功率电子（DOC32页）

1目录1.课程设计目的……………………………………………………12.课程设计要求……………………………………………………13.课程设计内容……………………………………………………13.1单相半波可控整流电路的仿真…………………………………23.2三相半波可控整流电路的仿真………………………………………83.3直流斩波电路的仿真…………………………………………………143.4单相交流调压电路的仿真……………………………………………183.5三相桥式全控整流电路的仿真………………………………………233.6单相桥式半控电路的仿真…………………………………………274.课程设计总结……………………………………………………315.课程设计体会及建议……………………………………………326.参考书目…………………………………………………………3221.课程设计目的：功率电子技术课程是一门专业技术基础课，电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。其目的是通过对“电力电子技术”教材中主要电子电路进行仿真与建模，基本掌握电路的原理及参数设定和调整方法，提高学生分析问题的和解决问题的能力；训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，独立进行查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告，进一步加深对变流电路基本理论的理解，提高运用基本技能的能力，为今后的学习和工作打下坚实的基础。通过设计，使学生巩固、加深对变流电路基本理论的理解，提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，培养学生的创新精神和创新能力。2.课程设计要求：（1）熟悉MATLAB的Simulink和SimPowerSystem模块库应用。（2）熟练掌握基本电力电子电路的仿真方法。（3）掌握电力电子变流装置触发、主电路及驱动电路的构成及调试方法，能初步设计和应用这些电路。（4）能够运用理论知识对实验现象、结果进行分析和处理。（5）能够综合实验数据，解释现象，编写课程设计报告。3.课程设计内容：（1）选取、明确设计任务，对所要设计的任务进行具体分析，充分了解系统性能、指标内容及要求。（在课程设计基本选题里面至少选取五种电路进行仿真）（2）了解电路原题，画出原题框图。（3）进行仿真分析。（4）撰写课程设计报告（说明书）：课程设计报告是对设计全过程的系统总结，也是培养综合科研素质的一个重要环节。33.1项目一单相半波可控整流电路的仿真3.1.1电路原理图：单相半波可控整流电路（电阻性负载）3.1.2建立仿真模型：单相半波可控整流电路Continuouspowerguiv+-VoltageMeasurement1v+-VoltageMeasurementgmakThyristor+SeriesRLCBranchScopePulseGeneratori+-CurrentMeasurementACVoltageSourceUvtU2Ugudid3.1.3设置模型参数：（1）交流电参数：幅值100V，初相位0，频率50Hz4(2)脉冲器的参数：脉冲幅值1v,周期0.02s,脉宽占整个周期的10%，相位延迟(180*0.02)/360（即α=180°）(3)晶闸管参数：取默认值5(4)电阻:R=13.1.4模型仿真：(1)延迟角α=0°，波形如下：(2)延迟角α=30°，波形如下：6(3)延迟角α=60°，波形如下：(4)延迟角α=90°，波形如下：7(5)延迟角α=120°，波形如下：(6)延迟角α=150°，波形如下：8(7)延迟角α=180°，波形如下：3.1.5仿真波形分析：在实验中，通过改变触发角α的大小，来观察负载的输出电压等参数对应的波形变化，直观，而且易于比较。而单相半波整流电路中电阻性负载：在晶闸管VT处于断态时，电路中无电流，负载电阻两端电压为零，U2全部施加于VT两端。在电路中电压与电流成正比，两者波形相同。电阻对电流没有阻碍作用，没有续流的作用，不会产生反向电流，晶闸管的电压没有负值。单相半波可控电路中，负载电流、晶闸管和变压器二次侧电流有效值相等。93.2三相半波可控整流电路的仿真3.2.1电路原理图：三相半波可控整流电路原理图以及理论波形参考图3.2.2建立仿真模型：三相半波可控整流电路Continuouspowerguiv+-VoltageMeasurementv+-V3v+-V2v+-V1gmakThyristor2gmakThyristor1gmakThyristorTerminator1Terminator+SeriesRLCBranchScopePulseGenerator2PulseGenerator1PulseGeneratori+-CurrentMeasurementACVoltageSource2ACVoltageSource1ACVoltageSourceu2uguvtIdududid3.2.3设置模型参数：（1）交流电参数：AC1：10AC2：AC3：11（2）脉冲器参数：脉冲幅值1v,周期0.02s,脉宽占整个周期的10%，相位延迟(0+30*0.02)/360（即α=0°）(3)晶闸管参数：取默认值(4)电阻:R=5123.2.4模型仿真：(1)延迟角α=0°，波形如下：(2)延迟角α=30°，波形如下：(3)延迟角α=60°，波形如下：13(4)延迟角α=90°，波形如下：(5)延迟角α=120°，波形如下：14(6)延迟角α=150°，波形如下：3.3.5仿真波形分析：a≤30a30u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来才换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断，因此ud波形中会出现负的部分。id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。