功率电子技术课程设计报告.docx

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功率电子技术课程设计报告

文华学院

《功率电子技术》

课程设计报告

专业：

自动化

班级：

1401班

姓名：

学号：

*****

2017年10月28日

1.课程设计的目的

功率电子技术课程是一门专业技术基础课，电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。

其目的是通过对“电力电子技术”教材中主要电子电路进行仿真与建模，基本掌握电路的原理及参数设定和调整方法，提高学生分析问题的和解决问题的能力；训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，独立进行查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告，进一步加深对变流电路基本理论的理解，提高运用基本技能的能力，为今后的学习和工作打下坚实的基础。

通过设计，使学生巩固、加深对变流电路基本理论的理解，提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，培养学生的创新精神和创新能力。

2.课程设计的要求

（1）熟悉MATLAB的Simulink和SimPowerSystem模块库应用。

（2）熟练掌握基本电力电子电路的仿真方法。

（3）掌握电力电子变流装置触发、主电路及驱动电路的构成及调试方法，能初步设计和应用这些电路。

（4）能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理。

（5）能够综合实验数据，解释现象，编写课程设计报告。

3.课程设计内容

3.1项目一：

单相半波可控整流电路

3.1.1原理图

单相半波可控整流电流（电阻性负载）原理图，晶闸管作为开关元件，变压器T起变换电压和隔离的作用，其一次和二次电压瞬时值分别用u1,u2表示有效值分别用U1，U2表示。

3.1.2仿真模型

根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图

3.1.3参数设置

仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0结束时间0.06s

脉冲参数晶闸管参数

电源参数，频率50hz，电压100v

3.1.4仿真结果

当延迟角α=30°时，波形图如图所示：

3.1.5仿真分析

在电源电压正半波（0~π区间），晶闸管承受正向电压，在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流Id，负载上有输出电压和电流。

在ωt=π时刻，U2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为0。

在电源电压负半波（π~2π区间），晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，负载电流为0。

直到电压电源U2的下个周期的正半波，脉冲在ωt=2π+α处又触发晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流有加在负载上，如此不断反复。

3.2项目二：

单相桥式半控整流电路

3.2.1电路原理图

工作原理：

假定负载中电感足够大，负载电流iD连续并近似为一条直线，在u的正半周ωt=α的时刻触发晶闸管VT1，则VT1、VD2导通，电流从电源正断经VT1、负载、VD2回到负端，负载两端整流电压uD=u2。

当u2在ωt=π进入负半周，而下一个触发脉冲尚未到来时，电感上的电流iD经续流二极管VD3续流，负载两端整流电压u=0。

当ωt=π+α时，触发VT2使其导通，续流二级管VD3因受到反压关断，负载电流从电源负端经过VT2、负载、VD1回到正端，负载两端得到整流电压uD=-u2。

当u在ωt>2π进入正半周而下一个触发脉冲尚未到来时，电感上的电流iD又经续流二极管VD3续流，如此循环工作

3.2.2仿真模型

3.2.3参数设置

晶闸管设置脉冲设置

电源设置

3.2.4仿真结果

3.2.5仿真分析

1、电感在电路中具有续流作用;

2、晶闸管在触发时换流，二极管则在电源过零时刻换流；

3、尽管电路具有续流作用，但还应该加续流二极管

4、从触发角变化可以看出，触发角越大，负载上的平均电压越小。

3.3项目三：

单相桥式全控整流电路

3.3.1电路原理图

单相桥式全控整流电路，共用了四个晶闸管，两只晶闸管接成共阳极，两只晶闸管接成共阴极，每一只晶闸管是一个桥臂，桥式整流电路的工作方式特点是整流元件必须成对以构成回路，负载为电阻性。

工作原理

1.在u2正半波的（０～α）区间，晶闸管VT1、VT4承受正向电压，但无触发脉冲，晶闸管VT2、VT3承受反向电压。

因此在0～α区间，4个晶闸管都不导通。

假如4个晶闸管的漏电阻相等，则Ut1.4=Ut2.3=1/2u2。

2.在u2正半波的（α～π）区间，在ωｔ＝α时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通。

3.在u2负半波的（π～π＋α）区间，在π～π＋α区间，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，因无触发脉冲而处于关断状态，晶闸管VT1、VT4承受反向电压也不导通。

4.在u2负半波的（π＋α～２π）区间，在ωｔ＝π＋α时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其元件导通，负载电流沿b→VT3→R→VT2→α→T的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（ud=-u2）和电流，且波形相位相同。

3.3.2仿真模型

3.3.3参数设置

仿真参数，算法（solver）ode45s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0结束时间0.05s

