电力电子实验剖析.docx
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电力电子实验剖析
电力电子学
实验报告册
姓名:
班级:
学号:
指导教师:
实验一内容:
见实验材料
重点:
三相桥式整流电路的建模与仿真、参数设置与调节
难点:
三相桥式整流电路的工作原理、六路脉冲波出现的顺序、触发角相位与输出电压的关系
实验一三相桥式全控整流
一实验目的
1.加深理解三相桥式全控整流电路的工作原理
2.掌握三相桥式全控整流电路的仿真方法,会设置各模块的参数
3.掌握触发角与输出电压的关系
二实验原理
三相桥式全控整流电路工作原理:
图1电路原理图
1带电阻负载时的工作情况
当a≤60时,ud波形均连续,对于电阻负载,id波形与ud波形形状一样,也连续。
波形图:
由上到下依次为:
三相电压波形、输出直流电压波形、晶闸管电流波形、晶闸管电压波形(下同)
当a>60时,ud波形每60中有一段为零,ud波形不能出现负值波形图:
:
带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120。
a≤60
整流电压平均值为:
(1-1)
a>60
整流电压平均值为:
(1-2)
2对触发脉冲的要求:
(1)按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序,相位依次差60。
(2)共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120,共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。
同一相的上下两个桥臂,即VT1与VT4,VT3与VT6,VT5与VT2,脉冲相差180。
(3)ud一周期脉动6次,每次脉动的波形都一样,故该电路为6脉波整流电路。
(4)需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲
可采用两种方法:
一种是宽脉冲触发;一种是双脉冲触发(常用)
(5)晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同,晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。
三实验内容
1.三相桥式全控整流电路
2.在整流状态下,改变触发角,分析触发角与输出电压的关系
四实验步骤
1.实验模型搭建
在simulink中新建模型文件如图:
图2三相桥式整流仿真模型图
2.参数设置
1)三相交流电压设置线电压峰值380V,频率50Hz;负载参数设置:
R=45
2)通用桥模块设置如图3,注意下方的测量部分应该选择“测量所有电流与电压(allvoltagesandcurrents),方便通过万用表模块测量晶闸管电流与电压
图3通用桥参数设置图4六脉冲发生器参数设置
3)脉冲发生器参数设置如图4,为宽脉冲触发
4)万用表模块选择测量晶闸管VT1的电压与电流,如图5所示:
图5万用表模块参数设置
3.改变触发角,得到触发角与输出直流电压的关系,设定仿真时间为0.08s。
分别设定a=0,保存两示波器的输出波形为“alpha0_1.jpg”、“alpha0_2.jpg”,记录输出电压平均值;设定a=30,保存两示波器的输出波形为“alpha30_1.jpg”、“alpha30_2.jpg”,记录输出电压平均值;设定a=60,保存两示波器的输出波形为“alpha60_1.jpg”、“alpha60_2.jpg”,记录输出电压平均值;设定a=90,保存两示波器的输出波形为“alpha90_1.jpg”、“alpha90_2.jpg”,记录输出电压平均值。
五实验结论与分析
(1)将不同触发角对应的输出波形图粘贴在下方;
(2)a=0
a=30
a=60
a=90
(2)将不同触发器得到的输出电压平均值的测量值与式(1-1)和(1-2)所计算的电压平均值比较,验证仿真结论的正确性;
实验二内容:
见实验材料
重点:
两种直流斩波电路的建模与仿真、参数设置与调节
