电力电子直流斩波电路建模仿真

级：班级：电力工程与管理姓名：1直流斩波电路建模仿真一、实验内容对直流—直流变流电路中的降压斩波电路和升压斩波电路的原理进行分析，基于matlab中simulink进行电路图搭建，并在对电路元器件进行参数设置之后启动仿真，把得到的仿真波形与理论分析的波形进行比对，调整占空比，最终得到符合斩波电路规律的仿真波形。二、实验原理（一）降压式直流斩波电路工作原理该电路使用全控型器件V,若为晶闸管，须设置使晶闸管关断的辅助电路,为在V关断时给负载中的电感电流提供通道,设置了续流二极管VD,斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载,两种情况下负载中均会出现反电动势,如图中EM所示,若负载中无反电动势时,只需另其为0,以下的分析及表达式均可适用。（1）t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压U0=E，负载电流i0按指数曲线上升。（2）t=t1时控制V关断，二极管VD续流,负载电压U0近似为零，负载电流呈指数曲线下降。通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。图2-1降压斩波电路原理图图2-2电流连续时工作波形级：班级：电力工程与管理姓名：2图2-3电流断续时的工作波形电流连续时负载侧输出电压平均值和电流平均值分别为：上式中ton为开通时间，toff为关断时间，T为开关周期，α为导通占空比。U0最大为E，减小占空比，U0将减小，因此称为降压斩波电路。（二）升压式直流斩波电路工作原理图2-4升压式直流斩波电路原理图该电路也是使用一个全控型器件，以下来分析电路的工作原理：首先假设电路中的电感L值很大，电容C值也很大，V处于通态时，电源E向电感L充电，电流I1恒定，电容C向负载R供电，输出电压U0恒定。V处于断态时，电源E和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。其工作的原理波形图如下所示设V通态的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为tonEi1设V断态的时间为toff，则此期间电感L释放能量为（u0-E)i1toff，稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等，即：（式1）（式2）级：班级：电力工程与管理姓名：3（式3）化简得：其中所以输出电压为：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U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，输出电压必然会有所下降，故实际输出电压会略低，不过在电容C足够大时，误差很小，基本可以忽略。三、实验步骤（一）在matlab环境下选择主电路元器件（二）根据直流斩波电路在matlab环境下连接电路图如下图所示：图3-1降压斩波电路搭建电路图（式5）（式4）（式6）级：班级：电力工程与管理姓名：4图3-2升压斩波电路搭建电路图（三）参数设置3.1降压斩波电路参数设置（1）电源参数及Em设置:电源幅值为200V,Em为80V（2）IGBT参数设置如下：ResistanceRon(Ohms):0.1InductanceLon(H):0ForwardvoltageVf(V):1Current10%falltimeTf(s):1e-6CurrenttailtimeTt(s):2e-6InitialcurrentIc(A):0SnubberresistanceRs(Ohms):1e5SnubbercapacitanceCs(F):inf（3）二极管参数设置如下：ResistanceRon(Ohms):0.001InductanceLon(H):0ForwardvoltageVf(V):0.8InitialcurrentIc(A):0SnubberresistanceRs(Ohms)：500SnubbercapacitanceCs(F)：250e-9（4）R和L的值分别设置为10Ohms、0.002h（5）脉冲的设置：如下图所示（截图）级：班级：电力工程与管理姓名：5图3-3脉冲参数3.2升压斩波电路仿真参数设置IGBT和二极管参数保持和降压斩波电路相同，脉冲发生器脉冲周期为0.2ms，脉冲宽度为50%，直流电源E设为100V，初选L的值为1mH，C的值为100μF。取仿真时间0.005s.（四）波形调试当每个元器件的参数均设置完成之后，继而启动仿真进行波形调试，并与理想波形进行比较，如果不符则继续修改参数，直到最后得出最接近于理想波形的仿真波形。四、仿真结果（一）降压斩波电路—仿真波形级：班级：电力工程与管理姓名：6图4-1占空比α=20%（截图）图4-2占空比α=30%（截图）级：班级：电力工程与管理姓名：7图4-3占空比α=45%（截图）图4-4占空比α=60%（截图）级：班级：电力工程与管理姓名：8图4-5占空比α=90%（截图）图4-6占空比α=99%（截图）级：班级：电力工程与管理姓名：9(二)升压斩波电路——仿真波形图4-7占空比α=20%（截图）图4-8占空比α=30%（截图）级：班级：电力工程与管理姓名：10图4-9占空比α=50%（截图）图4-10占空比α=60%（截图）级：班级：电力工程与管理姓名：11图4-11占空比α=80%（截图）图4-12占空比α=90%（截图）1.结果分析从计算公式及仿真图分析得出：1)占空比α越大负载输出电压越大，调节时间越长；2)电容C值越大峰值时间越大，第一个峰值越大；3)电感L值越大峰值时间越大，调节时间越大。4)从仿真结果图中可以看输出电压在200V左右，满足关系式级：班级：电力工程与管理姓名：12如果进一步减少输出电压波动，可以提高脉冲发生器产生脉冲的周期，并选择多组LC参数比较以得到更满意的结果。五．总结直流-直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流电变流电路和间接直流电变流电路。直接直流电变流电路也称斩波电路，它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。直流斩波电路的种类有很多，包括六种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路,Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，利用不同的斩波电路的组合可以构成符合斩波电路，如电流可逆斩波电路，桥式可逆斩波电路等。利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。