实验二、基于Simulink的直流斩波电路的仿真实验报告

自动化（院、系）自动化专业112 班组电力电子技术课实验二、基于Simuilink的直流斩波电路仿真实验

一、实验目的

(1)加深理解直流斩波电路的工作原理。

(2)学会应用Matlab的可视化仿真工具Simulink以及元器件的参数设置。

二、实验内容

2.1理论分析

2.1.1直流降压斩波电路

直流降压斩波电路原理图如图1(a)所示。图中用理想开关S代表实际的电力电子开关器件；R为纯阻性负载。当开关S在ton时间接通时，加到负载电阻上的电压Uo等于直流电源Ud。当开关S在toff时间断开时,输出电压为零,直流变换波形如图1(b)所示。输出电压平均值为：Uo=ton/Ts*Ud= D*Ud(1)

式中：ton为斩波开关S在一个周期内的导通时间；toff为斩波开关S在一个周期内的关断时间；Ts为斩波周期,Ts= ton+toff；D为占空比，D = ton/Ts。由此可见，改变导通占空比D，就能够控制斩波电路输出电压Uo的大小。由于D是在0~1之间变化的系数，因此输出电压Uo总小于输入电压Ud，即为降压输出。

（院、系）专业班组课2.1.2直流升降压斩波电路

升降压斩波电路输出电压平均值为：Uo=-ton/toff*Ud=-D/（1-D）*Ud 式中：负号表示输出电压与输入电压反相。当D =0.5时，Uo=Ud；当D>0.5时，Uo>Ud，为升压变换;当D<0.5时，Uo

2.2仿真设计

2.2.1直流降压斩波电路

图2为由IGBT组成的Buck直流变换器仿真模型，IGBT按默认参数设置,并取消缓冲电路即RS=5Ω；CS=0；电压源参数取US=200 V，E=80 V；负载参数取R=10Ω，L=5 mH。打开仿真参数窗口，选择ode23tb算法,相对误差设置为1e -03，开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为0.01 s，控制脉冲周期设置为0.001 s(频率为1 000 Hz)，控制脉冲占空比。

2.2.2直流升降压斩波电路

图4给出了由IGBT元件组成的升降压斩波电路仿真模型，IGBT按默认参数设置并取消缓冲电路，即RS=5Ω；CS=0；负载R=50Ω，C=3e -05 F，电感支路L=5 mH。控制脉冲占空比。

（院、系）专业班组课

2.3仿真结果

2.3.1直流降压斩波电路仿真结果

占空比为50%时负载电压波形

占空比为80%时负载电压波形

占空比为40%时负载电压波形

（院、系）专业班组课2.3.2直流升降压斩波电路仿真结果

占空比为50%时负载电压波形

占空比为25%时负载电压波形

占空比为75%时负载电压波形

三、实验小结与改进

由2.3.1图可以看出,负载上电压分别为100 V,160 V,80 V,满足Uo=ton/T*Ud= D*Ud，与降压斩波理论分析吻合。从2.3.2图可以看出,负载上电压分别为100 V,33 V,300 V,满足Uo=-D/（1-D）*Ud,与升降压斩波理论分析吻合。

此次实验让我对直流斩波有了更深层次的了解，虽然在用MATLAB软件仿真是遇到了许多操作上的问题和其他许多的困难，致使仿真花费了很多时间才达到有效效果。但是我还是通过不断的学习解决了这些难题。

通过以上的仿真过程分析,也得到下列结论:(1)直流变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关器件,通过控制主电路的接通与断开,将恒定的直流斩成断续的方波,经滤波后变为电压可调的直流输出电压。利用Simulink对降压斩波电路和升降压斩波的仿真结果进行了详细分析,与采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较,进一步验证了仿真结果的正确性。(2)采用Matlab/Simulink对直流斩波电路进行仿真分析,避免了常规分析方法中繁琐的绘图和计算过程,得到了一种较为直观、快捷分析斩波电路的新方法。同时其建模方法也适用于其他斩波电路的仿真,只需对电路结构稍作改变即可实现,因此实用性较强。(3)应用Matlab/Simulink进行仿真,在仿真过程中可以灵活改变仿真参数,并且能直观地观察到仿真结果随参数的变化情况。