由IGBT组成的H桥型直流直流变换器的建模及应用仿真.docx

1、由IGBT组成的H桥型直流直流变换器的建模及应用仿真1.引言 21.1 研究意义 21.2 研究内容 22.直流 -直流变换器的工作原理 24 H桥 DC/DC变换系统的电路仿真模型建立与实现 65 结论 11心得体会 121.引言1.1 研究意义电能是现代工农业、交通运输、通信和人们日常生活不可缺少的能源。电能一般分为直 流电和交流电两大类， 现代科学技术的发展使人们对电能的要求越来越高， 不仅需要将将交 流电转变为直流电， 直流电转变为交流电， 以满足供电能源与用电设备之间的匹配关系， 还 需要通过对电压、电流、 频率、 功率因数和谐波等的控制和调节， 以提高供电的质量和满足 各种各样的用

2、电要求， 这些要求在电力电子技术出现之前是不可能实现的， 随着现代电力电 子技术的发展， 各种新型电力电子器件的研究、 开发和应用， 使人们可以用电力电子变流技 术为各种各样的用电要求提供高品质的电源， 提高产品的质量和性能， 提高生产效率， 改善 人们的生活环境。所谓变流就是指交流电和直流电之间的转换，对交直流电压、电流的调节，和对交流电 的频率、 相数、 相位的变换和控制。 而电力电子变流电路就是应用电力电子器件实现这些转 换的线路，一般这些电路可以分为四大类。（ 1 ）交流 直流变流器。（2）直流直流斩波调压器。（ 3 ）直流交流变流器。（4）交流交流变流器。本课题所要研究的是直流直流斩

3、波调压。1.2 研究内容1）工作原理分析2）系统建模及参数设置3）波形分析2.直流 -直流变换器的工作原理 直流直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电， 包括直 接直流变流电路和间接直流变流电路。 直接直流变流电路也称斩波电路， 它的功能是将直流 电变为另一固定电压或可调电压的直流电， 一般是指直接将直流电变为另一直流电， 这种情 况下输入与输出之间不隔离。 间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节， 在交 流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离， 因此也称为带隔离的直流直流变流电路 或直交直电路。 直流直流变流器有多种类型， 主要有降压变流器、 升压变流器

4、和桥式 直流变流器等，这里主要介绍桥式（ H 型）直流变流器。电流可逆斩波电路虽可使电动机的电枢电流可逆，实现电动机的两象限运行，但其所能 提供的电压极性是单相的。 当需要电动机进行正、 反转以及可电动又可制动的场合， 就必须 将两个电流可逆斩波电路组合起来， 分别向电动机提供正向和反向电压， 即成为桥式可逆斩 波电路。桥式直流 PWM 变流器又称 H 型变流器和四象限直流直流变流器， 桥式直流 PWM 变PW调M制和驱动 Uvt1 Uvt4流器常用作直流电动机的可逆运行。其原理电路图如图 1 所示。Uvt2 Uvt3UsaUct图 1 桥式直流 PWM 变流器采用 IGBT 开关管作为开关器

5、件，负载为电感性，四个开关器件 VT1和 VT4，VT2和 VT3两两成对，同时导通和关断，且工作于互补状态，即 VT1和 VT4导通时， VT2和 VT3关断，反之亦然。控制开关器件的通断时间（占空比）可以调节输出电压的大小，若 VT1 和 VT4的导通时间大于 VT2和 VT3 的导通时间，输出电压的平均值为正， VT2和 VT3的导通时间大 于 VT1 和 VT4的导通时间时， 则输出电压的平均值为负， 所以可用于直流电动机的可逆运行。桥式可逆直流 PWM 变流器从控制方式上区分有双极式调制、单极式调制和受限单极式 调制三种。 本课题所选用的是双极式调制。 变流器四个开关器件的驱动一般都

6、采用 PWM 方 式，有调制波 （三角波或锯齿波 ）与直流信号比较产生驱动脉冲，由于调制波频率较高（通常 在数千赫兹以上） ，所以变流器输出电流一般连续，用于直流电动机调速时电枢回路不用串 联电抗器，但四个开关器件都工作于 PWM 方式开关勋耗较大。双极式调制的电路仿真模型如图 2 所示。图 2 双极式调制的电路仿真模型相应参数设置：1三角波使用 Repeating Sequence 模块不断的生成， 三角载波的参数设置如图 3 所示。 提取路径为： Simulink/Sources/Repeating Sequence图 3 三角载波的参数设置2直流波使用 constant 模块不断的生成，

