電子電力學(xué)實驗報告

1、電子電力學(xué)實驗報告學(xué)號： K031341725 姓名： 張治中 實驗成績： 實驗時間： 2015.11.29 五六節(jié) 實驗地點： 實驗樓六樓 實驗題目： 直流斬波電路的性能研究 1、 實驗設(shè)備電腦一臺；MATLAB仿真軟件一個；2、 實驗?zāi)康模?） 熟悉直流斬波電路的工作原理（2） 熟悉Buck電路與Boost電路的組成和工作特點三、實驗原理1. 直流降壓斬波電路的工作原理（Buck電路）Buck電路產(chǎn)生低于直流輸入電壓Ud的平均輸出電壓Uo。圖1 Buck電路結(jié)構(gòu)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

2、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。數(shù)量關(guān)系 電流連續(xù)： 負(fù)載電壓平均值： 負(fù)載電流平均值：圖2 Buck電路波形圖2. 直流升壓斬波電路的工作原理（Boost電路）Boost電路產(chǎn)生高于直流輸入電壓Ud的平均輸出電壓Uo。圖3 Boost電路結(jié)構(gòu)圖工作原理 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。圖4 Boost電路波形圖數(shù)量關(guān)系： 輸出電流的平均值Io為： 4、 實驗內(nèi)容兩種直流斬波電路的設(shè)計與測試5

3、、 實驗步驟1. Buck電路的仿真（1）啟動matlab，進(jìn)入simulink后新建文檔，繪制Buck電路如圖5所示；（2）雙擊各模塊設(shè)置參數(shù)。電壓源參數(shù)：100V；電阻、電容參數(shù)設(shè)置：C=1F，L=100mH，R=1；脈沖發(fā)生器模塊（Pulse）：振幅設(shè)置1V，周期0.001s，脈沖寬度50%；（3）設(shè)置好參數(shù)后仿真，仿真時間2s，觀察輸出電壓并保存示波器波形圖，保存為jpeg格式，命名為“Buck50.JPG”；圖5 Buck電路仿真模型圖（4） 在步驟（2）的基礎(chǔ)上修改脈沖模塊的寬度，將50%改為80%，觀察輸出電壓幅值并保存輸出波形，命名為“Buck80.JPG”；（5） 在步驟（2

4、）的基礎(chǔ)上修改脈沖模塊的頻率，將周期0.001s修改了0.01s，觀察保存輸出波形，命名為“Buck_Pluse.jpg”；（6） 在步驟（2）的基礎(chǔ)上修改電感，將100mH修改為10mH，觀察負(fù)載電流并保存輸出波形,命名為“Buck_Inductor.jpg”。2. Boost電路的仿真（1）啟動matlab，進(jìn)入simulink后新建文檔，繪制Boost電路如圖6所示；（2）雙擊各模塊設(shè)置參數(shù)。電壓源參數(shù)：100V；電阻、電容參數(shù)設(shè)置：C=0.7mF，L=100mH，R=10；脈沖發(fā)生器模塊（Pulse）：振幅設(shè)置1V，周期0.001s，脈沖寬度20%；（3）設(shè)置好參數(shù)后仿真，仿真時間2s

5、，觀察并保存示波器波形圖,命名為“Boost20.jpg”；圖6 Boost電路仿真模型圖（4） 在步驟（2）的基礎(chǔ)上修改脈沖模塊的寬度，將20%改為50%，觀察輸出電壓幅值并保存輸出波形,命名為“Boost50.jpg”；（5） 在步驟（2）的基礎(chǔ)上修改脈沖模塊的頻率，將周期0.001s修改了0.01s，觀察輸出波形并保存輸出波形,命名為“Boost_Pluse.jpg”；（6） 在步驟（2）的基礎(chǔ)上修改電感，將100mH修改為10mH，觀察輸出電壓并保存輸出波形,命名為“Boost_Inductor.jpg”。3. 試驗臺驗證六、試驗結(jié)論與分析1. 分析兩種斬波電路占空比與輸出電壓幅值的關(guān)

