功率电子技术完整版

-1-《功率电子技术》课程设计报告专业：班级：姓名：学号：2014年月3日-2-目录1.课程设计目的……………………………………………………32.课程设计要求……………………………………………………33.课程设计内容……………………………………………………33.1项目一单相半波可控整流电路的仿真…………………33.2项目二单相桥式全控整流电路的仿真…………………93.3项目三三相半波可控整流电路的仿真…………………143.4项目四三相桥式全控整流电路的仿真…………………203.5项目五单相交流调压电路的仿真………………………263.6项目六单相桥式有源逆变电路的仿真…………………313.7项目七三相桥式有源逆变电路的仿真…………………393.8项目八项目八直流斩波电路的仿真……………………454.课程设计总结……………………………………………………535.课程设计体会及建议……………………………………………536.参考书目…………………………………………………………53-3-1.课程设计目的通过对“电力电子技术”教材中主要电子电路进行仿真与建模，基本掌握电路的原理及参数设定和调整方法，提高学生分析问题的和解决问题的能力；训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，独立进行查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告，进一步加深对变流电路基本理论的理解，提高运用基本技能的能力，为今后的学习和工作打下坚实的基础。通过设计，使学生巩固、加深对变流电路基本理论的理解，提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，培养学生的创新精神和创新能力。2.课程设计要求（1）熟悉MATLAB的Simulink和SimPowerSystem模块库应用。（2）熟练掌握基本电力电子电路的仿真方法。（3）掌握电力电子变流装置触发、主电路及驱动电路的构成及调试方法，能初步设计和应用这些电路。（4）能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理。（5）能够综合实验数据，解释现象，编写课程设计报告。3.课程设计内容3.1项目一单相半波可控整流电路的仿真3.1.1电路原理图-4-3.1.2建立仿真模型3.1.3设置模型参数电源参数-5-脉冲参数3.1.4模型仿真当触发角α=0°时，波形图-6-当触发角α=30°时，波形图当触发角α=60°时，波形图-7-当触发角α=90°时，波形图当触发角α=120°时，波形图-8-当触发角α=150°时，波形图当触发角α=180°时，波形图-9-3.1.5仿真波形分析电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。其实当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=0.当VT处于通态时，相当于VT短路。负载电感的存在使得晶闸管的导通角增大，在电源电压由正到负的过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流的平均值减小；大电感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压平均值趋于零。3.2项目二单相桥式全控整流电路的仿真3.2.1电路原理图-10-3.2.2建立仿真模型3.2.3设置模型参数交流电源参数-11-同步脉冲信号发生器参数电阻电感参数-12-3.2.4模型仿真当触发角α=30°时，波形图当触发角α=60°时，波形图-13-当触发角α=90°时，波形图当触发角α=120°时，波形图3.2.5仿真波形分析由于电感的作用，输出电压出现负波形；当电感无限大时，控制角α在0~90°之间变化时，晶闸管导通角θ=π，导通角θ与控制角α无关。输出电流近似平直，流过晶闸管和变压器副边的电流为矩形波。α=120°时的仿真波形，此时的电感为有限值，晶闸管均不通期间，承受二分之一的电源电压。-14-3.3项目三三相半波可控整流电路的仿真3.3.1电路原理图3.3.2建立仿真模型-15-3.3.3设置模型参数算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0结束时间0.05s脉冲参数-16-电源参数-17-晶闸管参数-18-3.3.4模型仿真当触发角α=0°时，波形图当触发角α=30°时，波形图-19-当触发角α=60°时，波形图当触发角α=90°时，波形图-20-3.3.5仿真波形分析α=0°时的工作原理分析：晶闸管的电压波形，由3段组成：第1段，VT1导通期间，为一管压降，可近似为uT1=0第2段，在VT1关断后，VT2导通期间，uT1=ua-ub=uab，为一段线电压。第3段，在VT3导通期间，uT1=ua-uc=uac，为另一段线电压。α=30°时的波形负载电流处于连续和断续之间的临界状态，各相仍导电120。α30°的情况，负载电流断续，晶闸管导通角小于1203.4项目四三相桥式全控整流电路的仿真3.4.1电路原理图-21-3.4.2建立仿真模型3.4.3设置模型参数晶闸管参数-22-电源参数-23-脉冲参数-24-3.4.4模型仿真当触发角α=30°时，波形图当触发角α=60°时，波形图-25-当触发角α=90°时，波形图3.4.5仿真波形分析对于纯电阻性负载，当触发角小于等于90°时，Ud波形均为正值，直流电流Id与Ud成正比，并且电阻为1欧姆，所以直流电流波形和直流电压一样。随着触发角增大，在电压反向后管子即关断，所以晶闸管的正向导通时间减少，对应着输出平均电压逐渐减小，并且当触发角大于60°后Ud波形出现断续。而随着触发角的持续增大，输出电压急剧减小，最后在120°时几乎趋近于0。对于晶闸管来说，在整流工作状态下其所承受的为反向阻断电压。移相范围为0~120。对于阻感性的负载，当触发角小于60°时，整流输出电压波形与纯阻性负载时基本相同，所不同的是，阻感性负载直流侧电流由于有电感的滤波作用而不会发生急剧的变化，输出波形较为平稳。