斩波电路Matlab仿真电力电子技术课程设计.

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 说说 明明 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 2设计说明书30 3仿真演示40 签字 目录目录 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 降压斩波电路的仿真研究 升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 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 一 课程设计的教学目的及要求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 三 仿真研究的内容与步骤仿真研究的内容与步骤 1 1 降压斩波电路的仿真研究 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 EE T t E tt t U on offon on o c 电流断续时的波形 E V M R L VD io EM uo iG t t t O O O b 电流连续时的波形 T E iG ton toff io i1 i2 I10I20 t1 uo O O O t t t T EE iG iG ton toff io tx i1 i2 I20 t1t2 uo EM a 电路图 c 电流断续时的波形 E V M R L VD io EM uo iG E V M R L VD io EM uo iG t t t O O O b 电流连续时的波形 T E iG ton toff io i1 i2 I10I20 t1 uo O O O t t t T EE iG iG ton toff io tx i1 i2 I20 t1t2 uo EM a 电路图 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 EE T t E tt t U on offon on o R EU I Mo o 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 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 20 50 80 时仿真波 形 当占空比 20 时 电源电压 100V 负载两端电压为 20V 当占空比 50 时 电源电压 100V 负载两端电压为 50V 图 1 1 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 图 1 2 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 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 2 升压斩波电路的仿真研究 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 图 1 3 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 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 0 iGE 0 io I1 0 iGE 0 iGE 0 io 0 io I1 E t T E t tt U offoff offon o 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 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 20 50 80 时仿真波 形 当占空比 20 时 电源电压 100V 负载两端电压为 125V 当占空比 50 时 电源电压 100V 负载两端电压为 200V 图 2 1 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 图 2 2 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 80 时 电源电压 100V 负载两端电压为 500V 3 3 升降压斩波电路的仿真研究 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 o t b o t i1 i2 tontoff IL IL o t b o t i1 i2 tontoff IL IL 图 2 3 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 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 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 EE tT t E t t U 1 on on off on o 11 on off 2 1 II t t I 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 20 50 80 时仿真波 形 当占空比 20 时 电源电压 100V 负载两端电压为 23 95V 图 3 1 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 图 3 2 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 50 时 电源电压 100V 负载两端电压为 98 25V 当占空比 80 时 电源电压 100V 负载两端电压为 395V 四 四 总结总结 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 Matl