斩波电路Matlab仿真电力电子技术课程设计..doc

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河北科技大学

课程设计计算说明书

课程名称：

电力电子技术课程设计

设计题目：

斩波电路的Matlab仿真研究

专业班级：

电气工程及其自动化XXX班

学生姓名：

XXX（XXXXXXXX）

指导老师：

电力电子课程设计指导小组

XXXX年XX月XX日

说明

1．课程设计结束之前，每个学生都必须认真撰写《课程设计计算说明书》。

课程设计计算说明书要求内容完整，条理清晰，书面清洁，字迹工整。

2．说明书一般包括设计任务分析、设计方案的确定、具体设计过程的描述、结论等几方面，或按照课程设计指导书及指导教师的具体要求进行撰写。

3．课程设计图纸要求布局美观，图面整洁，图表清楚，尺寸标识准确，线型及标注符合国家或行业相关标准。

。

4．学生应独立完成各自设计计算说明书的写作，即使同组学生在设计过程中经过讨论得到的共同设计结果也应独立表述。

5．课程设计说明书按照封面、成绩评定表、目录、正文的次序装订成册。

6．课程设计应按设计期间的工作态度和课程设计任务的完成情况，设计说明书的水平、相关知识能力的掌握情况等项目分别评定成绩。

7．各项目内容及所占比例由课程设计指导教师自行确定，并以百分制形式填入“学生成绩评定表”。

总成绩采用五级分制。

8．本页采用“设计说明书”专用纸打印。

9．课程设计结束后将计算说明书交学院教学办公室保存。

学生成绩评定表

序

号

项目名称

指导教师

成绩

所占比例

总成绩

1

工作态度

30%

签字：

2

设计说明书

30%

3

仿真演示

40%

目录

一、设计的目的

二、设计的任务

三、仿真研究的内容与步骤

降压斩波电路的仿真研究。

升压斩波电路的仿真研究。

升降压斩波电路的仿真研究。

（电路结构；工作原理；基本数量关系；搭建仿真模型；取不同控制角时的波形图；结论）

四、总结

五、参考文献

一、课程设计的教学目的及要求

本课程设计是电气工程及其自动化专业重要的实践教学环节之一。

本课程设计的任务是利用所学《电力电子技术》专业知识，以MATLAB/SIMULINK仿真软件为基础，完成对所学电力电子器件、整流电路、斩波电路、交流调压电路以及逆变电路的建模与仿真。

其目的是培养学生综合运用所学知识，分析、解决工程实际问题的能力；巩固学生所学知识的同时，提高学生的专业素质，这对于工科学生贯彻工程思想起到十分重要的作用。

要求学生在规定时间内通过分析任务书、查阅收集资料，充分发挥主动性与创造性，在老师的指导下联系实际、掌握正确的方法，理清思路，独立完成课程设计，撰写设计说明书，其格式和字数应符合规定。

根据要求能够熟练搭建仿真模型，并能进行调试及对电路输出波形的分析；课程设计说明书要求整洁、完备、内容正确、概念清楚、文字通畅，符合规范。

二、设计的任务

（1）降压斩波电路的仿真研究。

（2）升压斩波电路的仿真研究。

（3）升降压斩波电路的仿真研究。

三、仿真研究的内容与步骤

1．降压斩波电路的仿真研究

1.1电路原理图

降压斩波电路的原理图及工作波形如图所示，该电路使用一个全控型器件V,图中为IGBT，也可以使用其它器件，续流二极管VD在IGBT关断期间为电感储存的能量提供释放通道。

