电力电子--斩波电路--matlab仿真.pdf

信息工程学院自动化一、一、基本斩波电路基本斩波电路（（1））直流升压斩波电路直流升压斩波电路实验电路图实验电路图直流升压变流器用于需要提升直流电压的场合，其原理图如上图所示 在电路中 IGBT 导通时，电流 由 E 经升压电感 L 和 V 形成回路，电感 L 储能；当 IGBT 关断时，电感产生的 反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加， 从而在负载侧得到高于电源的电压， 二极管 的作用是阻断 IGBT 导通是，电容的放电回路调节开关器件 V 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:式中 T 为 V 开关周期, ont 为导通时间，ottt 为关断时间升压斩波电路之所以能使输 出电压高于电源电压，关键有两个原因:一是 L 储能之后具有使电压泵升的作用， 二是电容 C 可将输出电压保持住在以上分析中，认为 V 处于通态期间因电容 C 的作用使得输出电压 Uo 不变，但实际上 C 值不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，U必然会有所下降， 故实际输出电压会略低于理论所得结果，不过，在电容 C 值足够大时，误差很小，基本可以 忽略设计仿真步骤：设计仿真步骤：1.根据直流升压变流器原理图建立变流器的仿真模型如图：信息工程学院自动化2.在模型中设置仿真参数： （1）设置电源 E 电压为 20V，电阻的阻值为 5Ω。

（2）脉冲发生器脉冲周期 T=100e-6,脉冲宽度为 50% （3）IGBT 和二极管的参数可以保持默认值 （4）初选 L 的值为 171uH，电容的值为 13.8µF 打开[Simulation>Configuration Paramenters],选择 ode23tb 算法，同时设置仿真时间 0.2s信息工程学院自动化对于电感、电容的设置，由主电路的的设计者所给数据，电容的值为 C=13.86uF 电感为 L=171uH，如图：信息工程学院自动化3.仿真结果：依据 matlab 的仿真结果，得出如下图：脉宽为 46%的结果：脉宽为 60%的结果：信息工程学院自动化脉宽为 65%的结果：脉宽为 70%的结果：信息工程学院自动化脉宽为 90%的结果：4.实验分析： 本次实验是对直流升压斩波电路进行仿真，试验用到了 matlab 仿真软件；试验中我们 通过多次改变脉冲宽度得到数组不同脉宽下的仿真结果 通过此次课程设计，我对直流电路升压斩波电路和 matlab 有了更深的了解；另外，做 课程设计的时候学会了一些基本原件的参数设置和建模主要这次课程设计用到了 matlab 软件进行系统的模拟仿真，进一步了解 matlab 的电力电子仿真，进一步熟悉 matlab 语言的 应用，大大简化的计算和绘图的步骤。

信息工程学院自动化（（2）降压斩波电路）降压斩波电路实验电路图实验电路图降压斩波电路的原理图以及工作波形如图 1.1 所示该电路使用一个全控型器件 V，图 中为 IGBT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 如图 1.2 中 V 的栅极电压 uGE 波形所示，在 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 按指数上升当 t=t1 时刻，控制 V 关断，负载电流经二极管 VD 续流，负载电压 uo 近似为零负载电流呈指数曲线下降为了使负载电流连续且脉动小， 通常是串联的电感 L 值较大至一个周期 T 结束，在驱动 V 导通，重复上一周期的过程 当工作处于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图 1.2 所示负载电压平均值为：式中，ton 为 V 处于通态的时间；toff 为 V 处于断态的时间；T 为开关周期；为导通 占空比由式 1.1 可知，输出到负载的电压平均值 Uo 最大为 E，减小占空比，Uo 随之 减小因此将该电路称为降压斩波电路。