7、直流波的参数设置如图 4。提取路径为：Simulink/Sources/constant图 4 直流波的参数设置3关系运算模块关系类型“”参数设置如下图；图5 关系运算模块的参数设置4信号增益模块增益“ - 1”参数设置如下图。图6 信号增益模块增益 “-1”参数设置双极性 PWM控制电路仿真结果如图 7 所示。图 7 双极性 PWM 控制电路仿真结果4 H 桥 DC/DC变换系统的电路仿真模型建立与实现H桥 DC/DC变换系统的电路仿真模型如图图 8 H 桥 DC/DC变换系统电路模型相应的参数设置：1直流电压源参数 U=100V ；图 9 直流电压源参数设置2IGBT 参数 Ron=0.0

8、01 ， Lon=1e-6H， Vf=1V ，Rs=1e5，Cs=inf ；图 10 IGBT 参数设置3负载参数 R1=1000 ， L=0H ， C=inf ；图 11 负载 R1 参数设置负载参数 R2=10， L=100e-3H ， C=500F；图 12 负载 R2 参数设置4此时的仿真结果如图 13 所示；图 13 直流波幅值为 -0.6 时的仿真结果增大直流基波的幅值，其参数设置如下图 14；图 14 直流波的参数设置 幅值为 -0.9此时的仿真结果如图 15 所示图 15 直流波幅值为 -0.9 时的仿真结果改变直流基波的方向，其参数设置如下图 16 直流波的参数设置 幅值为

9、0.6此时的仿真结果如图 17 所示图 17 直流波幅值为 0.6 时的仿真结果根据以上设计而成的图 8 所示 H桥 DC/DC变换系统电路模型和图 13 所示仿真结果可以看 出：仿真开始后晶体管 IGBT2和 IGBT3保持导通，负载两端为反向电压。 随后 IGBT1和 IGBT4 导通，负载两端为正向电压，电流的平均值为负值，电动机反向运转。根据图 13 和图 15 可知增大直流基波的幅值可以增大电流的幅值， 使电动机速度加快。 根据图 13 和图 17 可知 改变直流基波的方向，负载的电流平均值为正值，电动机正向运转。5 结论本文对 H 桥 DC/DC变换系统电路进行了理论分析， 建立了

10、基于 MATLAB/Simulink/Power System 工具箱的 H桥 DC/DC变换系统电路的仿真模型，其仿真结果与理论分析十分吻合， 达到了电动机负载在四象限运行的目的，验证了本文所建模型的正确性。心得体会电力电子的仿真实验终于告一段落了， 在此之前对于 simulink 仿真的了解可以算得上 是从零开始吧， 虽然在本科的时候学习过电力电子， 有一定的学习基础， 但是很多知识也都 是一知半解， 对于仿真的学习更是一头雾水。 但是经过这次的仿真练习， 我自认为还是学到 了很多知识的。首先在课程的前一阶段，拿到课题以后，我便搜集了很多的资料，抱着学习的态度想 更多的学习电力电子知识，

11、同时学好 simulink 仿真， 但是在仿真过程中， 还是遇到了不少的 难题， 比如仿真参数的设置， 示波器参数的调整等， 但是经过一段时间的查阅资料和不断改 进，我的仿真还是有了很大的进展。这样一个过程使我的理论知识得到了试验和应用，使我的理论知识得到了进一步的提高。总之，这次课程设计不但让我学到了很多的东西，提高和巩固了电力电子和 matlab 等 方面的知识， 同时也增强了我的动手能力， 这些并不是在课堂上可以学到的， 而且这也是难 得的一次同学间长时间交流沟通的机会，在课程实际过程中发生许多欢乐的令人难忘的事， 这无疑为以后的我留下了一个美好的回忆。 在完成仿真作业后 , 我发现我还有许多不足 , 所学 到的知识还远远不够， simulink 的应用是如此的广泛，在以后的时间里我将继续对加强对 matlab 的学习。