功率电子技术课.docx

1、 1目 录1.课程设计目的12.课程设计要求13.课程设计内容13.1 单相半波可控整流电路的仿真23.2 三相半波可控整流电路的仿真83.3 直流斩波电路的仿真143.4 单相交流调压电路的仿真183.5 三相桥式全控整流电路的仿真233.6单相桥式半控电路的仿真274.课程设计总结315.课程设计体会及建议326.参考书目321. 课程设计目的：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；

2、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 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

3、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：（1）选取、明确设计任务，对所要设计的任务进行具体分析，充分了解系统性能、指标内容及要求。 （在课程设计基本选题里面至少选取五种电路进行仿真）（2）了解电路原题，画出原题框图。（3）进行仿真分析。（4）撰写课程设计报告（说明书）：课程设计报告是对设计全过程的系统总结，也是培养综合科研素质的一个重要环节。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：单相半波可控整流电路（电阻性负载）3.1.2建立仿真模型：三三三三三三三三三三Continuouspowerguiv+-Voltage Measur

4、ement1v+-Voltage Measurementg ma kThyristor+Series RLC BranchScopePulseGeneratori+-Current MeasurementAC Voltage SourceUvtU2Ugudid3.1.3设置模型参数：（1）交流电参数：幅值 100V，初相位 0，频率 50Hz(2)脉冲器的参数：脉冲幅值 1v,周期 0.02s,脉宽占整个周期的 10%，相位延迟(180*0.02)/360（即 =180）(3)晶闸管参数：取默认值(4)电阻:R=1 3.1.4模型仿真：(1)延迟角 =0，波形如下：(2)延迟角 =30，波形如

5、下： (3)延迟角 =60，波形如下：(4)延迟角 =90，波形如下：(5)延迟角 =120，波形如下：(6)延迟角 =150，波形如下：(7)延迟角 =180，波形如下：3.1.5仿真波形分析：在 实 验 中 ， 通 过 改 变 触 发 角 的 大 小 ， 来 观 察 负 载 的 输 出 电 压 等 参 数 对应 的 波 形 变 化 ， 直 观 ， 而 且 易 于 比 较 。 而 单 相 半 波 整 流 电 路 中 电 阻 性 负 载 ：在 晶 闸 管 VT 处 于 断 态 时 ， 电 路 中 无 电 流 ， 负 载 电 阻 两 端 电 压 为 零 ， U2 全 部 施加 于 VT 两 端

6、。 在 电 路 中 电压与电流成正比，两 者 波 形 相 同 。 电阻对电流没有阻碍作用，没 有 续 流 的 作 用 ， 不会产生反向电流，晶 闸 管 的 电 压 没 有 负 值 。单相半波可控电路中，负载电流、晶闸管和变压器二次侧电流有效值相等。3.2 三相半波可控整流电路的仿真3.2.1电路原理图：三相半波可控整流电路原理图以及理论波形参考图3.2.2建立仿真模型：三三三三三三三三三三Continuouspowerguiv+-Voltage Measurementv+-V3v+-V2v+-V1g ma kThyristor2g ma kThyristor1g ma kThyristorTe

7、rminator1Terminator+Series RLC BranchScopePulseGenerator2PulseGenerator1PulseGeneratori+-Current MeasurementAC Voltage Source2AC Voltage Source1AC Voltage Sourceu2uguvtIdudud id3.2.3设置模型参数：（1）交流电参数：AC1：AC2：AC3：（2）脉冲器参数：脉冲幅值 1v,周期 0.02s,脉宽占整个周期的 10%，相位延迟(0+30*0.02)/360（即 =0）(3)晶闸管参数：取默认值(4)电阻:R=5 3.2

8、.4模型仿真：(1)延迟角 =0，波形如下：(2)延迟角 =30，波形如下：(3)延迟角 =60，波形如下：(4)延迟角 =90，波形如下：(5)延迟角 =120，波形如下：(6)延迟角 =150，波形如下：3.3.5仿真波形分析：a 30 时，整流电压波形与电阻负载时相同。 a 30 时，u2 过零时，VT1 不关断，直到 VT2 的脉冲到来才换流，由VT2 导通向负载供电，同时向 VT1 施加反压使其关断，因此 ud 波形中会出现负的部分。 id 波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将 id 近似为一条水平线。 阻感负载时的移相范围为 90 。 3.3 直流斩波电路的仿真3.3.1

