功率電子課設(shè)

1、?功率電子技術(shù)?課程設(shè)計(jì)報(bào)告 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 部 系： 專 業(yè) 年 級(jí)： 指 導(dǎo) 教 師： 2021年 12 月 10日 目 錄1. 課程設(shè)計(jì)的目的12. 課程設(shè)計(jì)的要求13. 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容13.1 工程一：?jiǎn)蜗喟氩煽卣麟娐?3.1.1 原理圖13.1.2 仿真模型23.1.3 參數(shù)設(shè)置23.1.4 仿真角度設(shè)置43.1.5 仿真分析43.2 工程二：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?3.2.1 電路原理圖53.2.2 仿真模型63.2.3 參數(shù)設(shè)置63.2.4 仿真結(jié)果83.2.5 仿真分析83.3 工程三：三相半波可控整流電路仿真83.3.1 電路原理圖83.3.2 仿真模型圖83.3.3

2、 參數(shù)設(shè)置93.3.4 仿真結(jié)果103.3.5 仿真分析113.4 工程四：?jiǎn)蜗鄻蚴桨肟卣麟娐?13.4.1 電路原理圖113.4.2 仿真模型123.4.3 參數(shù)設(shè)置123.4.4 仿真結(jié)果143.4.5 仿真分析143.5 工程五：?jiǎn)蜗嘟涣髡{(diào)壓電路電路143.5.1 原理圖143.5.2 仿真模型143.5.3 參數(shù)設(shè)置153.5.4 仿真結(jié)果173.5.5 仿真結(jié)果分析174. 課程設(shè)計(jì)總結(jié)175. 參考書(shū)目171. 課程設(shè)計(jì)的目的功率電子技術(shù)課程是一門專業(yè)技術(shù)根底課，電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電力電子技術(shù)課程理論教學(xué)之后的一個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是通過(guò)對(duì)“電力電子技術(shù)教材中主要電子電路進(jìn)

3、行仿真與建模，根本掌握電路的原理及參數(shù)設(shè)定和調(diào)整方法，提高學(xué)生分析問(wèn)題的和解決問(wèn)題的能力；訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的變流電路原理的根底知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行查找資料、選擇方案、設(shè)計(jì)電路、撰寫報(bào)告，進(jìn)一步加深對(duì)變流電路根本理論的理解，提高運(yùn)用根本技能的能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的根底。通過(guò)設(shè)計(jì)，使學(xué)生穩(wěn)固、加深對(duì)變流電路根本理論的理解，提高學(xué)生運(yùn)用電路根本理論分析和處理實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。2. 課程設(shè)計(jì)的要求1熟悉MATLAB的Simulink和SimPowerSystem模塊庫(kù)應(yīng)用。2熟練掌握根本電力電子電路的仿真方法。3掌握電力電子變流裝置觸發(fā)、主電路及驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成及調(diào)

4、試方法，能初步設(shè)計(jì)和應(yīng)用這些電路。4能夠運(yùn)用理論知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果進(jìn)行分析和處理。5能夠綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，解釋現(xiàn)象，編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。3. 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1 工程一：?jiǎn)蜗喟氩煽卣麟娐?.1.1 原理圖單相半波可控整流電流電阻性負(fù)載原理圖，晶閘管作為開(kāi)關(guān)元件，變壓器t器變換電壓和隔離的作用，用u1和u2分別表示一次和二次電壓瞬時(shí)值，二次電壓u2為50hz正弦波波形如下圖，其有效值為u2 3.1.2 仿真模型 根據(jù)原理圖用matalb軟件畫(huà)出正確的仿真電路圖 3.1.3 參數(shù)設(shè)置仿真參數(shù)，算法solverode15s，相對(duì)誤差relativetolerance1e-3，開(kāi)始時(shí)間0結(jié)束時(shí)間0.0

5、5s 脈沖參數(shù)，振幅1V，周期0.02，占空比10%，時(shí)相延遲0.02*30、360s 電源參數(shù)，頻率50hz，電壓220v 晶閘管參數(shù) 3.1.4 仿真結(jié)果設(shè)置觸發(fā)脈沖別為30°與其產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別在波形圖中第一列波形為電源，第二列波為脈沖，第三列波為負(fù)載波形，第四列波為晶閘管波形3.1.5 仿真分析 在電源電壓正半波0區(qū)間，晶閘管承受正向電壓，在t=處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通，形成負(fù)載電流Id，負(fù)載上有輸出電壓和電流。在t=時(shí)刻，U2=0，電源電壓自然過(guò)零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負(fù)載電流為0。在電源電壓負(fù)半波2區(qū)間，晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)載上沒(méi)有輸出電壓

