电力电子技术实验报告

实验一DC-DC变换电路的性能研究一、实验目的熟悉Matlab的仿真实验环境，熟悉Buck电路、Boost电路、Cuk电路及单端反激变换（Flyback）电路的工作原理，掌握这几种种基本DC-DC变换电路的工作状态及波形情况，初步了解闭环控制技术在电力电子变换电路中的应用。二、实验内容1．Buck变换电路的建模，波形观察及相关电压测试2．Boost变换电路的建模，波形观察及相关电压测试；3．Cuk电路的建模，波形观察及电压测试；4．单端反激变换（Flyback）电路的建模，波形观察及电压测试，简单闭环控制原理研究。（一）Buck变换电路实验（1）电感电容的计算过程：VV500，电流连续时，D=0.4；临界负载电流为I=2050=2.5A；保证电感电流连续：)1(20DIfVLs=5.210002024.0-150）（=0.375mH纹波电压0.2%=ssfLCfDV8-10）（，在由电感值0.375mH，算出C=31.25uF。（2）仿真模型如下：在20KHz工作频率下的波形如下：示波器显示的六个波形依次为：MOSFET的门极电压、流过电阻两端的电流、电感电流、输出电压、MOSFET电流及续流二极管电流的波形。在50KHz工作频率下的波形如下：示波器显示的六个波形一次为：MOSFET的门极电压、流过电阻两端的电流、电感电流、输出电压、MOSFET电流及续流二极管电流的波形；建立仿真模型如下：（3）输出电压的平均值显示在仿真图上，分别为49.85,49.33；（4）提高开关频率，临界负载电流变小，电感电流更容易连续，输出电压的脉动减小，使得输出波形应更稳定。（二）Boost变换电路实验（1）电感电容的计算过程：升压比M=SVV0=D11,0V=15V,SV=6V,解得D=60%；纹波电压0.2%=scffD，cfRC1,sf=40KHz,求得L=12uH,C=750uf。建立仿真模型如下：（2）输入电压6V时，MOSFET的门极电压、电感电压、电感电流、输出电压、续流二极管电流、MOSFET的电流波形如下：（3）测量输出电压的平均值并显示，示值为14.71；（4）减小电感值到4uH,使电感电流不连续，其余条件不变，建立仿真模型如下:输入电压6V时，MOSFET的门极电压、电感电压、电感电流、输出电压、续流二极管电流、MOSFET的电流波形如下：(4)电感小于临界值时，电感电流断流，输出电压波形的幅度变大，但是输出电压的纹波大小不变，波形的变化趋势不变。（三）Cuk变换电路（1）建立仿真模型如下：（2）记录的MOSFET的门极电压、电源电流、电感电流波形如下：续流二极管电流、MOSFET的电流波形如下：电容电压UC1的输出电压波形如下：输出电压波形如下：（3）在5~30V输出电压的平均值，改变占空比D的值，测量对应输出电压的平均值如下：D=20%，V0=4.185V；D=25%，V0=5.838V；D=30%，V0=7.721V；D=35%，V0=9.883V；D=40%，V0=12.39V；D=45%，V0=15.33V；D=50%，V0=18.81V；D=55%，V0=23V；D=60%，V0=28.12V。占空比D与输出电压平均值的关系曲线如下：（四）flyback变换电路实验（1）建立仿真模型如下：（2）记录输出的电压波形如下：变压器原边绕组电流、变压器副边绕组电流波形：（3）输出电压的平均值依次为：4.672,15.59，-15.59。（4）分析PID控制的作用:提高系统的快速性，消除系统的静态误差，但使系统的动态性能变差。实验二DC-AC的变换性能研究（一）单相逆变电路实验(a)方波逆变方式(1)建立仿真模型由于要求输出电压频率为50Hz,所以周期为0.02s,方波脉冲设置参数为：(2)电阻负载R=30Ω时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-300-200-1000100200300时间电压负载电压Ub:SeriesRLCBranch00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-10-50510时间电流负载电流Ib:SeriesRLCBranch②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：(3)RL负载R=20Ω，L=60mH时基波电流ia=4VD/π*错误!未找到引用源。sin(wt-φ1)计算得电流初始值为-9.5A①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-300-200-1000100200300Ub:SeriesRLCBranch00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-15-10-5051015Ib:SeriesRLCBranch②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：(4)电感负载L=100mH时由于电感电流滞后电压90°，根据课本94页计算公式Iam=VD/4fL,可计算得电感电流初始电流为-15A，故设置如下：①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-300-200-1000100200300负载电压Ub:SeriesRLCBranch00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-15-10-5051015负载电流Ib:SeriesRLCBranch②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：(5)R=30Ω时输出电流的FFT分析(b)SPWM方式(1)建立仿真模型(2)电阻负载R=30Ω时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：00.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.02-300-200-1000100200300Ub:SeriesRLCBranch00.