电力电子仿真复习进程.docx

电力电子仿真

电力电子仿真实验报告

指导老师： 戴卫力
专业学号：自动化 1262510103
学生姓名： 潘雯
完成时间： 2014/05/09

实验1 三相桥式可控整流电路工作原理仿真
（仿真计算机房, 新大楼204）
一、实验目的
加深对三相桥式可控整流电路工作原理的理解，学会使用仿真软件MATLAB中的SIMULINK模块，搭建三相桥式可控整流电路模型，以及如何构建三相桥式驱动电路——6脉冲驱动发生器，并利用仿真模型，分析三相桥式整流电路在不同触发延迟角、不同性质负载下的电流、输出电压波形，学会用Fourier分析模块分析相电流的谐波情况。
二、实验系统组成及工作原理

三相桥式全控整流原理电路
三、实验所需软、硬件设备及仪器
（1）计算机（装有windows XP以上操作系统）；
（2）MATLAB 6.1版本以上软件；
四、实验内容
三相桥式全控整流电路，电源相电压为220V，整流变压器输出电压为100V（相电压），观察整流器在不同负载，不同触发延迟角时，整流电路输出电压、电流波形，测量整流输出电压平均值，并观察整流器交流侧电流波形和分析其主要次谐波。
（1）电阻负载（，°）
（2）感性负载（，，°）
（3）容性负载（，，°）
五、课后思考与总结
（1）撰写仿真实验报告；
（2）思考不同负载下的三相整流桥的工作原理区别及外特性的特点。
六、实验分析与总结
（1）仿真及仿真波形
①阻性负载（RL = 5Ω，α=30°）

三相线电压波形图：

a相线电流波形图：

输出电流波形图：

输出电压波形图：

输出电压平均值波形图：

②感性负载（RL = 5Ω，L=0.01H，α=60°）

三相电源电压波形图：

a相线电流波形图：

输出电流波形图：

输出电压波形图：

输出电压平均值波形图：

③容性负载（RL = 2Ω，C=500μF，α=0°）

三相电源电压波形图：

a相线电流波形图：

输出电流波形图：

输出电压波形图：

输出电压平均值波形图：

（2）谐波分析
三相桥式全控整流电路，一个周期脉动六次，则其谐波为6k±1次谐波。
（2）思考不同负载下的三相整流桥的工作原理区别及外特性的特点。
答：①阻性负载下，Ud=2.34U2cosα，输出电压与α有关，移相范围为0°~120°，本实验中α=30°。在自然换相点到来时，晶闸管会自然关断。当α < 60°时，输出电压连续；当α > 60°，输出电压断续。这样去带负载，可能会出现电流断续，其外特性较软。
②阻感负载下，Ud=2.34U2cosα，移相范围为0°~90°，本实验中α=60°。由于有电感，晶闸管不能自然关断，只能在下个触发脉冲到来时被强迫关断。若电感足够大，那么电流会一直保持一个恒定值。这样去带负载时不会出现电流断续，则外特性较硬。
③阻容负载下，本实验中α=0°。由于对电容充到电压峰值后，就不会再吸取能量，所以之后电压几乎为直线，而电流为零，这多用于储能元件的负载。

实验2 直-直变流器工作原理仿真
一、实验目的
理解降压（BUCK）变流器的连续工作模式和断续工作模式的工作原理。学会使用仿真软件MATLAB中的SIMULINK模块，构建BUCK变换器仿真模型，并分析和观察负载连续和断续以及不同占空比下，变换器各部分电压和电流波形，并通过Fourier分析直流输出电压的直流分量和谐波。
二、实验系统组成及工作原理

直流降压变流器使负载侧电压低于电源电压，其原理图如上图所示。在开关器件VT导通时有电流经电感L向负载供电；当VT关断时，电感L释放储能，维持负载电流，电流经过负载和二极管VD形成回路。调节开关器件VT的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。负载侧输出电压的平均值为

三、实验所需软、硬件设备及仪器
（1）计算机（装有windows XP以上操作系统）；
（2）MATLAB 6.1版本以上软件；
四、实验内容
设直流降压变流器电源电压，输出电压，电阻负载为。观察IGBT和二极管的电流波形，并设计电感和输出滤波电容值。
五、步骤及方法
仿真步骤如下：
（1）在模型中设置参数，设置电源E电压为200V，电阻的阻值为5，脉冲发生器脉冲周期，脉冲宽度为50%，IGBT和二极管的参数可以保持默认值。
（2）设置仿真时间为0.002s，算法采用ode15s。启动仿真。
（3）仿真结果。
六、课后思考与总结
（1）撰写仿真实验报告；
（2）思考buck变换器连续和断续工作模式下与电感取值的关系；
（3）思考下buck变换器的输出和输入电压关系在断续模式下还成立吗？
七、实验分析与总结
（1） 仿真模型图如下：

（2）仿真波形如下：
试取电感为0.001H，电容为0.0001F，则有
IGBT的电流波形：

续流二极管的电流波形：

（3）电感、电容设计
下面是电感、电容的求解。设计一个输入电压为200V，输出电压为100V，输出电流为20A，工作频率5KHz，工作在CCM下。
① 电感计算
电感在一个周期内存在伏秒平衡，则在IGBT关断时，有
U0+L*d∆iLdt=0
U0=L∆iL(1-D)TS

则有
L=U0(1-D)TS∆iL
取U0 =100V，占空比为50%，ΔiL=2I0=40A，TS= 0.0002s，代入上式，则解得临界电感L=0.00025H。
下面测试一下，先取临界电感L=0.00025H，电容取C=0.0001F，则电流iL的波形为：

由上图可知，L=0.00025H时，电流临界连续。
再取L=0.0001H，则电流iL的波形为：

由上图可知，L=0.0001H时，电流断续。
再取L=0.0004H，则电流iL的波形为：

由上图可知，L=0.0004H时，电流连续。
综上，为了使电流能工作在连续模式，选取电感时需要L>0.00025H
② 电容计算
由
C=U0(1-Dmin)8Lf2∆U0
取U0 =100V，占空比为50%，电压纹波取ΔU0 =2V，工作频率为f=5000Hz，取电感L=0.00025H，代入上式，则解得C=0.0005F，此时负载电压波形为：

其他值不变，取电感L=0.001H，电压纹波取ΔU0 =5V，代入上式，则解得C=0.00005F=50uF，此时负载电压波形为：

综上，只要先考虑好电压纹波和电感的取值，就可以计算出滤波电容的大小。
（4）思考buck变换器连续和断续工作模式下与电感取值的关系；
答：buck变换器连续和断续工作模式与电感取值大小有关。当电感L取值较大时，电感储存的能量较多可以维持到下一个触发脉冲到来，则电流连续，输出脉动不会太大；当电感值过小时，在导通期间储存的能量较小，在IGBT关断后，不足以维持到下一个触发脉冲到来，负载电流衰减到0，出现了电流断续。
所以，当电感值小于临界电感时为断续模式，反之为连续模式。
由电感伏秒平衡可得公式：
U0=L2I0(1-D)TS
临界电感的值，可由上式求得。
（5）思考下buck变换器的输出和输入电压关系在断续模式下还成立吗？
答：buck变换器在断续模式下，设上升时间（即IGBT一个周期内导通时间）为D1，下降时间（即IGBT一个周期内关断时间）为D2，零时间（断续时间，下一个触发脉冲还没来）为D2，且D1+ D2 +D2=1，此时在一个周期内，由电感伏秒平衡得：
(Vin-V0)D1TS=V0D2TS
V0=D1D1+D2Vin≠D1Vin
由此可见在断续模式下不成立。