6、，負(fù)載電流為0。直到電壓電源U2的下個(gè)周期的正半波，脈沖在t=2+處又觸發(fā)晶閘管，晶閘管再次被觸發(fā)導(dǎo)通，輸出電壓和電流有加在負(fù)載上，如此不斷反復(fù)。3.2 工程二：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?.2.1 電路原理圖 單相橋式全控整流電路，共用了四個(gè)晶閘管，兩只晶閘管接成共陽(yáng)極，兩只晶閘管接成共陰極，每一只晶閘管是一個(gè)橋臂，橋式整流電路的工作方式特點(diǎn)是整流元件必須成對(duì)以構(gòu)成回路，負(fù)載為電阻性。 工作原理1） 在u2正半波的區(qū)間，晶閘管VT1、VT4承受正向電壓，但無(wú)觸發(fā)脈沖，晶閘管VT2、VT3承受反向電壓。因此在0區(qū)間，4個(gè)晶閘管都不導(dǎo)通。假設(shè)4個(gè)晶閘管的漏電阻相等，那么Ut1.4= Ut2.3=1/2

7、u2。2） 在u2正半波的區(qū)間，在時(shí)刻，觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導(dǎo)通。3） 在u2負(fù)半波的區(qū)間，在區(qū)間，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，因無(wú)觸發(fā)脈沖而處于關(guān)斷狀態(tài)，晶閘管VT1、VT4承受反向電壓也不導(dǎo)通。4） 在u2負(fù)半波的區(qū)間，在時(shí)刻，觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其元件導(dǎo)通，負(fù)載電流沿bVT3RVT2T的二次繞組b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載電阻上，負(fù)載上有輸出電壓ud=-u2和電流，且波形相位相同。表1-1 各區(qū)間晶閘管的導(dǎo)通、負(fù)載電壓和晶閘管端電壓情況t0晶閘管導(dǎo)通情況VT1.4、VT2.3都截止VT1.4導(dǎo)通、VT2.3截止VT1.4、VT2.3都截止VT1.4截止、

8、VT2.3導(dǎo)通ud0u20-u2id0u2/R0-u2/Ri20u2/R0+u2/Rutut1.4=ut2.3= (½)u2ut1.4=0、ut2.3=u2ut1.4=ut2.3= (½)u2ut1.4=u2、ut2.3=03.2.2 仿真模型 3.2.3 參數(shù)設(shè)置仿真參數(shù)，算法solverode45s，相對(duì)誤差relativetolerance1e-3，開(kāi)始時(shí)間0結(jié)束時(shí)間3s 電源參數(shù)，頻率50hz，電壓220v脈沖設(shè)置 3.2.4 仿真結(jié)果3.2.5 仿真分析盡管整流電路的輸入電壓U2是交變的，但負(fù)載上正負(fù)兩個(gè)半波內(nèi)均有相同的電流流過(guò)，輸出電壓一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)兩次，由于橋

9、式整流電路在正、負(fù)半周均能工作，變壓器二次繞組正在正、負(fù)半周內(nèi)均有大小相等、方向相反的電流流過(guò)，消除了變壓器的電流磁化，提高了變壓器的有效利用率3.3 工程三：三相半波可控整流電路仿真3.3.1 電路原理圖 變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形，為/Y接法。三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起為共陰極接法 3.3.2 仿真模型圖根據(jù)原理圖仿真電路圖3.3.3 參數(shù)設(shè)置仿真參數(shù)，算法solverode15s，相對(duì)誤差relativetolerance1e-3，開(kāi)始時(shí)間0結(jié)束時(shí)間0.05s脈沖參數(shù)，振幅1V，周期0.02，占空比10%，時(shí)相延遲為+30*0.01/18