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.02-10-50510Ib:SeriesRLCBranch②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：(3)RL负载R=20Ω，L=60mH时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05-300-200-1000100200300Ub:SeriesRLCBranch00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05-1.5-1-0.500.511.5Ib:SeriesRLCBranch②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：(4)电感负载L=100mH时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05-300-200-1000100200300Ub:SeriesRLCBranch00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040.0450.05-1-0.500.51Ib:SeriesRLCBranch②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：(二)三相逆变电路实验(a)方波逆变方式(1)建立仿真模型由于要求输出电压频率为50Hz,所以周期为0.02s,方波脉冲设置参数为(2)电阻负载R=30Ω时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：00.020.040.060.080.1-2000200Ub:Loada00.020.040.060.080.1-2000200Ub:Loadb00.020.040.060.080.1-2000200Ub:Loadc00.020.040.060.080.1-505Ib:Loada00.020.040.060.080.1-505Ib:Loadb00.020.040.060.080.1-505Ib:Loadc②电源电流，负载电压，负载电流波形（示波器显示）：(3)RL负载R=20Ω，L=60mH时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：00.020.040.060.080.1-2000200Ub:Loada00.020.040.060.080.1-2000200Ub:Loadb00.020.040.060.080.1-2000200Ub:Loadc00.020.040.060.080.1-505Ib:Loada00.020.040.060.080.1-505Ib:Loadb00.020.040.060.080.1-505Ib:Loadc②电源电流，负载电压，负载电流波形（示波器显示）：(4)电感负载L=100mH时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：00.020.040.060.080.1-2000200Ub:Loada00.020.040.060.080.1-2000200Ub:Loadb00.020.040.060.080.1-2000200Ub:Loadc00.020.040.060.080.1-505Ib:Loada00.020.040.060.080.1-10010Ib:Loadb00.020.040.060.080.1-10010Ib:Loadc②电源电流，负载电压，负载电流波形（示波器显示）：(5)R=30Ω时a相输出电流的FFT分析(b)SPWM方式(1)建立仿真模型(2)电阻负载R=30Ω时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-200-1000100200Ub:Loada00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-200-1000100200Ub:Loadb00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-200-1000100200Ub:Loadc00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-505Ib:Loada00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-505Ib:Loadb00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-505Ib:Loadc②电源电流，负载电压，负载电流波形（示波器显示）：(3)RL负载R=20Ω，L=60mH时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：00.020.040.060.080.1-2000200Ub:Loada00.020.040.060.080.1-2000200Ub:Loadb00.020.040.060.080.1-2000200Ub:Loadc00.020.040.060.080.1-505Ib:Loada00.020.040.060.080.1-4-2024Ib:Loadb00.020.040.060.080.1-505Ib:Loadc②电源电流，负载电压，负载电流波形（示波器显示）：(4)电感负载L=100mH时①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-200-1000100200Ub:Loada00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-200-1000100200Ub:Loadb00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1-200-1000100200Ub:Loadc00.010.020.030