斩波电路Matlab仿真电力电子技术课程设计.docx

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斩波电路Matlab仿真电力电子技术课程设计

河北科技大学

课程设计计算说明书

课程名称：

设计题目：

斩波电路的Matlab仿真研究

专业班级：

电气工程及其自动化XXX班

学生姓名：

XXX（XXXXXXX）

指导老师：

电力电子课程设计指导小组

XXXX年XX月XX日

1.课程设计结束之前，每个学生都必须认真撰写《课程设计计算说明书》。

课程设计计算说明书要求内容完整，条理清晰，书面清洁，字迹工整。

2.说明书一般包括设计任务分析、设计方案的确定、具体设计过程的描述、结论等几方面，或按照课程设计指导书及指导教师的具体要求进行撰写。

3•课程设计图纸要求布局美观，图面整洁，图表清楚，尺寸标识准确，线型及标注符合国家或行业相关标准。

。

4•学生应独立完成各自设计计算说明书的写作，即使同组学生在设计过程中经

过讨论得到的共同设计结果也应独立表述。

5•课程设计说明书按照封面、成绩评定表、目录、正文的次序装订成册。

6•课程设计应按设计期间的工作态度和课程设计任务的完成情况，设计说明书的水平、相关知识能力的掌握情况等项目分别评定成绩。

7•各项目内容及所占比例由课程设计指导教师自行确定，并以百分制形式填入“学生成绩评定表”。

总成绩采用五级分制。

8•本页采用“设计说明书”专用纸打印。

9•课程设计结束后将计算说明书交学院教学办公室保存。

学生成绩评定表

序

号

项目名称

指导教师

成绩

所占比例

总成绩

1

工作态度

30%

2

设计说明书

30%

签字：

3

仿真演示

40%

设计的目的

二、设计的任务

三、仿真研究的内容与步骤

降压斩波电路的仿真研究。

升压斩波电路的仿真研究。

升降压斩波电路的仿真研究。

（电路结构；工作原理；基本数量关系；搭建仿真模型；取不同控制角时的波形图；结论）

四、总结

五、参考文献

一、课程设计的教学目的及要求

本课程设计是电气工程及其自动化专业重要的实践教学环节之一。

本课程设

计的任务是利用所学《电力电子技术》专业知识，以MATLAB/SIMULIN仿真软件

为基础，完成对所学电力电子器件、整流电路、斩波电路、交流调压电路以及逆变电路的建模与仿真。

其目的是培养学生综合运用所学知识，分析、解决工程实际问题的能力；巩固学生所学知识的同时，提高学生的专业素质，这对于工科学生贯彻工程思想起到十分重要的作用。

要求学生在规定时间内通过分析任务书、查阅收集资料，充分发挥主动性与创造性，在老师的指导下联系实际、掌握正确的方法，理清思路，独立完成课程设计，撰写设计说明书，其格式和字数应符合规定。

根据要求能够熟练搭建仿真模型，并能进行调试及对电路输出波形的分析；课程设计说明书要求整洁、完备、内容正确、概念清楚、文字通畅，符合规范。

二、设计的任务

（1）降压斩波电路的仿真研究。

（2）升压斩波电路的仿真研究。

（3）升降压斩波电路的仿真研究。

三、仿真研究的内容与步骤

1．降压斩波电路的仿真研究

电路原理图

降压斩波电路的原理图及工作波形如图所示，该电路使用一个全控型器件

V,图中为IGBT,也可以使用其它器件，续流二极管VD在IGBT关断期间为电感储存的能量提供释放通道。

该电路的仿真过程可以分为建立仿真模型、设置模型参数和观察仿真结果。

E

a）电路图

lG

—ton十■

L11

O

T；——►

Ft

1.I1

:

J

ii

1i1

o

Ouo

b）电流连续时的波形

toff

TlI

O

Uo

・:

KI

'EM

c）电流断续时的波形

工作原理：

t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E,负载电流io按指数曲线上升。

t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压uo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。

到一个周期T结束，再驱动IGBT导通，重复上一周期的过程。

当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图b）所示。

负载电压的

ton

tontoff

tone

平均值为：

ton为V处于导通的时间；toff为V处于关断的时间；a为导通占空比

负载电流平均值为:

建立仿真模型

1）建立一个仿真模型的新文件。

在MATLAB

7Qr■■■■Lil=

的菜单栏上点击File，选择New再在弹出菜

单中选择Model，这时出现一个空白的仿真平

台，如图所示。

在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。

些Mb-F

2）提取电路元器件模块。

在仿真模型窗

口的菜单上点击〕图标调出模型库浏览器，在模型库中提取所需的模块放到仿真窗口。

组成直流降压斩波电路的元器件有直流电源、IGBT、电阻、电容、二极管

3）将电路元器件模块按直流降压斩波的原理图连接起来组成仿真电路。

如图所示。

-~~1

参数设置如下：

参数设置

Ron二，Lon=0,Vf=1，Rs=1e5

元件参数设置

R=1欧姆，电感L=。

c.脉冲发生器参数设置

振幅为1V，周期=，初相位为0。

d.直流电源电压参数设置

电源电压幅值为1OOV,初相位为0度。

e.仿真参数设置

开始仿真时间：

，停止仿真时间：

。

f.示波器波形依次是电源电压，负载两端电压，脉冲信号，流过负载电流。

仿真波形结果与分析

图1—1、图1—2、图1—3分别是a=20%a=50%a=80%寸仿真波形

当占空比口=20%寸，电源电压100V,负载两端电压为20V。

图1-2a=50%寸电源电压，负载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形当占空比口=50%寸，电源电压100V,负载两端电压为50V。