10、0電源參數(shù)，頻率50hz，電壓100v3.3.4 仿真結(jié)果設(shè)置觸發(fā)脈沖分別為30°與其產(chǎn)生的相應(yīng)波形，在波形圖中第一列波為脈沖波形，第二列波為流過(guò)晶閘管電流波形，第三列波為晶閘管電壓波形，第四列波為負(fù)載電流波形和負(fù)載電壓波形3.3.5 仿真分析a =0°時(shí)的工作原理分析：晶閘管的電壓波形，由3段組成： 第1段，VT1導(dǎo)通期間，為一管壓降，可近似為uT1=0 第2段，在VT1關(guān)斷后，VT2導(dǎo)通期間，uT1=ua-ub=uab，為一段線電壓。 第3段，在VT3導(dǎo)通期間，uT1=ua-uc=uac ，為另一段線電壓。a = 30°時(shí)的波形負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界

11、狀態(tài)，各相仍導(dǎo)電120° 。a > 30°的情況，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120°3.4 工程四：?jiǎn)蜗鄻蚴桨肟卣麟娐?.4.1 電路原理圖 工作原理：假定負(fù)載中電感足夠大，負(fù)載電流iD連續(xù)并近似為一條直線，在u的正半周t=的時(shí)刻觸發(fā)晶閘管VT1，那么VT1、VD2導(dǎo)通，電流從電源正斷經(jīng)VT1、負(fù)載、VD2回到負(fù)端，負(fù)載兩端整流電壓uD=u2。當(dāng)u2在t=進(jìn)入負(fù)半周，而下一個(gè)觸發(fā)脈沖尚未到來(lái)時(shí)，電感上的電流iD經(jīng)續(xù)流二極管VD3續(xù)流，負(fù)載兩端整流電壓u=0。當(dāng)t=+時(shí)，觸發(fā)VT2使其導(dǎo)通，續(xù)流二級(jí)管VD3因受到反壓關(guān)斷，負(fù)載電流從電源負(fù)端經(jīng)過(guò)VT2、負(fù)

12、載、VD1回到正端，負(fù)載兩端得到整流電壓uD=-u2。 當(dāng)u在t>2進(jìn)入正半周而下一個(gè)觸發(fā)脈沖尚未到來(lái)時(shí)，電感上的電流iD又經(jīng)續(xù)流二極管VD3續(xù)流，如此循環(huán)工作3.4.2 仿真模型 3.4.3 參數(shù)設(shè)置 晶閘管設(shè)置電源設(shè)置脈沖設(shè)置3.4.4 仿真結(jié)果3.4.5 仿真分析 1、電感在電路中具有續(xù)流作用; 2、晶閘管在觸發(fā)時(shí)換流，二極管那么在電源過(guò)零時(shí)刻換流； 3、盡管電路具有續(xù)流作用，但還應(yīng)該加續(xù)流二極管 4、從觸發(fā)角變化可以看出，觸發(fā)角越大，負(fù)載上的平均電壓越小。3.5 工程五：?jiǎn)蜗嘟涣髡{(diào)壓電路電路3.5.1 原理圖 3.5.2 仿真模型 3.5.3 參數(shù)設(shè)置 晶閘管設(shè)置電源設(shè)置脈沖設(shè)置3.5.4 仿真結(jié)果 3.5.5 仿真結(jié)果分析隨著a的增大，U0逐漸減小，直到a=180時(shí)，U0=00負(fù)載電壓波形是電源電壓的一局部，通過(guò)觸發(fā)延遲角為a的變化就可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的控制。4. 課程設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過(guò)這次親手用matlab來(lái)仿真功率電子的電路原理，又從新復(fù)習(xí)了一遍相關(guān)的一些理論知識(shí)。感覺(jué)以前學(xué)根底不是很扎實(shí)，不過(guò)現(xiàn)在通過(guò)這次親手用DSP軟件工具畫(huà)電路原理圖，利用matlab來(lái)仿真。然后和書(shū)本上的理論圖進(jìn)行比照，發(fā)現(xiàn)實(shí)際仿真的時(shí)候會(huì)有些誤差，波形沒(méi)有理論的那么圓滑和精確。在實(shí)驗(yàn)中也遇到了不少的困難，首先是測(cè)電流和電壓的元器件用起來(lái)不是很清楚剛開(kāi)始，不過(guò)經(jīng)過(guò)同學(xué)的