也称 buck 变换器负载电流平均值为：设计仿真步骤：设计仿真步骤：1.根据直流升压变流器原理图建立变流器的仿真模型如图：信息工程学院自动化图为由 IGBT 组成的 Buck 直流变换器仿真模型，IGBT 按默认参数设置,并取消缓冲电路 即 RS=5Ω；CS=0；电压源参数取 US=200 V，E=80 V；负载参数取 R=10Ω，L=5 mH打开仿 真参数窗口，选择 ode23tb 算法,相对误差设置为 1e -03，开始仿真时间设置为 0，停止仿真 时间设置为 0.01 s，控制脉冲周期设置为 0.001 s(频率为 1 000 Hz)，控制脉冲占空比基本参数信息工程学院自动化信息工程学院自动化占空比为 50%时的图像：占空比为 60%的图像：信息工程学院自动化占空比为 70%的图像：占空比为 90%的图像：信息工程学院自动化4.实验分析： 本次实验是对直流降压斩波电路进行仿真，试验用到了 matlab 仿真软件；试验中我们 通过多次改变占空比得到数组不同占空比下的实验仿真结果 此次实验让我对直流斩波有了更深层次的了解，虽然在用 matlab 软件仿真是遇到了许 多操作上的问题和其他许多的困难， 致使仿真花费了很多时间才达到有效效果。

但是我还是 通过不断的学习解决了这些难题信息工程学院自动化二、二、单相交流调压电路的设计与仿真单相交流调压电路的设计与仿真（1）电路的结构与工作原理(纯电阻负载)电路原理图电路原理图电阻负载单相交流调压电路中，VT1 和 VT2 可以用一个双向晶闸管代替，在交流电源的正半周和负半周， 分别对晶闸管的开通叫进行控制就可以调节输出电压 正负半周触发角时刻起均为过零时刻在稳态情况下应使正负半周的触发角相同可以看出负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流和负载电压的波形相同设计仿真步骤：设计仿真步骤：1.根据直流升压变流器原理图建立变流器的仿真模型如图：单相交流调压电路的 MATLAB 仿真模型信息工程学院自动化2.在模型中设置仿真参数：信息工程学院自动化3.仿真结果：依据 matlab 的仿真结果，得出如下图：信息工程学院自动化触发角α=0°，MATLAB 仿真波形如下：触发角α=60°，MATLAB 仿真波形如下：信息工程学院自动化触发角α=120°，MATLAB 仿真波形如下：小结通过设计可以总结出，ɑ的移相范围为 0≤ɑ≤πɑ=0 时，相当于晶闸管一直导通，输出电 压为最大值，U。

U1随着ɑ的增大，U逐渐减小知道ɑ=π时，U此外，ɑ=0 时， 功率因数=1，随着ɑ的增大，输入电流滞后于电压且发生畸变，也逐渐降低2 2））单相交流调压电路单相交流调压电路( (阻感负载阻感负载) )电路原理图电路原理图信息工程学院自动化电源电压 U2 在正半周时，晶闸管 VT1 承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管 VT1 没有导通，在α时刻来了一个触发脉冲，晶闸管 VT1 导通，晶闸管 VT2 在电源电压是正半周时承受反向电压截止，当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能马上为零， 随着电源电流下降过零进入负半周， 电路中的电感储存的能量释放完毕，电流到零，晶闸管 VT1 关断当电源电压 U2 在负半周时，晶闸管 VT2 承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管 VT2没有导通，在π+α时刻来了一个触发脉冲，晶闸管 VT2 导通，晶闸管 VT1 在电源电压是负半周时承受反向电压截止， 当电源电压反向过零时， 由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能马上为零，随着电源电流下降过零进入负半周，电路中的电感储存的能量释放完毕，电流到零，晶闸管 VT2 关断。

设计仿真步骤：设计仿真步骤：3.根据直流升压变流器原理图建立变流器的仿真模型如图：信息工程学院自动化2.在模型中设置仿真参数：3.信息工程学院自动化3.仿真结果：依据 matlab 的仿真结果，得出如下图：触发角α=0°，MATLAB 仿真波形如下：信息工程学院自动化触发角α=60°，MATLAB 仿真波形如下：信息工程学院自动化触发角α=120°，MATLAB 仿真波形如下：4.实验分析单相交流调压电路用两只反并联的普通晶闸管或一只双向晶闸管与负载电阻 R 电感 L串联组成主电路，因为比电阻性负载多了一个电感，在感应电动势的作用下，输出的电压都延迟了一段。