电力电子仿真

电力电子仿真实验报告指导老师：戴卫力专业学号：自动化1262510103学生姓名：潘雯完成时间：2014/05/09实验1三相桥式可控整流电路工作原理仿真（仿真计算机房,新大楼204）一、实验目的加深对三相桥式可控整流电路工作原理的理解，学会使用仿真软件MATLAB中的SIMULINK模块，搭建三相桥式可控整流电路模型，以及如何构建三相桥式驱动电路——6脉冲驱动发生器，并利用仿真模型，分析三相桥式整流电路在不同触发延迟角、不同性质负载下的电流、输出电压波形，学会用Fourier分析模块分析相电流的谐波情况。二、实验系统组成及工作原理触发器6路触发脉冲负载整流变压器同步变压器三相桥式全控整流原理电路三、实验所需软、硬件设备及仪器（1）计算机（装有windowsXP以上操作系统）；（2）MATLAB6.1版本以上软件；四、实验内容三相桥式全控整流电路，电源相电压为220V，整流变压器输出电压为100V（相电压），观察整流器在不同负载，不同触发延迟角时，整流电路输出电压、电流波形，测量整流输出电压平均值，并观察整流器交流侧电流波形和分析其主要次谐波。（1）电阻负载（5LR，30°）（2）感性负载（5LR，H01.0L，60°）（3）容性负载（2LR，μF500C，0°）五、课后思考与总结（1）撰写仿真实验报告；（2）思考不同负载下的三相整流桥的工作原理区别及外特性的特点。六、实验分析与总结（1）仿真及仿真波形①阻性负载（RL=5Ω，α=30°）三相线电压波形图：a相线电流波形图：输出电流波形图：输出电压波形图：输出电压平均值波形图：②感性负载（RL=5Ω，L=0.01H，α=60°）三相电源电压波形图：a相线电流波形图：输出电流波形图：输出电压波形图：输出电压平均值波形图：③容性负载（RL=2Ω，C=500μF，α=0°）三相电源电压波形图：a相线电流波形图：输出电流波形图：输出电压波形图：输出电压平均值波形图：（2）谐波分析三相桥式全控整流电路，一个周期脉动六次，则其谐波为6k±1次谐波。（2）思考不同负载下的三相整流桥的工作原理区别及外特性的特点。答：①阻性负载下，Ud=2.34U2cosα，输出电压与α有关，移相范围为0°~120°，本实验中α=30°。在自然换相点到来时，晶闸管会自然关断。当α60°时，输出电压连续；当α60°，输出电压断续。这样去带负载，可能会出现电流断续，其外特性较软。②阻感负载下，Ud=2.34U2cosα，移相范围为0°~90°，本实验中α=60°。由于有电感，晶闸管不能自然关断，只能在下个触发脉冲到来时被强迫关断。若电感足够大，那么电流会一直保持一个恒定值。这样去带负载时不会出现电流断续，则外特性较硬。③阻容负载下，本实验中α=0°。由于对电容充到电压峰值后，就不会再吸取能量，所以之后电压几乎为直线，而电流为零，这多用于储能元件的负载。实验2直-直变流器工作原理仿真一、实验目的理解降压（BUCK）变流器的连续工作模式和断续工作模式的工作原理。学会使用仿真软件MATLAB中的SIMULINK模块，构建BUCK变换器仿真模型，并分析和观察负载连续和断续以及不同占空比下，变换器各部分电压和电流波形，并通过Fourier分析直流输出电压的直流分量和谐波。二、实验系统组成及工作原理开关器件VTLVD负载E直流降压变流器使负载侧电压低于电源电压，其原理图如上图所示。在开关器件VT导通时有电流经电感L向负载供电；当VT关断时，电感L释放储能，维持负载电流，电流经过负载和二极管VD形成回路。