimPowerSystem-22-模塊庫應用熟悉，并且能夠很好的應用這些模塊對功率電子技術課程中的基本電路進行仿真和分析。 同時，又重新復習了一遍相關的一些理論知識。感覺以前學基礎不是很扎實，不過現在通過這次親手用DSP 軟件工具畫電路原理圖，利用matlab 來仿真，讓我又復習了一遍書本知識，而且我發(fā)現和書本上的理論圖進行對比，實際仿真的時候會有些誤差，波形沒有理論的那么圓滑和精確。當然，在這次課程設計中仍然表現了自身很多的知識的欠缺和遺忘，所以這次課程設計的結束只是一次很好的檢驗所學知識的開始，我還有更遠的路要走，去把所學的知識努力應用到實踐上面去。5. 課程設