阻感负载时的移相范围为90。153.3直流斩波电路的仿真3.3.1电路原理图：直流斩波电路（升压型）3.3.2建立仿真模型：直流斩波电路（升压）Continuouspowerguiv+-VoltageMeasurementTerminator+SeriesRLCBranch2+SeriesRLCBranch1+SeriesRLCBranchScopePulseGeneratorgmCEIGBTmakDiodeDCVoltageSourcei+-CurrentMeasurementu0i1i0igug3.3.3设置模型参数：（1）电源参数：直流20V；（2）脉冲器参数：占空比50%；16（3）电阻1、电感1e-3H、电容13e-6F17(4)晶体管参数：取默认值3.6.4模型仿真：(1)占空比为50%，波形如下：18(2)占空比为30%，波形如下：(3)占空比为80%，波形如下：3.3.5仿真波形分析：通过波形分析，当占空比α分别小于、等于、大于50%时，输出电压与电源电压的关系，可知，α越大，输出电压升压的倍数越大。又α+β=1，β=Toff/T,故调节Toff/T的比，即改变α大小，可以控制其输出电压的大小。193.4单相交流调压电路的仿真3.4.1电路原理图：3.4.2建立仿真模型：单相交流调压电路Continuouspowerguiv+-VoltageMeasurement1v+-VoltageMeasurementgmakThyristor1gmakThyristor+SeriesRLCBranchScopePulseGenerator1PulseGeneratori+-CurrentMeasurementACVoltageSourceu0i0u1uvt3.4.3设置模型参数：（1）交流电参数：幅值100V，初相位0，频率50Hz20(2)脉冲器的参数：脉冲幅值1v,周期0.02s,脉宽占整个周期的10%，相位延迟(30*0.02)/360（即α=30°）(3)晶闸管参数：取默认值(4)电阻:R=3213.4.4模型仿真：(1)延迟角α=0°，波形如下：（2)延迟角α=30°，波形如下：(3)延迟角α=60°，波形如下：22(4)延迟角α=90°，波形如下：(5)延迟角α=120°，波形如下：23(6)延迟角α=150°，波形如下：(7)延迟角α=180°，波形如下：243.4.5仿真波形分析：以上各图分别为触发角α为0°,30°,60°,90°,120°，150°，180°时所得的仿真波波形，当负载为电阻性负载时，负载电压和负载电流波形一致，随着触发角的增大，波形的占空比减小，电流和电压出现断续。当触发角为0°时，波形为完整的正弦波；当触发角为度时180°时，波形为一条直线，由此可以说明单相交流调压电路带电阻性负载时的触发角α的取值范围为0°--180°。控U的移相可控区域是0---180度。3.5三相桥式全控整流电路的仿真3.5.1电路原理图：三相桥式全控整流电路原理图3.5.2建立仿真模型：三相桥式全控整流电路Continuouspowerguiv+-VoltageMeasurement1v+-VoltageMeasurementgmakThyristor5gmakThyristor4gmakThyristor3gmakThyristor2gmakThyristor1gmakThyristorNABCThree-PhaseProgrammableVoltageSourceTerminator5Terminator4Terminator3Terminator2Terminator1Terminator+SeriesRLCBranchScopePulseGenerator5PulseGenerator4PulseGenerator3PulseGenerator2PulseGenerator1PulseGeneratori+-CurrentMeasurementuduvtid253.5.3设置模型参数：（1）交流电参数：幅值380V，初相位0.001，频率50Hz(三相交流电源）(2)脉冲器的参数：脉冲幅值1v,周期10s,脉宽占整个周期的5%，相位延迟026(3)晶闸管参数：取默认值(4)电阻:R=13.5.4模型仿真：(1)延迟角α=0°，波形如下：(2)延迟角α=30°，波形如下：27(3)延迟角α=60°，波形如下：3.5.5仿真波形分析：当触发角为30度的时候，一周期中负载电压波形任由六段线电压组成，每一段导通的晶闸管符合其每次导通60度角，相对于触发角为0度时，晶闸管的起始导通时刻推迟了30度，组成负载电压的每一段先电压也因此推迟30度，平均电压下降。负载电压与负载电流的波形一致。晶闸管的电流波形与负载电压波形相同，但是为负。283.6单相桥式半控整流电路的仿真3.6.1电路原理图：单相桥式半控整流电路原理图（阻感负载）3.6.2建立仿真模型：单相桥式半控电路+rContinuouspowerguiv+-VoltageMeasurement3v+-VoltageMeasurement2gmakThyristor1gmakThyristorTerminatorScopePulseGeneratormakDiode2makDiode1makDiodei+-CurrentMeasurementACVoltageSourceu2idud3.6.3设置模型参数：（1）交流电参数：幅值100V，初相位0，频率50Hz（2）脉冲器的参数：脉冲幅值1v,周期10s,脉宽占整个周期的5%，相位延迟0.01*180/180（即α=180°）29(3)晶闸管参数：取默认值(4)电阻:R=1，L=0.1H303.6.4模型仿真：(1)延迟角α=0°，波形如下：（2)延迟角α=30°，波形如下：(3)延迟角α=60°，波形如下：31(4)延迟角α=90°，波形如下：(5)延迟角α=120°，波形如下：32(6)延迟角α=180°，波形如下：3.6.5仿真波形分析：单相桥式半控整流电路接大电感负载时，流过晶闸管元件的平均电流与元件的导通角成正比。当导通角为120°时，流过续流二极管和晶闸管的平均电流相等。当