电力电子技术实验指导.doc

电力电子应用技术实验指导书第一部分 DC-DC电路的仿真实验一 降压（Buck）变换器1、 实验目的1.掌握降压式变换器的工作原理2.学习电力电子器件仿真研究二、实验设备安装有MATLAB仿真软件的计算机一台3、 实验内容设计一个降压变换器，输入电压为200V，输出电压为50V，纹波电压为输出电压的0.2%，负载电阻为20，工作频率分别为20kHz。分别仿真将工作频率改为50kHz，电感改为约临界电感值的一半进行对比分析。4、 实验步骤1、设计参数主开关管可使用MOSFET，开关频率为20kHz；输入200V，输出50V，可确定占空比DC=25%；根据公式计算选择电感：L=4.5*10-4H；根据纹波的要求和公式计算电容值：C=2.6*10-4F2、 建立仿真模型建立一个名为buck的新模型在SimPowerSystems / Electrical Sources库中选择DC Voltage Source 直流电压源模块，在对话框中将直流电压设置为200V。在SimPowerSystems / Power Electronics 库中选择Mosfet和Diode模块，参数保留缺省值，勾选Show measurement port。在SimPowerSystems/Elements库中选择Series RLC Branch，右键单击并拖动，再复制出2个该元件，分别在对话框中Branch Type下拉菜单中选取R、L、C，并按照1的计算结果赋值，在电感的对话框里Measurements选择Branch voltage and current，以使能电感的端电压测量和电流测量，电阻元件的对话框里Measurements选择Branch voltage，以使能电阻的端电压测量，即Buck变换器的输出电压。在SimPowerSystems / Measurements 库中选择Multimeter，对话框左边有Ub:L、Ib:L、Ub:R几项，依次勾选，在右边窗口中显示，这样就可以对电感电压、电感电流、负载电阻电压进行测量。在Simulink / Sources库中选择Pulse Generator，对话框中Period(secs)设置为20e-6，Pulse Width(% of period)设置为25，其他设置保持为缺省值。在Simulink / Signal Routing 库中选择Bus Selector，再复制出1个，分别选择在Mosfet和Diode的测试端口，将Bus Selector设置为测试各自的电流，连接二极管的Bus Selector对话框设置参见图1-1。图1-1二极管的参数设置在Simulink / Sink库中选择示波器Scope，将其设置为6个输入通道，双击示波器，打开示波器的显示界面，在界面的坐上有一排工具栏，左边第一个是打印图标，第二项就是参数Parameters设置，单击Parameters，在弹出的对话框里进行设置。为了实时显示输出电压的平均值，在SimPowerSystems / Extra Library / Measurements里面选取Mean Value，双击打开对话框，将参数设置中的Averaging period(s)设置为20e-6（求平均值时的这个周期设置可以是信号周期的整数倍），在Simulink / Sink里面选取Display。最终完成的仿真模型如图1-2所示，仿真时间为0.1s，仿真算法为ode23tb。图1-2 Buck变换器仿真模型3、 仿真结果在菜单栏Simulation里的Configuration Parameters里设置仿真算法仿真算法可选择为变步长Variable-step下的ode23tb，其他设置可以保持缺省值，其中将Max-step（最大步长）设置的比较小（如1e-6）能够使波形较为平滑。本实验中Max-step选择缺省值（auto）。仿真结果图从上到下的波形依次为MOSFET门极触发脉冲Ug，电感电压UL，电感电流iL，输出电压U0，MOSFET电流，二极管电流。图1-3 Buck变换器仿真结果图4、 说明实验原理与实验心得实验二 升压（Boost）变换器一、实验目的1.理解升压式变换器的工作原理2.学习电力电子器件仿真研究二、实验设备安装有MATLAB仿真软件的计算机一台3、 实验内容将一个输入电压在36V的不稳定电源升压到稳定的15V，纹波电压低于0.2%，负载电阻10，开关管选择MOSFET，开关频率为40kHz，要求电感电流连续。设计仿真参数。搭建仿真模型并分析结果。将电感值分别减小为临界电感的一半和三分之一，仿真分析电感电流断续时的Boost变换器的工作情况。4、 实验步骤1、 设计参数根据输入输出的要求，由公式确定占空比调节范围：DCmin=0.6；DCmax=0.8；确定电感值和电容值：L=15H，C=1mF；实际中所取电容值应该有一个裕量，在本实验中不取裕量，直接取电容值。2、 建立仿真模型建立一个名为boost的新模型在SimPowerSystems / Electrical Sources库中选择DC Voltage Source 直流电压源模块，在对话框中将直流电压设置为20V。在SimPowerSystems / Power Electronics 库中选择Mosfet和Diode模块，勾选Show measurement port，将Diode和Mosfet 的部分参数进行修改：其中Diode的导通压降 Forward Voltage(V)缺省值为0.8，改为0。导通电阻（Resistance Ron）设置为很小，比如0.00000001（理想情况下应该设置为0，但是在Simulink中不允许将器件的导通电阻设置为0）。Mosfet中的电阻设置同上，以满足假设条件，即器件是理想器件，没有导通电阻和导通压降。 在SimPowerSystems/Elements 库中选择Series RLC Branch，右键单击并拖动，再复制出2个该元件，分别在对话框中Branch Type下拉菜单中选取R、L、C，并按照1的计算结果赋值，在电感的对话框里Measurements选择Branch voltage and current，以使能电感的端电压测量和电流测量，电阻元件的对话框里Measurements选择Branch voltage，以使能电阻的端电压测量，即Boost变换器的输出电压。在SimPowerSystems / Measurements 库中选择Multimeter，对话框左边有Ub:L、Ib:L、Ub:R几项，依次勾选，在右边窗口中显示，这样就可以对电感电压、电感电流、负载电阻电压进行测量。在Simulink / Sources库中选择Pulse Generator，对话框中Period(secs)设置为25e-6，Pulse Width(% of period)设置为60，其他设置保持为缺省值。在Simulink / Signal Routing 库中选择Bus Selector，再复制出1个，分别选择在Mosfet和Diode的测试端口，将Bus Selector设置为测试各自的电流，连接二极管的Bus Selector对话框设置与实验以类似，这里不赘述。在Simulink / Sink库中选择示波器Scope，将其设置为6个输入通道。在SimPowerSystems / Extra Library / Measurements里面选取Mean Value，双击打开对话框，将参数设置中的Averaging period(s)设置为20e-6（求平均值时的这个周期设置可以是信号周期的整数倍），在Simulink / Sink里面选取Display。最终完成的仿真模型如图2-1所示，仿真时间为0.1s，仿真算法为ode23tb。 图2-1 Boost变换器仿真模型3、 仿真结果分析Display显示的是输入为6V时的输出电压平均值，为14.99V。输入为6V，占空比为0.6时的波形如图2-1所示，从上到下依次为Mosfet门极触发脉冲Ug，电感电压UL，电感电流iL，输出电压U0，二极管电流，MOSFET电流；图2-2 Boost变换器仿真结果图4、说明实验原理与实验心得实验三 升降压（Buck-Boost）变换器一、实验目的1、掌握升降压式变换器的工作原理2、学习电力电子器件仿真研究二、实验设备安装有MATLAB仿真软件的计算机一台三、实验内容输入侧是一个20V的直流电压，设计一个DC-DC变换器，使其输入电压为1040V，要求纹波电压为0.2%，电感电流连续，开关管选用MOSFET，开关频率为20kHz，负载为10。4、 实验步骤1、 设计参数输出10V的占空比为DC=1/3；输出40V的占空比为DC=2/3；仿真电路参数应该选取L