6、系（1）Buck電路A，將“Buck50.jpg”、“Buck80.jpg”的波形粘貼在下方，描述各波形參數(shù)的含義，分析電感電壓與電源電壓的關(guān)系。四幅子圖中第一幅顯示電源和電感的電壓波形，第二幅顯示輸入IGBT電力管控制極的波形，第三幅顯示電感電流和負(fù)載電壓波形，第四幅顯示二極管兩端電壓波形；由圖可知，電感電壓小于電源電壓，且電感反向供電與正向供電的電壓幅值之和大約等于電源電壓。B. 通過導(dǎo)通比計算實驗步驟1的（3）和（4）中輸出電壓的理想值，與仿真的顯示值比較，驗證仿真結(jié)果的正確性。（3） 計算值為： 仿真顯示值為：誤差不超過0.9%，故仿真結(jié)果正確；（4） 計算值為： 仿真顯示值為：誤差不

7、超過0.3%，故仿真結(jié)果正確；C. 將“Buck_Inductor.jpg”的波形粘貼在下方，并分析電感減小后對輸出的影響電感變小后，負(fù)載電流的波動幅度增大（2） Boost電路A. 將“Boost20.jpg”和“Boost50.jpg”的波形粘貼在下方，描述各波形參數(shù)的含義，分析電感電壓與電源電壓的關(guān)系。三幅子圖中第一幅顯示電源和負(fù)載的電壓波形，第二幅顯示電感的電壓和電流波形，第三幅顯示控制極輸入波形；電感正向電壓等于電源電壓，此時電感吸收能量，電感反向電壓等于需要的負(fù)載電壓，此時電感釋放能量。B. 通過導(dǎo)通比計算試驗步驟2的（3）、（4）中輸出電壓的理想值，與仿真的顯示值比較，驗證仿真結(jié)

8、果的正確性。（3） 計算值： 顯示值：誤差不超過0.7%，故仿真結(jié)果正確；（4） 計算值： 顯示值：誤差不超過0.6%，故仿真結(jié)果正確；C. 將“Boost_Inductor.jpg”的波形粘貼在下方，并分析電感減小后對輸出的影響。電感變小后，負(fù)載電流的波動幅度增大2. 分析PWM脈沖周期變化對輸出的影響將“Buck_Pluse.jpg”和“Boost_Pluse.jpg”的波形圖粘貼在下方，并分析與上面各波形的異同點，并解釋原因。波形周期比前面的大，因為控制極的輸入波形周期增大；負(fù)載的電流和電壓波動幅度增大，因為電感存儲能量的能力有限；電子電力學(xué)實驗報告學(xué)號： K031341725 姓名：

9、張治中 實驗成績： 實驗時間： 2015.11.29 七八節(jié) 實驗地點： 實驗樓六樓 實驗題目： 單相正弦波脈寬調(diào)制逆變電路實驗 3、 實驗設(shè)備電腦一臺；MATLAB仿真軟件一個；4、 實驗?zāi)康模?）了解電壓型單相全橋逆變電路的工作原理（2）了解正弦脈寬調(diào)制（SPWM）調(diào)頻、調(diào)壓的原理（3）研究單相全橋逆變電路觸發(fā)控制的要求三、實驗原理1 正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制的基本原理控制思想：利用逆變器的開關(guān)元件，由控制線路按照一定的規(guī)律控制開關(guān)元件的通斷，從而在逆變器的輸出端獲得一組等幅、等距不等寬的脈沖序列，脈寬基本按照正弦分布，以此脈沖序列來等效正弦電壓波。把希望輸出的波形作為調(diào)制信號，把接受

10、調(diào)制的信號作為載波，通過信號波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。調(diào)制信號波：正弦波；載波：等腰三角波或鋸齒波1）單極性PWM控制方式2）雙極性PWM控制方式電壓型單相全橋逆變電路原理如圖1所示：圖1 單相全橋逆變電路 共四個橋臂，可看成兩個半橋電路組合而成。 兩對橋臂交替導(dǎo)通6、 實驗內(nèi)容（1）觀測參考波Ur與調(diào)制波Uc的波形（2）觀測雙極性脈寬調(diào)制控制信號的波形（3）逆變電路輸出電壓波形的觀測7、 實驗步驟1 雙極性PWM控制方式仿真圖2 雙極性PWM控制發(fā)生電路模型圖（1）三角波與正弦波參數(shù)設(shè)置如圖3和4，其余邏輯模塊如圖2： 圖3 三角波模塊參數(shù)設(shè)置 圖4 正弦波模塊參數(shù)設(shè)置（2）設(shè)置好模塊