电源参数，频率50hz，电压100v

脉冲设置

3.3.4仿真结果

3.3.5仿真分析

尽管整流电路的输入电压U2是交变的，但负载上正负两个半波内均有相同的电流流过，输出电压一个周期内脉动两次，由于桥式整流电路在正、负半周均能工作，变压器二次绕组正在正、负半周内均有大小相等、方向相反的电流流过，消除了变压器的电流磁化，提高了变压器的有效利用率

3.4项目四：

三相半波可控整流电路仿真

3.4.1电路原理图

变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形，为△/Y接法。

三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起为共阴极接法。

3.4.2仿真模型图

根据原理图画出仿真电路图

3.4.3参数设置

仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0结束时间0.1s

脉冲参数，振幅1V，周期0.02，占空比10%，时相延迟为（α+30）*0.01/180每个相差120度

电源参数，频率50hz，电压100v每个相差120度

3.4.4仿真结果

设置触发脉冲α分别为30°与其产生的相应波形，在波形图中第一列波为脉冲波形，第二列波为流过晶闸管电流波形，第三列波为晶闸管电压波形，第四列波为负载电流波形和负载电压波形

a=0°

a=30°

a=60°

3.4.5仿真分析

a=0︒时的工作原理分析：

晶闸管的电压波形，由3段组成：

第1段，VT1导通期间，为一管压降，可近似为uT1=0

第2段，在VT1关断后，VT2导通期间，uT1=ua-ub=uab，为一段线电压。

第3段，在VT3导通期间，uT1=ua-uc=uac，为另一段线电压。

a=30︒时的波形

负载电流处于连续和断续之间的临界状态，各相仍导电120︒。

a>30︒的情况，负载电流断续，晶闸管导通角小于120︒

3.5项目五：

直流升压斩波电路的仿真

3.5.1原理图

用IGBT作为电路的控制开关，用上一个二极管起续流作用，在加上L-C低通滤波电路组成Buck电路 。

如上图所示。

在电路中IGBT导通时，电流由E经升压电感L和V形成回路，电感L储能；当IGBT关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断IGBT导通是，电容的放电回路。

调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。

3.5.2仿真模型

3.5.3参数设置

仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0结束时间0.1s 

脉冲参数，振幅1V，周期0.02，占空比80%，时相延迟为150*0.02/360 电源参数，直流电压100v。

3.5.4仿真结果

3.5.5仿真结果分析

对于升压斩波电路，要输出电压高于输入电源电压应满足两个假设两个条件，即电路中电感的L值很大，电容的C值也很大。

只有在上述条件下，L在储能之后才具有使电压泵升的作用，C在L储能期间才维持住电压不变。

但实际上假设条件不可能够满足，即C值不可能无穷大，U0必然会有所下降。

1）占空比α越大负载输出电压越大，调节时间越长；  

2）电容C值越大峰值时间越大，第一个峰值越大；    

3）3）电感L值越大峰值时间越大，调节时间越大。

3.6项目六：

单相桥式交流调压电路的仿真

3.6.1原理图

3.6.2仿真模型

3.6.3参数设置

电源参数

RLC元件参数

晶闸管参数

脉冲参数

3.6.4仿真结果

3.6.5仿真结果分析

随着a的增大，U0逐渐减小，直到a=180时，U0=00负载电压波形是电源电压的一部分，通过触发延迟角为a的变化就可以实现输出电压的控制。

4.课程设计总结

经过此次课程设计，增加了我对MATLAB的Simulink和SimPowerSystem模块库应用熟悉，并且能够很好的应用这些模块对功率电子技术课程中的基本电路进行仿真和分析。

同时，又重新复习了一遍相关的一些理论知识。

感觉以前学基础不是很扎实，不过现在通过这次亲手用DSP软件工具画电路原理图，利用matlab来仿真，让我又复习了一遍书本知识，而且我发现和书本上的理论图进行对比，实际仿真的时候会有些误差，波形没有理论的那么圆滑和精确。

当然，在这次课程设计中仍然表现了自身很多的知识的欠缺和遗忘，所以这次课程设计的结束只是一次很好的检验所学知识的开始，我还有更远的路要走，去把所学的知识努力应用到实践上面去。

5.课程设计体会及建议

功率电子技术课程是一门专业技术基础课，这次的课程设计正好给我们提供了实践与理论相结合的机会。

这次课程设计不仅增加了我的知识积累，让我有机会将课堂上所学的电力电子理论知识运用到实际中，了解了这些知识在电源上丰富而强大的用途，为将来的毕业设计打下了基础，还让我懂得自主学习的重要性，遇到问题要自己想办法解决，可以查阅资料、询问同学或者请教老师，还有做什么事情都要有恒心，有信心，动脑子去想，就一定有所收获。

6.参考书目

［1］王兆安刘进军，电力电子技术第5版，机械工业出版社，北京，2009.5