难点:
MATLAB/Simulink中电力系统工具箱的应用,两种直流斩波电路的工作原理
实验二直流斩波电路的性能研究
一.实验目的
(1)熟悉直流斩波电路的工作原理
(2)熟悉Buck电路与Boost电路的组成和工作特点
二.实验原理
1.直流降压斩波电路的工作原理(Buck电路)
Buck电路产生低于直流输入电压Ud的平均输出电压Uo。
图1Buck电路结构
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。
数量关系
•
电流连续:
•负载电压平均值:
•
•负载电流平均值:
•
图2Buck电路波形图
2.直流升压斩波电路的工作原理(Boost电路)
Boost电路产生高于直流输入电压Ud的平均输出电压Uo。
图3Boost电路结构图
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I1,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。
图4Boost电路波形图
数量关系:
输出电流的平均值Io为:
三.实验内容
两种直流斩波电路的设计与测试
四.试验步骤
1.Buck电路的仿真
(1)启动matlab,进入simulink后新建文档,绘制Buck电路如图5所示;
(2)双击各模块设置参数。
电压源参数:
100V;电阻、电容参数设置:
C=1µF,L=100mH,R=1Ω;脉冲发生器模块(Pulse):
振幅设置1V,周期0.001s,脉冲宽度50%;
(3)设置好参数后仿真,仿真时间2s,观察输出电压并保存示波器波形图,保存为jpeg格式,命名为“Buck50.JPG”;
图5Buck电路仿真模型图
仿真图形如下:
(4)在步骤
(2)的基础上修改脉冲模块的宽度,将50%改为80%,观察输出电压幅值并保存输出波形,命名为“Buck80.JPG”;
(5)在步骤
(2)的基础上修改脉冲模块的频率,将周期0.001s修改了0.01s,观察保存输出波形,命名为“Buck_Pluse.jpg”;
(6)在步骤
(2)的基础上修改电感,将100mH修改为10mH,观察负载电流并保存输出波形,命名为“Buck_Inductor.jpg”。
2.Boost电路的仿真
(1)启动matlab,进入simulink后新建文档,绘制Boost电路如图6所示;
(2)双击各模块设置参数。
电压源参数:
100V;电阻、电容参数设置:
C=0.7mF,L=100mH,R=10Ω;脉冲发生器模块(Pulse):
振幅设置1V,周期0.002s,脉冲宽度20%;
(3)设置好参数后仿真,仿真时间2s,观察并保存示波器波形图,命名为“Boost20.jpg”;
图6Boost电路仿真模型图
(4)在步骤
(2)的基础上修改脉冲模块的宽度,将20%改为50%,观察输出电压幅值并保存输出波形,命名为“Boost50.jpg”;
(5)在步骤
(2)的基础上修改脉冲模块的频率,将周期0.001s修改了0.01s,观察输出波形并保存输出波形,命名为“Boost_Pluse.jpg”;
(6)在步骤
(2)的基础上修改电感,将100mH修改为10mH,观察输出电压并保存输出波形,命名为“Boost_Inductor.jpg”。
3.试验台验证
五.试验结论与分析
1.分析两种斩波电路占空比与输出电压幅值的关系
(1)Buck电路
A,将“Buck50.jpg”、“Buck80.jpg”的波形粘贴在下方,描述各波形参数的含义,分析电感电压与电源电压的关系。
B.通过导通比计算实验步骤1的(3)和(4)中输出电压的理想值,与仿真的显示值比较,验证仿真结果的正确性。
C.将“Buck_Inductor.jpg”的波形粘贴在下方,并分析电感减小后对输出的影响
(2)Boost电路
A.将“Boost20.jpg”和“Boost50.jpg”的波形粘贴在下方,描述各波形参数的含义,分析电感电压与电源电压的关系。
B.通过导通比计算试验步骤2的(3)、(4)中输出电压的理想值,与仿真的显示值比较,验证仿真结果的正确性。
