1、河北科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)課程名稱(chēng)：電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：斬波電路的 Matlab 仿真研究 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電氣工程與其自動(dòng)化 XXX班學(xué)生姓名：XXX (XXXXXXXX )指導(dǎo)老師：電力電子課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)小組XXXX年XX月XX日說(shuō)明1. 課程設(shè)計(jì)結(jié)束之前，每個(gè)學(xué)生都必須認(rèn)真撰寫(xiě) 課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū) 課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)要求內(nèi)容完整，條理清晰，書(shū)面清潔，字跡工整。2. 說(shuō)明書(shū)一般包括設(shè)計(jì)任務(wù)分析、設(shè)計(jì)方案的確定、具體設(shè)計(jì)過(guò)程的描述、結(jié)論等幾方面，或按照課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)與指導(dǎo)教師的具體要求進(jìn)行撰 寫(xiě)。3 .課程設(shè)計(jì)圖紙要求布局美觀，圖面整潔，圖表清楚，尺寸標(biāo)識(shí)準(zhǔn)確， 線型與標(biāo)注符合國(guó)家或行

2、業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。4 .學(xué)生應(yīng)獨(dú)立完成各自設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的寫(xiě)作，即使同組學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)過(guò)討論得到的共同設(shè)計(jì)結(jié)果也應(yīng)獨(dú)立表述。5 .課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)按照封面、成績(jī)?cè)u(píng)定表、目錄、正文的次序裝訂成冊(cè)。6 .課程設(shè)計(jì)應(yīng)按設(shè)計(jì)期間的工作態(tài)度和課程設(shè)計(jì)任務(wù)的完成情況，設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)的水平、相關(guān)知識(shí)能力的掌握情況等項(xiàng)目分別評(píng)定成績(jī)。7 各項(xiàng)目?jī)?nèi)容與所占比例由課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師自行確定，并以百分制形 式填入“學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定表”。總成績(jī)采用五級(jí)分制。8 .本頁(yè)采用“設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)”專(zhuān)用紙打印。9 .課程設(shè)計(jì)結(jié)束后將計(jì)算說(shuō)明書(shū)交學(xué)院教學(xué)辦公室保存。學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定表序號(hào)項(xiàng)目名稱(chēng)指導(dǎo)教師成績(jī)所占比例總成績(jī)1工作態(tài)度30%2設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

3、30%簽字：3仿真演示40%目錄一、設(shè)計(jì)的目的二、設(shè)計(jì)的任務(wù)三、仿真研究的內(nèi)容與步驟降壓斬波電路的仿真研究。升壓斬波電路的仿真研究。升降壓斬波電路的仿真研究（電路結(jié)構(gòu)；工作原理；基本數(shù)量關(guān)系；搭建仿真模型；取不同 控制角時(shí)的波形圖；結(jié)論）四、總結(jié)五、參考文獻(xiàn)一、 課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目的與要求本課程設(shè)計(jì)是電氣工程與其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一。本 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是利用所學(xué)電力電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，以 MATLAB/SIMULINK 仿真軟件為基礎(chǔ)，完成對(duì)所學(xué)電力電子器件、整流 電路、斬波電路、交流調(diào)壓電路以與逆變電路的建模與仿真。其目的是培 養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，分析、解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力；鞏

4、固學(xué)生所 學(xué)知識(shí)的同時(shí)，提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，這對(duì)于工科學(xué)生貫徹工程思想起到 十分重要的作用。要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過(guò)分析任務(wù)書(shū)、查閱收集資料，充分發(fā)揮主 動(dòng)性與創(chuàng)造性，在老師的指導(dǎo)下聯(lián)系實(shí)際、掌握正確的方法，理清思路， 獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，其格式和字?jǐn)?shù)應(yīng)符合規(guī)定。根據(jù)要 求能夠熟練搭建仿真模型，并能進(jìn)行調(diào)試與對(duì)電路輸出波形的分析；課程 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要求整潔、完備、內(nèi)容正確、概念清楚、文字通暢，符合規(guī)范。 二、 設(shè)計(jì)的任務(wù)（1）降壓斬波電路的仿真研究。（2）升壓斬波電路的仿真研究。（3）升降壓斬波電路的仿真研究。三、 仿真研究的內(nèi)容與步驟1 降壓斬波電路的仿真研究1.1 電路原理圖降

