电力电子技术(实验大作业)

1、 宁波理工学院电力电子技术课程实验报告专业班级 姓 名 学 号 指导教师 实验日期 2014 .12.12 目录实验一：单相桥式整流电路31.1电路原理31.2基本数量关系41.3 MATLAB仿真电路图：51.4 仿真结果分析6实验二：三相半波可控整流电路82.1 电路原理82.2 基本数量关系92.3 MATLAB仿真电路图102.4 仿真结果分析10实验三：单相电压型逆变电路133.1 电路原理133.2 基本数量关系143.3 MATLAB仿真电路图143.4 仿真结果分析15实验四：降压斩波电路164.1 电路原理164.2 基本数量关系174.3 MATLAB仿真电路图184.4

2、仿真结果分析19五、 参考文献20实验一：单相桥式整流电路1.1电路原理（1）在u2正半波的（）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区间，4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（）区间，在时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通。 （3）在u2负半波的（）区间，在区间，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（）区间，在时刻，触发晶闸管VT2、VT3u(i

3、)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图1-2 单相全控桥式带电阻负载时的波形使其元件导通，负载电流沿bVT3RVT2T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。图1-1 单相全控桥式带电阻负载时的电路结构图 1.2基本数量关系1）晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为和。2）整流电压平均值为： （=0°时，Ud= Ud0=0.9U2；=180°时，Ud=0°。可见，角的移相范围为0°180°） 3）向负载输出的直流电流平均值为： 4）流过晶

4、闸管的电流平均值 ： 5）流过晶闸管的电流有效值为： 6）变压器二次侧电流有效值I2与输出直流电流有效值I相等，为： 7）不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量为。 1.3 MATLAB仿真电路图：在SIMULINK环境下创建单相桥式整流电路模型，期中各个模块均取自Simulink模块组合Simpower Systems模块组，将各个模块从库中提取出来放到模型编辑窗口的适当位置，并将相关模块用信号线链接起来构成仿真模型。图1-3单相桥式全控整流电路（电阻性负载）1.4 仿真结果分析分析：输入电压为，时输出波形图；分析：输入电压为，时输出波形图；分析：输入电压为，时输出波形图；整流电压平均值为：

5、 时，时，。可见，角的移相范围为。向负载输出的直流电流平均值为 晶闸管、和、轮流导电，流过晶闸管的电流平均值只有输出直流电流平均值的一半，即： 为选择晶闸管、变压器容量、导线截面积等定额，需考虑发热的问题，为此需计算电流有效值为 变压器二次电流有效值与输出直流电流有效值相等，为 实验二：三相半波可控整流电路2.1 电路原理三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。  &

6、#160;  为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管KP1和KP4接a相，晶闸管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相。 晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴极组，而晶闸管KP2、KP4、KP6组成共阳极组。为了搞清楚变化时各晶闸管的导通规律，分析输出波形的变化规则，下面研究几个特殊控制角，先分析的情况，也就是在自然换相点触发换相时的情况。 为了分析方便起见，把一个周期等分6段（见图2-2）。其工作特点：任何时刻都有不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路，因此为保证电路启动或电流断

7、续后能正常导通，必须对不同组别应到导通的一对晶闸管同时加触发脉冲，所以触发脉冲的宽度应大于3的宽脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以可以采用脉冲列代替双窄脉冲；每隔3换相一次，换相过程在共阴极组和共阳极组轮流进行，但只在同一组别中换相。接线图中晶闸管的编号方法使每个周期内6个管子的组合导通顺序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；共阴极组T1，T3，T5的脉冲依次相差23；同一相的上下两个桥臂，即VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2的脉冲相差，当=O时，输出电压Ud一周期内的波形是6个线电压的包络线。输出脉动直流电压频率是电源频率的6倍，比三相半波电路

8、高l倍，脉动减小，而且每次脉动 的波形都一样，故该电路又可称为6脉动整流电路。b)c)d)e)f)u2Riduaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt图2-1 三相桥式全控整流电路（电阻性负载） 图 2-2 三相桥式整流电路触发脉冲 2.2 基本数量关系1）整流电压平均值：2） 变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为： 表1 三相桥式全控整流电路电阻负载a=0°时晶闸管工作情况时段共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=u

9、abua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb2.3 MATLAB仿真电路图图2-3三相桥式全控整流电路（电阻性负载）2.4 仿真结果分析分析：三相电源分别为；，时输出波形图；分析：三相电源分别为；，时输出波形图；分析：三相电源分别为；，时输出波形图；分析：三相电源分别为；，时输出波形图；在以上的分析中已经说明，整流输出电压的波形在一周期内脉动六次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉动（即1/6周期）进行计算即可。此外对线电压的过零点为时间坐标的零点，于是可得到当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载时）的平均值为

