斩波电路Matlab仿真电力电子核心技术优秀课程设计.doc

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，每个学生全部必需认真撰写《课程设计计算说明书》。课程设计计算说明书要求内容完整，条理清楚，书面清洁，字迹工整。
2． 说明书通常包含设计任务分析、设计方案确实定、具体设计过程描述、结论等几方面，或根据课程设计指导书及指导老师具体要求进行撰写。
3．课程设计图纸要求布局美观，图面整齐，图表清楚，尺寸标识正确，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写作，即使同组学生在设计过程中经过讨论得到共同设计结果也应独立表述。
5．课程设计说明书根据封面、成绩评定表、目录、正文次序装订成册。
6．课程设计应按设计期间工作态度和课程设计任务完成情况，设计说明书水平、相关知识能力掌握情况等项目分别评定成绩。
7．各项目内容及所占百分比由课程设计指导老师自行确定，并以百分制形式填入“学生成绩评定表”。总成绩采取五级分制。
8．本页采取“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留。

学生成绩评定表
序
号
项目名称
指导老师
成绩
所占百分比
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、 设计目标
二、 设计任务
三、 仿真研究内容和步骤
降压斩波电路仿真研究。
升压斩波电路仿真研究。
升降压斩波电路仿真研究。
（电路结构；工作原理；基础数量关系；搭建仿真模型；取不一样控制角时波形图；结论）
四、 总结
五、 参考文件

一、 课程设计教学目标及要求
本课程设计是电气工程及其自动化专业关键实践教学步骤之一。本课程设计任务是利用所学《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、交流调压电路和逆变电路建模和仿真。其目标是培养学生综合利用所学知识，分析、处理工程实际问题能力；巩固学生所学知识同时，提升学生专业素质，这对于工科学生落实工程思想起到十分关键作用。
要求学生在要求时间内经过分析任务书、查阅搜集资料，充足发挥主动性和发明性，在老师指导下联络实际、掌握正确方法，理清思绪，独立完成课程设计，撰写设计说明书，其格式和字数应符合要求。依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分析；课程设计说明书要求整齐、完备、内容正确、概念清楚、文字通畅，符合规范。
二、 设计任务
（1）降压斩波电路仿真研究。
（2）升压斩波电路仿真研究。
（3）升降压斩波电路仿真研究。
三、 仿真研究内容和步骤
1．降压斩波电路仿真研究
1.1电路原理图
降压斩波电路原理图及工作波形图所表示，该电路使用一个全控型器件V,图中为IGBT，也能够使用其它器件，续流二极管VD在IGBT关断期间为电感储存能量提供释放通道。该电路仿真过程能够分为建立仿真模型、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，反复上一周期过程。当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期初值和终值相等，图b）所表示。负载电压平均值为：

ton为V处于导通时间；toff为V处于关断时间；a为导通占空比。
负载电流平均值为：

1.2建立仿真模型
1）建立一个仿真模型新文件。在MATLAB菜单栏上点击File，选择New，再在弹出菜单中选择Model，这时出现一个空白仿真平台，图所表示。在这个平台上能够绘制电路仿真模型。
2）提取电路元器件模块。在仿真模型窗口菜单上点击图标调出模型库浏览器，在模型库中提取所需模块放到仿真窗口。组成直流降压斩波电路元器件有直流电源、IGBT、电阻、电容、二极管。
3）将电路元器件模块按直流降压斩波原理图连接起来组成仿真电路。图所表示。
参数设置以下：
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仿真波形结果和分析
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图所表示：

2．升压斩波电路仿真研究
2.1电路原理图
升压斩波电路原理图及工作波形图所表示。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。负载电压平均值为：

2.2建立仿真模型
IGBT升压斩波电路模型关键由直流电源、IGBT、电阻、电感、电容、二极管和示波器等部分组成。将电路元器件模块按直流升压斩波原理图连接起来组成仿真电路。图所表示。

参数设置以下：
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仿真波形结果和分析
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．升降压斩波电路仿真研究
3.1电路原理图
升降压斩波电路原理图及工作波形图所表示。设电路中电感L值很大，电容C值也很大。使电感电流IL和电容电压即负载电压Uo基础为恒值。

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能量向负载释放，电流为i2。负载电压极性为上负下正，和电源电压极性相反，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元器件有直流电源、IGBT、电阻、电容、电感、二极管。

参数设置以下：
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仿真波形结果和分析
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，我真正做到了自己查阅资料，进行必需分析，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仿真，使我加深了对直流斩波电路了解。即使只是一个简单课程设计，不过这培养了我独立学习、独立思索能力，而且掌握了Matlab仿真软件很多应用知识，开阔了电力电子技术方面视野，了解了很多书本之外知识。巩固了以前所学知识，提升了自己设计能力，为以后学习工作打下了基础。
五、 参考文件
[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电子仿真和应用技术 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试验 电子工业出版社