5、壓斬波電路的原理圖與工作波形如圖所示，該電路使用一個(gè)全控型器件V,圖中為IGBT，也可以使用其它器件，續(xù)流二極管VD在IGBT關(guān)斷期間為電感儲(chǔ)存的能量提供釋放通道。該電路的仿真過(guò)程可以分為建立仿 真模型、設(shè)置模型參數(shù) 和觀察仿真結(jié)果。Z&VDUo+emii2 -10EI 20 T fTT20t21EOUoIGton 十L 11O T ；F11. 1 1k|1J1a）電路圖oO uotb）電流連續(xù)時(shí)的波形toffTl I:KI' E Mc）電流斷續(xù)時(shí)的波形工作原理：t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E， 負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。t=t1時(shí)控制V關(guān)斷，二極管

6、VD續(xù)流，負(fù) 載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。到一個(gè)周期T結(jié)束，再驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過(guò)程。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等，如圖b）所示。負(fù)載電壓的平均值為:tontonton eTton為V處于導(dǎo)通的時(shí)間；toff為V處于關(guān)斷的時(shí)間；a為導(dǎo)通占空負(fù)載電流平均值為:1.2建立仿真模型1 ）建立一個(gè)仿真模型的新文件。在MATLAB的菜單欄上點(diǎn)擊File，選擇New，再在彈出菜單中選擇 Model，這時(shí)出現(xiàn)一個(gè)空白的仿真平臺(tái)，如圖所示。在這個(gè)平臺(tái)上可以繪制電路的仿真模型。2）提取電路元器件模塊。在仿真模型窗口

7、的菜單上點(diǎn)擊 厳圖標(biāo)調(diào)出模 型庫(kù)瀏覽器，在模型庫(kù)中提取所需的模塊放到仿真窗口。組成直流降壓斬 波電路的元器件有直流電源、IGBT、電阻、電容、二極管。3 ）將電路元器件模塊按直流降壓斬波的原理圖連接起來(lái)組成仿真電路。如圖所示參數(shù)設(shè)置如下:a. IGBT參數(shù)設(shè)置Ron=0.001 ， Lon=0 ， Vf=1 ， Rs=1e5。b. RLC元件參數(shù)設(shè)置R=1歐姆，電感L=0.1H。c. 脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置振幅為1V，周期=0.02s ，初相位為0。d. 直流電源電壓參數(shù)設(shè)置電源電壓幅值為100V，初相位為0度。e. 仿真參數(shù)設(shè)置幵始仿真時(shí)間：0.0，停止仿真時(shí)間：1.0。f .示波器波形依次是電

8、源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號(hào)，流過(guò)負(fù)載電流。1.3仿真波形結(jié)果與分析圖 1 1、圖 1 2、圖 1 3 分別是 a= 20%、a=50%、a=80% 時(shí)仿真波形圖1 1a = 20%時(shí)電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號(hào)和流過(guò)負(fù)載電流波形當(dāng)占空比口 = 20%時(shí)，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為 20V當(dāng)給負(fù)載加一個(gè)40V反電動(dòng)勢(shì)時(shí)，將電感值改為0.001H ,其它參數(shù)不變,2 .升壓斬波電路的仿真研究2.1電路原理圖升壓斬波電路的原理圖與工作波形如圖所示。該電路中也是使用一個(gè)IGBT器件工作原理：假設(shè)L和C值很大。V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電,電流恒定11，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓Uo

9、恒定。V處于斷態(tài)時(shí),電源E和電感L同時(shí)向電容C充電，并向負(fù)載提供能量負(fù)載電壓的平均值為:Uot ontoff eTEtoff2.2建立仿真模型IGBT升壓斬波電路模型主要由直流電源、IGBT、電阻、電感、電容、二極管以與示波器等部分組成。將電路元器件模塊按直流升壓斬波的原理 圖連接起來(lái)組成仿真電路。如圖所示。參數(shù)設(shè)置如下:a. IGBT參數(shù)設(shè)置Ron=0.001 ， Lon=0，Vf=1 ， Rs=1e5。b. RLC元件參數(shù)設(shè)置R=100 歐姆，電感 L=0.01H ，電容 C=0.0022F 。C.脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置振幅為1V，周期=0.001s ，初相位為0。d. 直流電源電壓參數(shù)設(shè)置電