10、： 带电阻负载且时，整流电压平均值为： 输出电流平均值为。实验三：单相电压型逆变电路3.1 电路原理在一个周期内，T1和T2的基极信号各有半周正偏，半周反偏且互补。若负载为阻感负载，设时刻以前，T1有驱动信号导通，T2截止，则。时刻关断的T1，同时给T2发出导通信号。由于感性负载中的电流不能立即改变方向，于是导通续流，。时刻降至零，截止，T2导通，开始反向增大，此时仍有在时刻关断T2，同时给T1发出导通信号，由于感性负载中的电流，不能立即改变方向，D1先导通续流，此时仍然有；时刻降至零，T1导通，。半桥逆变电路 在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，两个电容的联结点便成为直流电源的中点，负载

11、联接在直流电源中点和两个桥臂联结点之间。 工作原理 设开关器件V1和V2的栅极信号在一个周期内各有半周正偏，半周反偏，且二者互补。 输出电压uo为矩形波，其幅值为Um=Ud/2。 电路带阻感负载，t2时刻给V1关断信号，给V2开通信号，则V1关断，但感性负载中的电流io不能立即改变方向，于是VD2导通续流，当t3时刻io降零时，VD2截止，V2开通，io开始反向，由此得出如图所示的电流波形。 a)ttOOONb)oUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2图4-1 单相半桥电压型逆变电路及其工作波形 3.2 基本数量关系1）Ud的矩形波uo展开成傅里叶级数得

12、：2）其中基波的幅值Uo1m和基波有效值Uo1分别为： 3.3 MATLAB仿真电路图图4-3单相半桥电压型逆变电路3.4 仿真结果分析输入的直流电压峰-峰值为200V，以上为输出的电压波形和电流波形。实验四：降压斩波电路4.1 电路原理直流降压斩波主电路使用一个全控器件IGBT控制导通。用控制电路和驱动电路来控制IGBT的通断，当t=0时，驱动IGBT导通，电源E向负载供电，负载电压=E，负载电流按指数曲线上升。根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路有三种控制方式： 1）  保持开关周期T不变，调节开关导通时间ont不变，称为PWM。 2）  

13、;保持开关导通时间ont不变，改变开关周期T，称为频率调制或调频型。 3） ont和T都可调，使占空比改变，称为混合型 但是普遍采用的是脉冲宽调制工作方式。因为采用频率调制工作方式，容易产生谐波干扰，而且滤波器设计也比较困难。此电路就是采用脉冲宽调制控制IGBT的通断。图4-1 直流降压斩波电路波形图图4-2 直流降压斩波电路原理图4.2 基本数量关系(1)电源 要求输入电压为100V。(2)电阻 因为当输出电压为50-80V时，假设输出电流为0.1-5A。所以由欧姆定律可得负载电阻值为，所以取电阻20欧姆。(3)IGBT 由图3易知当IGBT截止时，回路通过二极

14、管续流，此时IGBT两端承受最大正压为100V；而当=1时，IGBT有最大电流，其值为5A。故需选择集电极最大连续电流=，反向击穿电压的IGBT，而一般的IGBT都满足要求。(4)二极管 其承受最大反压100V，其承受最大电流趋近于5A，考虑2倍裕量，故需选择，的二极管。(5)电感 由上面所选的电阻20欧姆，根据欧姆定律： 当Uo=80V时，Iomax=4A;当Uo=50V时，Iomin=2.5A;根据电感电流连续时电感量临界值条件：L=Uo*（Ud-Uo）/(2UdIo)为了保证负载最小电流电路能够连续，取Io=2.5A来算，可得L=0.125mH，所以只要所取电感L>0.125mH ，取L=1mH。（6）开关频率 f=40kHz（7）电容 设计要求输出电压纹波小于1%，由纹波电压公式： 可得 LC >= 0.195 uH*F 取C=0.47mF 4.3 MATLAB仿真电路图图3-2直流降压斩波电路4.4 仿真结果分析分析：占空比为30%分析：占空比为60%分析：占空比为90%当L值为无穷大时，负载电流平直的情况。这种情况下，假设电源电流平均值为，则有 其值小于等于负载电流，由上式得 即输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。五、 参考文献1王兆安、刘进军，电力电子技术第四版。北京：机械工业出版社，2000；2黄家善， 电力电子技术北京：