功率电子技术完整版解析

《功率电子技术》课程设计报告

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2014年月3日

目录

1.课程设计目的 (3)

2.课程设计要求 (3)

3.课程设计内容 (3)

3.1项目一单相半波可控整流电路的仿真 (3)

3.2项目二单相桥式全控整流电路的仿真 (9)

3.3项目三三相半波可控整流电路的仿真 (14)

3.4项目四三相桥式全控整流电路的仿真 (20)

3.5项目五单相交流调压电路的仿真 (26)

3.6项目六单相桥式有源逆变电路的仿真 (31)

3.7项目七三相桥式有源逆变电路的仿真 (39)

3.8项目八项目八直流斩波电路的仿真 (45)

4.课程设计总结 (53)

5.课程设计体会及建议 (53)

6.参考书目 (53)

1.课程设计目的

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.课程设计要求

（1）熟悉MA TLAB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的仿真

3.1.1电路原理图

3.1.2建立仿真模型

3.1.3设置模型参数

电源参数

脉冲参数

3.1.4模型仿真

当触发角α=0°时，波形图

当触发角α=30°时，波形图

当触发角α=60°时，波形图

当触发角α=90°时，波形图

当触发角α=120°时，波形图

当触发角α=150°时，波形图

当触发角α=180°时，波形图

3.1.5仿真波形分析

电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不能发生突变。其实当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=0.当VT处于通态时，相当于VT短路。负载电感的存在使得晶闸管的导通角增大，在电源电压由正到负的过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流的平均值减小；大电感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压平均值趋于零。

3.2项目二单相桥式全控整流电路的仿真

3.2.1电路原理图

3.2.2建立仿真模型

3.2.3设置模型参数交流电源参数

同步脉冲信号发生器参数

电阻电感参数

3.2.4模型仿真

当触发角α=30°时，波形图

当触发角α=60°时，波形图

当触发角α=90°时，波形图

当触发角α=120°时，波形图

3.2.5仿真波形分析

由于电感的作用，输出电压出现负波形；当电感无限大时，控制角α在0~90°之间变化时，晶闸管导通角θ=π，导通角θ与控制角α无关。输出电流近似平直，流过晶闸管和变压器副边的电流为矩形波。α=120°时的仿真波形，此时的电感为有限值，晶闸管均不通期间，承受二分之一的电源电压。

3.3项目三三相半波可控整流电路的仿真3.3.1电路原理图

3.3.2建立仿真模型

3.3.3设置模型参数

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

电源参数

晶闸管参数

3.3.4模型仿真

当触发角α=0°时，波形图

当触发角α=30°时，波形图

当触发角α=60°时，波形图

当触发角α=90°时，波形图

3.3.5仿真波形分析

α=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uT1=0

第2段，在VT1关断后，VT2导通期间，uT1=ua-ub=uab，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。

α=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。

α>30°的情况，负载电流断续，晶闸管导通角小于120

3.4项目四三相桥式全控整流电路的仿真

3.4.1电路原理图

3.4.2建立仿真模型

3.4.3设置模型参数晶闸管参数

电源参数

脉冲参数

3.4.4模型仿真

当触发角α=30°时，波形图

当触发角α=60°时，波形图

当触发角α=90°时，波形图

3.4.5仿真波形分析

对于纯电阻性负载，当触发角小于等于90°时，Ud波形均为正值，直流电流Id与

Ud成正比，并且电阻为1欧姆，所以直流电流波形和直流电压一样。随着触发角增大，在电压反向后管子即关断，所以晶闸管的正向导通时间减少，对应着输出平均电压逐渐减小，并且当触发角大于60°后Ud波形出现断续。而随着触发角的持续增大，输出电压急剧减小，最后在120°时几乎趋近于0。对于晶闸管来说，在整流工作状态下其所承受的为反向阻断电压。移相范围为0~120。

对于阻感性的负载，当触发角小于60°时，整流输出电压波形与纯阻性负载时基本相同，所不同的是，阻感性负载直流侧电流由于有电感的滤波作用而不会发生急剧的变化，输出波形较为平稳。而当触发角大于等于60°小于90°时，由于电感的作用，延长了管子的导通时间，使Ud波形出现负值，而不会出现断续，所以直流侧输出电压会减小，但是由于正面积仍然大于负面积，这时直流平均电压仍为正值。当触发角大于90°时，由于id太小，晶闸管无法再导通，输出几乎为0。工作在整流状态，晶闸管所承受的电压主要为反向阻断电压。移相范围为0~90。电感能够使电流输出平稳；在没有续流二极管的情况下，晶闸管的导通时间得到延长，而当加入续流二极管后，电流通过二极管续流，二极管续流功率损耗较小，这时输出电流相对来说就较不加续流二极管时要小，而输出电压相对来说却要大些。