调节开关器件VT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DEETtUonR三、实验所需软、硬件设备及仪器（1）计算机（装有windowsXP以上操作系统）；（2）MATLAB6.1版本以上软件；四、实验内容设直流降压变流器电源电压V200E，输出电压V100oU，电阻负载为5。观察IGBT和二极管的电流波形，并设计电感和输出滤波电容值。五、步骤及方法仿真步骤如下：（1）在模型中设置参数，设置电源E电压为200V，电阻的阻值为5，脉冲发生器脉冲周期msT2.0，脉冲宽度为50%，IGBT和二极管的参数可以保持默认值。（2）设置仿真时间为0.002s，算法采用ode15s。启动仿真。（3）仿真结果。六、课后思考与总结（1）撰写仿真实验报告；（2）思考buck变换器连续和断续工作模式下与电感取值的关系；（3）思考下buck变换器的输出和输入电压关系inoDUU在断续模式下还成立吗？七、实验分析与总结（1）仿真模型图如下：（2）仿真波形如下：试取电感为0.001H，电容为0.0001F，则有IGBT的电流波形：续流二极管的电流波形：（3）电感、电容设计下面是电感、电容的求解。设计一个输入电压为200V，输出电压为100V，输出电流为20A，工作频率5KHz，工作在CCM下。①电感计算电感在一个周期内存在伏秒平衡，则在IGBT关断时，有𝑈0+L∗d∆𝑖𝐿𝑑𝑡=0𝑈0=L∆𝑖𝐿(1−D)𝑇𝑆则有L=𝑈0(1−D)𝑇𝑆∆𝑖𝐿取U0=100V，占空比为50%，ΔiL=2I0=40A，TS=0.0002s，代入上式，则解得临界电感L=0.00025H。下面测试一下，先取临界电感L=0.00025H，电容取C=0.0001F，则电流iL的波形为：由上图可知，L=0.00025H时，电流临界连续。再取L=0.0001H，则电流iL的波形为：由上图可知，L=0.0001H时，电流断续。再取L=0.0004H，则电流iL的波形为：由上图可知，L=0.0004H时，电流连续。综上，为了使电流能工作在连续模式，选取电感时需要L0.00025H②电容计算由𝐶=𝑈0(1−D𝑚𝑖𝑛)8𝐿𝑓2∆𝑈0取U0=100V，占空比为50%，电压纹波取ΔU0=2V，工作频率为f=5000Hz，取电感L=0.00025H，代入上式，则解得C=0.0005F，此时负载电压波形为：其他值不变，取电感L=0.001H，电压纹波取ΔU0=5V，代入上式，则解得C=0.00005F=50uF，此时负载电压波形为：综上，只要先考虑好电压纹波和电感的取值，就可以计算出滤波电容的大小。（4）思考buck变换器连续和断续工作模式下与电感取值的关系；答：buck变换器连续和断续工作模式与电感取值大小有关。当电感L取值较大时，电感储存的能量较多可以维持到下一个触发脉冲到来，则电流连续，输出脉动不会太大；当电感值过小时，在导通期间储存的能量较小，在IGBT关断后，不足以维持到下一个触发脉冲到来，负载电流衰减到0，出现了电流断续。所以，当电感值小于临界电感时为断续模式，反之为连续模式。由电感伏秒平衡可得公式：𝑈0=L2𝐼0(1−D)𝑇𝑆临界电感的值，可由上式求得。（5）思考下buck变换器的输出和输入电压关系inoDUU在断续模式下还成立吗？答：buck变换器在断续模式下，设上升时间（即IGBT一个周期内导通时间）为D1，下降时间（即IGBT一个周期内关断时间）为D2，零时间（断续时间，下一个触发脉冲还没来）为D2，且D1+D2+D2=1，此时在一个周期内，由电感伏秒平衡得：(𝑉𝑖𝑛−𝑉0)𝐷1𝑇𝑆=𝑉0𝐷2𝑇𝑆𝑉0=𝐷1𝐷1+𝐷2𝑉𝑖𝑛≠𝐷1𝑉𝑖𝑛由此可见inoDUU在断续模式下不成立。