该电路的仿真过程可以分为建立仿真模型、设置模型参数和观察仿真结果。

工作原理：

t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。

t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。

通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。

到一个周期T结束，再驱动IGBT导通，重复上一周期的过程。

当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图b）所示。

负载电压的平均值为：

ton为V处于导通的时间；toff为V处于关断的时间；a为导通占空比。

负载电流平均值为：

1.2建立仿真模型

1）建立一个仿真模型的新文件。

在MATLAB的菜单栏上点击File，选择New，再在弹出菜单中选择Model，这时出现一个空白的仿真平台，如图所示。

在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。

2）提取电路元器件模块。

在仿真模型窗口的菜单上点击图标调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。

组成直流降压斩波电路的元器件有直流电源、IGBT、电阻、电容、二极管。

3）将电路元器件模块按直流降压斩波的原理图连接起来组成仿真电路。

如图所示。

参数设置如下：

a.IGBT参数设置

Ron=0.001，Lon=0，Vf=1，Rs=1e5。

b.RLC元件参数设置

R=1欧姆，电感L=0.1H。

c.脉冲发生器参数设置

振幅为1V，周期=0.02s，初相位为０。

d.直流电源电压参数设置

电源电压幅值为100V，初相位为0度。

e.仿真参数设置

开始仿真时间：

0.0，停止仿真时间：

1.0。

f．示波器波形依次是电源电压，负载两端电压，脉冲信号，流过负载电流。

1.3仿真波形结果与分析

图1－1、图1－2、图1－3分别是α＝20%、α＝50%、α＝80%时仿真波形。

图1－1α＝20%时电源电压，负载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形

当占空比α＝20%时，电源电压100V，负载两端电压为20V。

图1－2α＝50%时电源电压，负载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形

当占空比α＝50%时，电源电压100V，负载两端电压为50V。

图1－3α＝80%时电源电压，负载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形

当占空比α＝80%时，电源电压100V，负载两端电压为80V。

当给负载加一个40V反电动势时，将电感值改为0.001H，其它参数不变，电源电压，负载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形如图所示：

2．升压斩波电路的仿真研究

2.1电路原理图

升压斩波电路的原理图及工作波形如图所示。

该电路中也是使用一个IGBT器件。

工作原理：

假设L和C值很大。

V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo恒定。

V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。

负载电压的平均值为：

2.2建立仿真模型

IGBT升压斩波电路模型主要由直流电源、IGBT、电阻、电感、电容、二极管以及示波器等部分组成。

将电路元器件模块按直流升压斩波的原理图连接起来组成仿真电路。

如图所示。

参数设置如下：

a.IGBT参数设置

Ron=0.001，Lon=0，Vf=1，Rs=1e5。

b.RLC元件参数设置

R=100欧姆，电感L=0.01H，电容C=0.0022F。

c.脉冲发生器参数设置

振幅为1V，周期=0.001s，初相位为０。

d.直流电源电压参数设置

电源电压幅值为100V，初相位为0度。

e.仿真参数设置

开始仿真时间：

0.0，停止仿真时间：

2.0。

f．示波器波形依次是电源电压，负载两端电压，脉冲信号，流过负载电流。

2.3仿真波形结果与分析

图2－1、图2－2、图2－3分别是α＝20%、α＝50%、α＝80%时仿真波形。

图2－1α＝20%时电源电压，负载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形

当占空比α＝20%时，电源电压100V，负载两端电压为125V。

图2－2α＝50%时电源电压，负载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形

当占空比α＝50%时，电源电压100V，负载两端电压为200V。

图2－3α＝80%时电源电压，负载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形

当占空比α＝80%时，电源电压100V，负载两端电压为500V。

3．升降压斩波电路的仿真研究

3.1电路原理图

升降压斩波电路的原理图及工作波形如图所示。

设电路中电感L值很大，电容C的值也很大。

使电感电流IL和电容电压即负载电压Uo基本为恒值。

工作原理：

V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1。

同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电。

V断时，L的能量向负载释放，电流为i2。

负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。

输出电压为：

负载电流为：

3.2建立仿真模型

组成直流降压斩波电路的元器件有直流电源、IGBT、电阻、电容、电感、二极管。

参数设置如下：

a.IGBT参数设置

Ron=0.001，Lon=0，Vf=1，Rs=1e5。

b.RLC元件参数设置

R=10欧姆，电感L=1H，电容C=0.047F。

c.脉冲发生器参数设置

振幅为1V，周期=0.01s，初相位为０。

d.直流电源电压参数设置

电源电压幅值为100V，初相位为0度。

e.仿真参数设置

开始仿真时间：

0.0，停止仿真时间：

10.0。

f．示波器波形依次是脉冲信号，电源电压，电源电流，流过负载电流和负载两端电压，。

3.3仿真波形结果与分析

图3－1、图3－2、图3－3分别是α＝20%、α＝50%、α＝80%时仿真波形。

图3－1α＝20%时电源电压，负载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形

当占空比α＝20%时，电源电压100V，负载两端电压为23.95V。

图3－2α＝50%时电源电压，负载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形

当占空比α＝50%时，电源电压100V，负载两端电压为98.25V。

图3－3α＝80%时电源电压，负载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形

当占空比α＝80%时，电源电压100V，负载两端电压为395V。

四、总结

在这次课程设计中，我真正的做到了自己查阅资料，进行必要的分析，独立设计仿真电路，并调试参数。

经过这次电力电子技术课程设计对直流斩波电路的仿真，使我加深了对直流斩波电路的理解。

虽然只是一个简单的课程设计，但是这培养了我独立学习、独立思考的能力，并且掌握了Matlab仿真软件的许多应用知识，开阔了电力电子技术方面的视野，了解了很多课本之外的知识。

巩固了以前所学的知识，提高了自己的设计能力，为以后的学习工作打下了基础。

五、参考文献

[1]郭荣祥崔桂梅主编电力电子应用技术高等教育出版社

[2]王华李有军刘建存MATLAB电子仿真与应用技术国防工业出版社

[3]王兆安刘进军主编电力电子技术机械工业出版社

[4]李传琦电力电子技术计算机实验电子工业出版社