功率电子 课程设计报告

《功率电子技术》

课程设计报告

姓名：孙吉元

学号：0901********

学部（系）：信息学部

专业年级：09自动化

指导教师：张晓丹

2011年 12 月 28 日

目录

1. 课程设计的目的 (1)

2. 课程设计的要求 (1)

3. 课程设计内容 (1)

3.1项目一：单相半波可控整流电路 (1)

3.1.1 原理图 (1)

3.1.2 仿真模型 (2)

3.1.3 参数设置 (2)

3.1.4 仿真结果 (4)

3.1.5 仿真分析 (5)

3.2项目二：三相半波可控整流电路...... 错误！未定义书签。

3.2.1 电路原理图 ................................ 错误！未定义书签。

3.2.2 仿真模型 (5)

3.2.3 参数设置 .................................... 错误！未定义书签。

3.2.4 仿真结果 (7)

3.2.5 仿真分析...................................... 错误！未定义书签。

3.3项目三：单相交流调压电路电路 (9)

3.3.1电路原理图 (9)

3.3.2 仿真模型图 (9)

3.3.3 参数设置 (10)

3.3.4 仿真结果 (11)

3.3.5 仿真分析 (8)

3.4项目四：三相桥式SPWM逆变电路 (12)

3.4.1 电路原理图 (12)

3.4.2 仿真模型 (12)

3.4.3 参数设置 (13)

3.4.4 仿真结果 (14)

3.5项目四：直流斩波电路仿真 (12)

3.5.1 原理图 (8)

3.5.2 仿真模型 (9)

3.5.3 参数设置 (9)

3.5.4 仿真结果 (11)

4. 课程设计总结 (16)

5. 参考书目 (16)

1. 课程设计的目的

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. 课程设计的要求

（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

3.1 项目一：单相半波可控整流电路

3.1.1 原理图

单相半波可控整流电流（电阻性负载）原理图，晶闸管作为开关元件，变压器t 器变换电压和隔离的作用，用u1和u2分别表示一次和二次电压瞬时值，二次电压u2为50hz 正弦波波形如图所示，其有效值为u2

1

u 2

u VT T

u d

u d

i Tr

3.1.2 仿真模型

根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图

3.1.3 参数设置

仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0结束时间0.05s

脉冲参数，振幅1V，周期0.02，占空比10%，时相延迟0.02*30/360s

电源参数，频率50hz，电压220v

晶闸管参数

3.1.4 仿真结果

设置触发脉冲α别为30°与其产生的相应波形分别在波形图中：

第一列波形为脉冲，第二列波形为晶闸管电压波形，第三列波形为晶闸管电流波形，第四列波形为晶闸管电阻、电流波形，第五列波形为电源电压波形。

3.1.5 仿真分析

在电源电压正半波（0~π区间），晶闸管承受正向电压，在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流Id，负载上有输出电压和电流。

在ωt=π时刻，U2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为0。

在电源电压负半波（π~2π区间），晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，负载电流为0。

直到电压电源U2的下个周期的正半波，脉冲在ωt=2π+α处又触发晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流有加在负载上，如此不断反复。

3.2 项目二：三相半波可控整流电路仿真

3.2.1 电路原理图

变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形，为△/Y接法。三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起为共阴极接法

d

u R

1

VT

3

VT

d i

2

VT

r T

3.2.2 仿真模型图

根据原理图仿真电路图

3.2.3 参数设置

仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间

0结束

脉冲参数，振幅1V，周期0.02，占空比10%，时相延迟为（α+30）*0.01/180

电源参数，频率50hz，电压100v

3.2.4 仿真结果

设置触发脉冲α分别为30°与其产生的相应波形，在波形图中第一列波为脉冲波形，第二列波为流过晶闸管电流波形，第三列波为晶闸管电压波形，第四列波为负载电流波形和负载电压波形

3.2.5 仿真分析

a =0?时的工作原理分析：晶闸管的电压波形，由3段组成：

第1段，VT1导通期间，为一管压降，可近似为u T1=0

第2段，在VT1关断后，VT2导通期间，u T1=u a-u b=u ab，为一段线电压。

第3段，在VT3导通期间，uT1=ua-uc=uac ，为另一段线电压。

a = 30?时的波形

负载电流处于连续和断续之间的临界状态，各相仍导电120?。

a > 30?的情况，负载电流断续，晶闸管导通角小于120?

3.3 项目三：单相交流调压电路电路

3.3.1 原理图

3.3.2 仿真模型

3.3.3 参数设置晶闸管设置

电源设置

脉冲设置

3.3.4 仿真结果

3.3.5 仿真结果分析

随着a的增大，U0逐渐减小，直到a=180时，U0=00负载电压波形是电源电压的一

部分，通过触发延迟角为a的变化就可以实现输出电压的控制。

3.4 项目四：三相桥式SPWM 逆变电路

3.4.1 电路原理图

工作原理：

整个实验在三相桥式逆变电路下进行，如下图1，电感电阻性负载，A 、B 、C 相

的上下桥臂轮流导通。当1VT 导通，4VT 截止时，a 点电位位Ud/2；当4VT 导通，1VT 截止时，a 点电位位-Ud/2。同理可得b 、c 点的电位。通过控制六个管子的导通时间，达到逆变效果。 3.4.2 仿真模型

3.4.3 参数设置

A正弦模块设置，幅值为0.8，频率为100*pi，初相位为0.

B、C相需要设置初相位时有个120°的差值

3.4.4

仿真结果

3.5 项目三： 直流斩波电路仿真

3.5.1电路结构

用IGBT 作为电路的控制开关，用上一个二极管起续流作用，在加上L-C 低通滤波电路组成Buck 电路 。如下图所示:

R

L +

-C

U0iD +

-iL

i

VD

E

IGBT

3.5.2建立仿真模型

根据原理图用matalb 软件画出正确的仿真电路图，如图下图。

powergui

Continuous Voltage Measurement

v +-

Series RLC Branch 1

Series RLC Branch

Scope

Pulse

Generator

IGBT

g

m

C E

Diode

DC Voltage Source 1

DC Voltage Source

Current Measurement

i +-Io

Uo

3.5.3仿真参数设置

仿真参数，算法（solver ）ode15s ，相对误差（relativetolerance ）1e-3，开始时间0结束时间0.1s

脉冲参数，振幅1V ，周期0.02，占空比80%，时相延迟为150*0.02/360 电源参数，直流电压100v

3.5.4仿真结果如下：

4. 课程设计总结

经过此次课程设计，增加了我对MATLAB的Simulink和SimPowerSystem 模块库应用熟悉，并且能够很好的应用这些模块对功率电子技术课程中的基本电路进行仿真和分析。

功率电子技术课程是一门专业技术基础课，这次的课程设计正好给我们提供了实践与理论相结合的机会。

当然，在这次课程设计中仍然表现了自身很多的知识的欠缺和遗忘，所以这次课程设计的结束只是一次很好的检验所学知识的开始，我还有更远的路要走，去把所学的知识努力应用到实践上面去。

5. 参考书目

1）.电力电子技术第5版王兆安刘进军主编机械工业出版社

2）.计算机仿真技术与CAD 第2版李国勇谢克明杨丽娟编著电子工业出版社

3）《电子技术基础实验与课程设计》第二版，国防科技大学高吉祥主编