C.将“Boost_Inductor.jpg”的波形粘贴在下方,并分析电感减小后对输出的影响。
2.分析PWM脉冲周期变化对输出的影响
将“Buck_Pluse.jpg”和“Boost_Pluse.jpg”的波形图粘贴在下方,并分析与上面各波形的异同点,并解释原因。
实验三内容:
见实验材料
重点:
单相SPWM逆变电路的建模与仿真、参数设置与调节
难点:
单相SPWM电路的工作原理、SPWM脉冲的产生
实验三单相正弦波脉宽调制逆变电路实验
一实验目的
(1)了解电压型单相全桥逆变电路的工作原理
(2)了解正弦脉宽调制(SPWM)调频、调压的原理
(3)研究单相全桥逆变电路触发控制的要求
二实验原理
1正弦脉宽调制(SPWM)控制的基本原理
控制思想:
利用逆变器的开关元件,由控制线路按照一定的规律控制开关元件的通断,从而在逆变器的输出端获得一组等幅、等距不等宽的脉冲序列,脉宽基本按照正弦分布,以此脉冲序列来等效正弦电压波。
把希望输出的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。
调制信号波:
正弦波;载波:
等腰三角波或锯齿波
1)单极性PWM控制方式
2)双极性PWM控制方式
电压型单相全桥逆变电路原理如图1所示:
图1单相全桥逆变电路
共四个桥臂,可看成两个半桥电路组合而成。
两对桥臂交替导通
三实验内容
(1)观测参考波Ur与调制波Uc的波形
(2)观测双极性脉宽调制控制信号的波形
(3)逆变电路输出电压波形的观测
四实验步骤
1双极性PWM控制方式仿真
图2双极性PWM控制发生电路模型图
(1)三角波与正弦波参数设置如图3和4,其余逻辑模块如图2:
图3三角波模块参数设置图4正弦波模块参数设置
(2)设置好模块参数后仿真,观测并保存波形图,命名为“UcUr.jpg”;
2电压型单相全桥逆变电路仿真
(1)绘制电压型单相全桥逆变电路仿真模型图,如图5所示:
图6单相SPWM逆变电路仿真结构图
(2)其中开关器件和二极管模块参数按照默认设定,直流电源(250V)与RL负载(R=10om,L=0.01H)如图6所示;
(3)图7为测量模块结构图,其中subsystem子模块结构如图8所示,其中函数f(u)表达式为:
f(u)=u
(1)*sin(2*pi*50*u(3)+pi*u
(2)/180)
图7测量模块图8子模块结构图
(4)设定仿真时间0.2s仿真,观察并保存输出波形,命名为“DCACPWM.jpg”,记录基波有效值;
(5)将载波频率减小为之前的一半,即参数改为下图所示,观察并保存输出波形;
五实验结论与分析
(1)将参考波Ur与调制波Uc的波形“UcUr.jpg”粘贴在下方;
(2)将“DCACPWM.jpg”粘贴在下方,并结合电路图分析脉冲与负载电压两者的关系,根据公式计算基波电压幅值,并与实验仿真结果比较;
实验四内容:
见实验材料
重点:
理解单项PWM交流调压电路结构和工作原理
难点:
实验平台的熟悉、工作原理的理解
实验四单项AC-AC斩波电路实验
一.实验目的
1.理解单项PWM交流调压电路结构。
2.理解单项PWM交流调压电路的工作原理。
二.实验内容
1.搭建交流斩波电路的Simulink模型。
2.观察输出电压波形。
3.观察占空比对输出电压大小的控制情况。
三.实验步骤
实验中的Simulink模型如下:
1.搭建Simulink模型,主要模块参数设置如下:
方波信号源和交流电源的初始设置
RMS测量模块的初始设置。
注意:
此处频率必须与电源模块中频率一致
观察并记录此时示波器1和2中的波形如下:
2.修改电源模块中的电压幅值,观察两个显示器中电压有效值的变化并列表记录。
要求记录五组不同数据如下:
3.修改电源模块中的频率值(必须相应修改RMS模块中参数),观察两个显示器中电压有效值的变化并列表记录。
要求记录五组不同数据如下:
4.修改方波信号源中的占空比大小,观察两个显示器中电压有效值的变化并列表记录。
要求记录十组不同数据如下:
四实验结论与分析
1.通过实验步骤1~4,分析输出电压大小或波形的影响因素
2.根据实验步骤4分析输出电压与输入电压以及占空比之间的关系