9、电路原理图：直流斩波电路（升压型）3.3.2建立仿真模型：三三三三三三三三三三Continuouspowerguiv+-Voltage MeasurementTerminator+Series RLC Branch2+Series RLC Branch1+Series RLC BranchScopePulseGeneratorgmCEIGBTma kDiodeDC Voltage Sourcei+-Current Measurement u0i1i0igug3.3.3设置模型参数：（1）电源参数：直流 20V；（2）脉冲器参数：占空比 50%；（3）电阻 1 、电感 1e-3H、电容 13e-

10、6F(4)晶体管参数：取默认值3.6.4模型仿真：(1)占空比为 50%，波形如下：(2)占空比为 30%，波形如下：(3)占空比为 80%，波形如下：3.3.5仿真波形分析：通过波形分析，当占空比 分别小于、等于、大于 50%时，输出电压与电源电压的关系，可知， 越大，输出电压升压的倍数越大。又 +=1，=Toff/T,故调节 Toff/T的比，即改变 大小，可以控制其输出电压的大小。3.4 单相交流调压电路的仿真3.4.1电路原理图：3.4.2建立仿真模型：三三三三三三三三Continuouspowerguiv+-Voltage Measurement1v+-Voltage Measure

11、mentgmakThyristor1g ma kThyristor+Series RLC BranchScopePulseGenerator1PulseGeneratori+-Current MeasurementAC Voltage Sourceu0i0u1uvt3.4.3设置模型参数：（1）交流电参数：幅值 100V，初相位 0，频率 50Hz(2)脉冲器的参数：脉冲幅值 1v,周期 0.02s,脉宽占整个周期的 10%，相位延迟(30*0.02)/360（即 =30）(3)晶闸管参数：取默认值 (4)电阻:R=3 3.4.4模型仿真：(1)延迟角 =0，波形如下：（2)延迟角 =30，波

12、形如下：(3)延迟角 =60，波形如下：(4)延迟角 =90，波形如下：(5)延迟角 =120，波形如下：(6)延迟角 =150，波形如下：(7)延迟角 =180，波形如下：3.4.5仿真波形分析：以上各图分别为触发角 为 0,30,60,90,120，150，180时所得的仿真波波形，当负载为电阻性负载时，负载电压和负载电流波形一致，随着触发角的增大，波形的占空比减小，电流和电压出现断续。当触发角为0时，波形为完整的正弦波；当触发角为度时 180时，波形为一条直线，由此可以说明单相交流调压电路带电阻性负载时的触发角 的取值范围为 0-180。控制角 对输出电压 U的移相可控区域是 0-180

13、度。3.5 三相桥式全控整流电路的仿真3.5.1电路原理图：三相桥式全控整流电路原理图3.5.2建立仿真模型：三三三三三三三三三三Continuouspowerguiv+-Voltage Measurement1 v+-Voltage MeasurementgmakThyristor5gmakThyristor4gmakThyristor3gmakThyristor2gmakThyristor1gmakThyristorNABCThree-PhaseProgrammableVoltage SourceTerminator5 Terminator4Terminator3Terminator2Te

14、rminator1Terminator+Series RLC BranchScopePulseGenerator5PulseGenerator4PulseGenerator3PulseGenerator2PulseGenerator1PulseGeneratori+-Current Measurementuduvtid3.5.3设置模型参数：（1）交流电参数：幅值 380V，初相位 0.001，频率 50Hz(三相交流电源）(2)脉冲器的参数：脉冲幅值 1v,周期 10s,脉宽占整个周期的 5%，相位延迟 0(3)晶闸管参数：取默认值(4)电阻:R=1 3.5.4模型仿真：(1)延迟角 =0，波形如下：(2)延迟角 =30，波形如下：(3)延迟角 =60，波形如下：3.5.5仿真波形分析：当触发角为 30度的时候，一周期中负载电压波形任由六段线电压组成，每一段导通的晶闸管符合其每次导通 60度角，相对于触发角为 0度时，晶闸管的起始导通时刻推迟了 30度，组成负载电压的每一段先电压也因此推迟 30度，平均电压下降。负载电压与负载电流的波形一致。晶闸管的电流波形与负载电压波形相同，但是为负。3.6 单相桥式半控整流电路的仿真3.6.1电路原理图：单相桥式半控整流电路原理图（阻感负载）3.6.2建立仿真模型：