而当触发角大于等于60°小于90°时，由于电感的作用，延长了管子的导通时间，使Ud波形出现负值，而不会出现断续，所以直流侧输出电压会减小，但是由于正面积仍然大于负面积，这时直流平均电压仍为正值。当触发角大于90°时，由于id太小，晶闸管无法再导通，输出几乎为0。工作在整流状态，晶闸管所承受的电压主要为反向阻断电压。移相范围为0~90。电感能够使电流输出平稳；在没有续流二极管的情况下，晶闸管的导通时间得到延长，而当加入续流二极管后，电流通过二极管续流，二极管续流功率损耗较小，这时输出电流相对来说就较不加续流二极管时要小，而输出电压相对来说却要大些。-26-3.5项目五单相交流调压电路的仿真3.5.1电路原理图3.5.2建立仿真模型-27-3.5.3设置模型参数仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0结束时间0.05s脉冲参数-28-电源参数晶闸管参数-29-3.5.4模型仿真当触发角α=30°时，波形图当触发角α=60°时，波形图-30-当触发角α=90°时，波形图当触发角α=120°时，波形图3.5.5仿真波形分析在电源电压正半波（0~π区间），晶闸管Ug1承受正向电压，在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流Id，负载上有输出电压和电流。在ωt=π时刻，U2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为0。在电源电压负半波（π~2π区间），晶闸管Ug2承受正向电压，在wt=a+180度处触发晶闸管Ug2，Ug2导通，而Ug1受反向电压，晶闸管不导通直到电压电源U2的下个周期的正半波，脉冲在ωt=2π+α处又触发Ug1晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流有加在负载上，如此不断反复。-31-3.6项目六单相桥式有源逆变电路的仿真3.6.1电路原理图3.6.2建立仿真模型-32-3.6.3设置模型参数交流电源参数直流电源参数RLC元件参数-33-晶闸管参数脉冲参数-34-3.6.4模型仿真当触发角α=30°时，波形图-35-当触发角α=60°时，波形图-36-当触发角α=90°时，波形图-37-当触发角α=120°时，波形图-38-当触发角α=120°时，波形图-39-3.6.5仿真波形分析从仿真曲线可见，当α=30°、α=60°时，即α＜90°时，变流装置工作在整流状态，负载电压ud的波形正面积大于负面积，平均值为正值；当α=120°、α=150°时，即α＞90°时，负载电压ud的波形负面积大于正面积，平均值为负值；输出电流Id的方向没变，所以负载由α=30°、α=60°，即α＜90°时的消耗功率转变为α=120°、α=150°时，即α＞90°时的回馈功率，这正是从整流到逆变的转换。3.7项目七三相桥式有源逆变电路的仿真3.7.1电路原理图-40-3.7.2建立仿真模型3.7.3设置模型参数电源参数-41--42-负载参数漏感参数-43-反向电压源E参数3.7.4模型仿真当触发角α=100°时，波形图-44-当触发角α=120°时，波形图当触发角α=150°时，波形图3.7.5仿真波形分析有源逆变是将直流电变成和电网同频率的交流电并送回到电网中去。逆变的必备条件：1.变流器的输出Ud能够改变极性，且控制角90α180。2.2.有能够改变极性的直流电源E，且E的绝对值大于Ud的绝对值。-45-3.8项目八直流斩波电路的仿真3.8（降）降压式直流斩波电路3.8（降）.1电路原理图3.8（降）.2建立仿真模型-46-3.8（降）.3设置模型参数仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0.0结束时间2.0电源参数-47-晶闸管参数电感参数电阻参数-48-二极管参数电容参数-49-3.8（降）.4模型仿真触发脉冲占空比α为20%触发脉冲占空比α为40%-50-触发脉冲占空比α为60%触发脉冲占空比α为80%-51-3.8（升）升压式直流斩波电路3.8（升）.1电路原理图3.8（升）.2建立仿真模型3.8（升）.3设置模型参数同3..8（降）.33.8（升）.4模型仿真触发脉冲占空比α为20%-52-触发脉冲占空比α为50%触发脉冲占空比α为70%触发脉冲占空比α为80%-53-3.8.5仿真波形分析1、在降压式直流斩波电路中，电感和电容值设置要稍微大一点。2、注意VT的导通和关断时间，电容的充放电规律和电感的作用。3、输出电压计算公式：U0=αE。4、在升压式直流斩波电路中，电感和电容值设置要稍微大一点。5、注意VT的导通和关断时间，电容的充放电规律和电感的作用。6、输出电压计算公式：U0=（1/β）E。4.课程设计总结应用仿真技术对系统进行分析和研究的一个基础和关键性问题是将电路模型化。系统模型化不仅仅是指根据原理建出模型，只能说原理是仿真的前提和核心，要建立正确的仿真模型还要注意matlab/simulink和仿真对象原理的相似关系。系统模型化是指从建模出发，根据相似原理，建立正确、可靠、有效的仿真模型，它是保证仿真结果具有较高可行度的关键和前提。Matlab/simulink中的模块都有其模块模板对话框，可以使用模块模板对话框编辑器来指定和设置其中的许多参数。模块的模板对话框可改变的特性包括：改变一个参数可以对另一个参数出现或不出现的控制；根据输入改变参数可以引起其他参数控制的激活或停止状态；改变一个参数值可以引起相关参数设置为适当的值。在实际仿真中，参数设置是一个最难解决的问题。因为在最初的仿真过程中，当仿真模型出现错误时，忽视了有些模块的参数设置，错误的从搭建的模块原理出发，只对仿真模块作分析，经过多次的试探和分析才查找出仿真不成功的原因不是原理错误而是参数设置不当。负载参数的设置和触发脉冲参数的设置合理性直接影响仿真波形。-54-5.课程设计体会及建议这是第一次接触功率电子技术实验，在此次实验过程里，我发现实验课比理论课学习起来有趣得多，在对软件的学习实践中，增加了对这门课的浓厚的兴趣，通过积极主动去思考，我发现学习起来，并没有想象中的那么难。一些不懂的问题，不断去尝试调试，并请教同学，可以有很多收获。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是