当占空比口=80%寸，电源电压100V,负载两端电压为80V。

当给负载加一个40V反电动势时，将电感值改为，其它参数不变，电源电压，负

载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形如图所示:

2.升压斩波电路的仿真研究

电路原理图

升压斩波电路的原理图及工作波形如图所示。

该电路中也是使用一个IGBT

器件。

LVD

ton

toffe

toff

T

toff

工作原理：

假设L和C值很大。

V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定11，电容C向负载R供电，输出电压Uo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。

负载电压的平均值为：

建立仿真模型

E

>MM1

mg

IGBT升压斩波电路模型主要由直流电源、IGBT、电阻、电感、电容、二极管以及示波器等部分组成。

将电路元器件模块按直流升压斩波的原理图连接起来组成仿真电路。

如图所示。

^^0——

口卜写口已*

d"drHFna^

参数设置如下:

参数设置

Ron二，Lon=0,Vf=1，Rs=1e5

元件参数设置

R=100欧姆，电感L=，电容C=0.0022F。

c.脉冲发生器参数设置

振幅为1V，周期=，初相位为0。

d.直流电源电压参数设置

电源电压幅值为100V,初相位为0度。

e.仿真参数设置

开始仿真时间：

，停止仿真时间：

。

f.示波器波形依次是电源电压，负载两端电压，脉冲信号，流过负载电流。

仿真波形结果与分析

图2-1、图2-2、图2-3分别是a=20%a=50%a=80%寸仿真波形

图2-1a=20%寸电源电压，负载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形

当占空比口=20%寸，电源电压100V,负载两端电压为125V。

图2-2a=50%寸电源电压，负载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形

当占空比口=50%寸，电源电压100V,负载两端电压为200V。

图2-3a=80%寸电源电压，负载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形

当占空比口=80%寸，电源电压100V,负载两端电压为500V。

3.升降压斩波电路的仿真研究

电路原理图

升降压斩波电路的原理图及工作波形如图所示。

设电路中电感L值很大，电

容C的值也很大。

使电感电流IL和电容电压即负载电压Uo基本为恒值。

t

能，此时电流为

o

丨2八fI丨

i1。

同时,

电流为i2

与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。

工作原理：

V通时,|电源E经V向L供电使其贮

C维持输出电压恒定并向负载R供电。

V断时，L的能量向负载释放,

输出电压为：

Uo出E—to^EE

负载电流为：

卡off1ton1

|toff|'|

211

ton

负载电压极性为上负下正,

建立仿真模型

组成直流降压斩波电路的元器件有直流电源、IGBT、电阻、电容、电感、

极管。

参数设置如下：

参数设置

Ron=Lon=0,Vf=1，Rs=1e5

元件参数设置

R=10欧姆，电感L=1H，电容C=0.047F。

c.脉冲发生器参数设置

振幅为1V，周期=，初相位为0。

d.直流电源电压参数设置

电源电压幅值为100V,初相位为0度。

e.仿真参数设置

开始仿真时间：

，停止仿真时间：

。

f.示波器波形依次是脉冲信号，电源电压，电源电流，流过负载电流和负载两端电压，。

仿真波形结果与分析

图3-1、图3-2、图3-3分别是a=20%a=50%a=80%寸仿真波形

当占空比口=20%寸，电源电压100V,负载两端电压为

图3-2a=50%寸电源电压，负载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形

当占空比口=50%寸，电源电压100V,负载两端电压为。

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图3-3a=80%寸电源电压，负载两端电压，脉冲信号和流过负载电流波形

当占空比口=80%寸，电源电压100V,负载两端电压为395V。

四、总结

在这次课程设计中，我真正的做到了自己查阅资料，进行必要的分析，独立

设计仿真电路，并调试参数。

经过这次电力电子技术课程设计对直流斩波电路的仿真，使我加深了对直流斩波电路的理解。

虽然只是一个简单的课程设计，但是这培养了我独立学习、独立思考的能力，并且掌握了Matlab仿真软件的许多应

用知识，开阔了电力电子技术方面的视野，了解了很多课本之外的知识。

巩固了以前所学的知识，提高了自己的设计能力，为以后的学习工作打下了基础。

五、参考文献

[1]郭荣祥崔桂梅主编电力电子应用技术高等教育出版社

[2]王华李有军刘建存MATLA电子仿真与应用技术国防工业出版社

[3]王兆安刘进军主编电力电子技术机械工业出版社

[4]李传琦电力电子技术计算机实验电子工业出版社