11、參數(shù)后仿真，觀測并保存波形圖，命名為“UcUr.jpg”；2 電壓型單相全橋逆變電路仿真（1）繪制電壓型單相全橋逆變電路仿真模型圖，如圖5所示：圖6 單相SPWM逆變電路仿真結(jié)構(gòu)圖（2）其中開關(guān)器件和二極管模塊參數(shù)按照默認(rèn)設(shè)定，直流電源（250V）與RL負(fù)載（R=10om，L=0.01H）如圖6所示；（3）圖7為測量模塊結(jié)構(gòu)圖，其中subsystem子模塊結(jié)構(gòu)如圖8所示，其中函數(shù)f(u)表達(dá)式為：f(u)=u(1)*sin(2*pi*50*u(3)+pi*u(2)/180) 圖7 測量模塊 圖8 子模塊結(jié)構(gòu)圖（4）設(shè)定仿真時間0.2s仿真，觀察并保存輸出波形，命名為“DCACPWM.jpg”，

12、記錄基波有效值；（5）將載波頻率減小為之前的一半，即參數(shù)改為下圖所示，觀察并保存輸出波形；六、實驗結(jié)論與分析（1）將參考波Ur與調(diào)制波Uc的波形“UcUr.jpg”粘貼在下方；（2） 將“DCACPWM.jpg”粘貼在下方，并結(jié)合電路圖分析脈沖與負(fù)載電壓兩者的關(guān)系，根據(jù)公式計算基波電壓幅值，并與實驗仿真結(jié)果比較；計算值：測量值：88.54可知仿真結(jié)果正確。電子電力學(xué)實驗報告學(xué)號： K031341725 姓名張治中 實驗成績： 實驗時間： 2015.12.6 五六節(jié) 實驗地點： 實驗樓六樓 實驗題目： 三相橋式全控整流 5、 實驗設(shè)備電腦一臺；MATLAB仿真軟件一個；6、 實驗?zāi)康?. 加深理

13、解三相橋式全控整流電路的工作原理2. 掌握三相橋式全控整流電路仿真方法，會設(shè)置各模塊的參數(shù)3. 掌握觸發(fā)角與輸出電壓的關(guān)系三、實驗原理三相橋式全控整流電路工作原理：圖1 電路原理圖1帶電阻負(fù)載時的工作情況當(dāng)a60時，ud波形均連續(xù)，對于電阻負(fù)載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù)。 波形圖： 由上到下依次為：三相電壓波形、輸出直流電壓波形、晶閘管電流波形、晶閘管電壓波形（下同）當(dāng)a60時，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值波形圖： ：帶電阻負(fù)載時三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120。a60整流電壓平均值為：（1-1）a60整流電壓平均值為：（1-2） 2 對觸發(fā)脈沖的要求：

14、（1）按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。（2）共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。（3）ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。（4）需保證同時導(dǎo)通的2個晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)；一種是雙脈沖觸發(fā)（常用） (5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。8、 實驗內(nèi)容1. 三相橋式全控整流電路2. 在整流狀態(tài)下，改變觸發(fā)角，分

15、析觸發(fā)角與輸出電壓的關(guān)系9、 實驗步驟1. 實驗?zāi)Ｐ痛罱ㄔ趕imulink中新建模型文件如圖：2. 參數(shù)設(shè)置1）三相交流電壓設(shè)置線電壓峰值380V，頻率50Hz；負(fù)載參數(shù)設(shè)置：R=452）通用橋模塊設(shè)置如圖3，注意下方的測量部分應(yīng)該選擇“測量所有電流與電壓（all voltages and currents），方便通過萬用表模塊測量晶閘管電流與電壓圖2 三相橋式整流仿真模型圖 圖3 通用橋參數(shù)設(shè)置 圖4 六脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置3）脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置如圖4，為寬脈沖觸發(fā)4）萬用表模塊選擇測量晶閘管VT1的電壓與電流，如圖5所示：圖5 萬用表模塊參數(shù)設(shè)置3. 改變觸發(fā)角，得到觸發(fā)角與輸出直流電壓的關(guān)系，設(shè)定仿真時間為0.08s。分別設(shè)定a=0，保存兩示波器的輸出波形為“alpha0_1.jpg”、“ alpha0_2.jpg”，記錄輸出電壓平均值； 設(shè)定a=30，保存兩示波器的輸出波形為“alpha30_1.jpg”、“ alpha30_2.jpg”，記錄輸出電壓平均值；設(shè)定a=60，保存兩示波器的輸出波形為“alpha60_1.jpg”、