1、电力电子技术课程设计报告题目:基于Matlab的电力电子技术仿真分析专业:电气工程及其自动化 班级: 电气2班学号: Z01114007 姓名:吴奇 指导教师: 过希文 安徽大学电气工程与自动化学院2015年 1 月 7 日中文题目 基于Matlab的电力电子技术仿真分析一、设计目的(1)加深理解电力电子技术课程的基本理论;(2)掌握电力电子电路的一般设计方法,具备初步的独立设计能力;(3)学习Matlab仿真软件及各模块参数的确定。二、设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等:(1)根据设计题目要求的指标,通过查阅有关资料分析其工作原理,设计电路原理图;(2
2、)利用MATLAB仿真软件绘制主电路结构模型图,设置相应的参数.(3)用示波器模块观察和记录电源电压、控制信号、负载电压、电流的波形图。三、设计内容(1)设计一个降压变换器(Buck Chopper),其输入电压为200V,负载为阻感性带反电动势负载,电阻为2欧,电感为5mH,反电动势为80V。开关管采用IGBT,驱动信号频率为1000Hz,仿真时间设置为0.02s,观察不同占空比下(25%、50、75)的驱动信号、负载电流、负载电压波形,并计算相应的电压、电流平均值。然后,将负载反电动势改变为160V,观察电流断续时的工作波形。(最大步长为5e-6,相对容忍率为1e3,仿真解法器采用ode2
3、3tb)(2)设计一个采用双极性调制的三相桥式逆变电路,主电路直流电源200V,经由6只MOSFET组成的桥式逆变电路与三相阻感性负载相连接,负载电阻为1欧,电感为5mH,三角波频率为1000Hz,调制度为0。7,试观察输入信号(载波、调制波)、与直流侧假想中点N的三相电压Uun、Uvn、Uwn,输出线电压UV以及负载侧相电压Uun的波形。四、设计方案实验1:降压变换器dcdc变流电路可以将直流电变成另一固定电压或可调电压的直流电,包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。其中,直接直流变流电路又称为斩波电路,功能是将直流电变为另一直流电.本次实验主要是在Matlab中设计一个降压斩波电路并仿真
4、在所给条件下的波形和数值与理论计算相对比。降压斩波电路原理图如下所示,该电路使用一个全控型器件V,这里用IGBT,也可采用其他器件,例如晶闸管,若采用晶闸管,还需设置使晶闸管关断的辅助电路。为在V关断时给负载中电感电流提供通道,设置了续流二极管VD。斩波电路主要用于电子电路的供电电源,也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等,后两种情况下负载中均会出现反电动势,图中用表示。若无反电动势,只需令,以下的分析和表达式中均适用。原理图:降压斩波电路实验图:参数设置:输入电压为200V,负载为阻感性带反电动势负载,电阻为2欧,电感为5mH,反电动势为80V。开关管采用IGBT,驱动信号频率为1000Hz,仿
5、真时间设置为0。02s,最大步长为5e6,相对容忍率为1e-3,仿真解法器采用ode23tb,调节脉冲信号占空比分别为25,50,75.然后调整反电动势为160V。重复上述步骤。实验2:双极性调制的三相桥式逆变电路的设计本次实验是利用PWM调制控制三项桥是逆变电路。PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术,通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要的波形。面积等效原理是PWM控制技术的重要理论基础。PWM技术在逆变电路最为常用,分为单极性控制和双极性控制。本次课程设计使用双极性控制方式。下面介绍一下双极性调制三相桥式逆变电路的原理.图是三相桥式PWM逆变电路,这种电路都是采用双极性控制
6、方式。U、V和W三相的PWM控制通常公用一个三角波载波,三相的调制信号,和相位依次相差.U、V和W各项功率开关器件的控制规律相同,现以U相为例。当时,上桥臂导通,下桥臂关断,则U相相对于直流电源假想终点的输出电压。当时,下桥臂导通,上桥臂关断,则U相相对于直流电源假想终点的输出电压,上桥臂和下桥臂的驱动信号始终是互补的。当给上(下)桥臂加导通信号时,可能是上桥臂导通,可能是下桥臂导通,也可能是续流二极管导通,这要由阻感负载中电流的方向来决定。V相和W相的控制方式都和U相相同.原理图:三相桥式PWM逆变电路实验图:参数设置:主电路直流电源200V,经由6只MOSFET组成的桥式逆变电路与三相阻感
7、性负载相连接,负载电阻为1欧,电感为5mH,三角波频率为1000Hz,调制度为0。7.五、仿真结果与分析实验1仿真结果与分析:图1:反电动势为80V占空比为25%图2:反电动势为80V占空比为50%图3:反电动势为80V占空比为75%图4:反电动势为160V占空比为25%图5:反电动势为160V占空比为50图6:反电动势为160V占空比为75负载电压平均值为,式中,为V处于通态时间,为V处于断态时间,T为开关周期,为占空比。图1、4,图2、5占空比,图3、6占空比。所以,当时,V;当时,V;当时,V。负载电流平均值,当时,A;当时,A;当时,A,与实验结果相吻合.实验2仿真结果与分析图4:双极
8、性调制的三相桥式逆变电路实验结果分析:观察波形图可知,、的PWM波形都只有 两种电平。图中的线电压的波形可由得出。可以看出,当桥臂1和桥臂6导通时,;当桥臂3和桥臂4导通时,;当桥臂1和桥臂3或桥臂4和桥臂6导通时,。所以逆变器输出线电压PWM波由、0三种电平构成。而负载相电压的PWM波由V,V,V五种电平组成,满足,五种电平组成,符合实验结果。五、设计总结通过本次实验,我初步了解了Matlab,学会如何用matlab软件的Simulink进行绘制电路图并进行仿真.然而我也发现了很多的问题,例如电子元器件找不到,设计电路图时不够理解,直到问同学之后才能够独立的画出电路图,在电力电子这方面的学习也较为缺乏,理解不够充分,所以在不多的大学时间里要好好学习这些知识,为以后的工作打好基础.六、主要参考文献1 王兆安电力电子技术,机械工业出版社20092 李传琦电力电子技术计算机仿真实验,电子工业出版,20053 洪乃刚电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真,机械工业出版社20064 洪乃刚。 电力电子电机控制系统仿真技术,2013年8月