10、源電壓幅值為100V，初相位為0度。e. 仿真參數(shù)設(shè)置開(kāi)始仿真時(shí)間： 0.0 ，停止仿真時(shí)間： 2.0。f .示波器波形依次是電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號(hào)，流過(guò)負(fù)載電流。2.3 仿真波形結(jié)果與分析圖 2 1、圖 2-2、圖 2 3 分別是 a= 20%、a=50%、a=80% 時(shí)仿真波形。圖2- 1a = 20%時(shí)電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號(hào)和流過(guò)負(fù)載電流波形當(dāng)占空比口 = 20%時(shí)，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為125V圖2-2 a = 50%時(shí)電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號(hào)和流過(guò)負(fù)載電流波形當(dāng)占空比口 = 50%時(shí)，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為 200V圖2-3 a = 8

11、0%時(shí)電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號(hào)和流過(guò)負(fù)載電流波形當(dāng)占空比口 = 80%時(shí)，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為 500V3 升降壓斬波電路的仿真研究3.1電路原理圖升降壓斬波電路的原理圖與工作波形如圖所示。設(shè)電路中電感L值很恒值大,電容C的值也很大。使電感電流IL和電容電壓即負(fù)載電壓IlUo基本為工作原理：V通時(shí)，電源E經(jīng)V）向L供電使其貯能，此時(shí)電流為i1。同時(shí)，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載 R供電。V斷時(shí)，L的能量向負(fù)載釋放，電流為i2。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱(chēng)作反極性斬波電路輸出電壓為:負(fù)載電流為:Uotontofft onT ton3.2建立仿真模型組成

12、直流降壓斬波電路的元器件有直流電源、IGBT、電阻、電容、電感、二極管。E3Ciirrirl- HwLrnif nl"IdTJ1R< SrtDIO04參數(shù)設(shè)置如下：a. IGBT參數(shù)設(shè)置Ron=0.001 ， Lon=0 ， Vf=1 ， Rs=1e5。b. RLC元件參數(shù)設(shè)置R=10 歐姆，電感 L=1H ，電容 C=0.047F 。c. 脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置振幅為1V，周期=0.01s ，初相位為0。d. 直流電源電壓參數(shù)設(shè)置電源電壓幅值為100V，初相位為0度。e. 仿真參數(shù)設(shè)置幵始仿真時(shí)間：0.0，停止仿真時(shí)間：10.0。f .示波器波形依次是脈沖信號(hào)，電源電壓，電源電流

13、，流過(guò)負(fù)載電流 和負(fù)載兩端電壓，。3.3仿真波形結(jié)果與分析圖 3 1、圖 3-2、圖 3 3 分別是 a= 20%、a=50%、a=80% 時(shí)仿 真波形MiiiiiHiiHiiinniiniin圖3 1 a = 20%時(shí)電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號(hào)和流過(guò)負(fù)載電流波形當(dāng)占空比口 = 20%時(shí)，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為 23.95V圖3-2 « = 50%時(shí)電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號(hào)和流過(guò)負(fù)載電流波形當(dāng)占空比口 = 50%時(shí)，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為 98.25VIIIIMWIIIIIIIIIIIIIllllllBIIBIIIIIIBiailllllllll圖3-3 « = 80%時(shí)電源電壓，負(fù)載兩端電壓，脈沖信號(hào)和流過(guò)負(fù)載電流波形當(dāng)占空比口 = 80%時(shí)，電源電壓100V，負(fù)載兩端電壓為 395V四、總結(jié)在這次課程設(shè)計(jì)中，我真正的做到了自己查閱資料，進(jìn)行必要的分析, 獨(dú)立設(shè)計(jì)仿真電路，并調(diào)試參數(shù)。經(jīng)過(guò)這次電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)對(duì)直流 斬波電路的仿真，使我加深了對(duì)直流斬波電路的理解。雖然只是一個(gè)簡(jiǎn)單 的課程設(shè)計(jì)，但是這培養(yǎng)了我獨(dú)立學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考的能力