1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電力電子學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：陳思竹 班級(jí)： -03 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師：譚智力 日期： 2012.4.28 實(shí)驗(yàn)一 DC-DC變換電路的性能研究 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉Matlab的仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，熟悉Buck電路、Boost電路、Cuk電路及單端反激變換（Flyback）電路的工作原理，掌握這幾種種基本DC-DC變換電路的工作狀態(tài)及波形情況，初步了解閉環(huán)控制技術(shù)在電力電子變換電路中的應(yīng)用。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1Buck變換電路的建模，波形觀察及相關(guān)電壓測(cè)試 2Boost變換電路的建模，波形觀察及相關(guān)電壓測(cè)試； 3Cuk電路的建模，波形觀察及電壓測(cè)試； 4單端反激變換（Flyback

2、）電路的建模，波形觀察及電壓測(cè)試，簡(jiǎn)單閉環(huán)控制原理研究。 （一）Buck變換電路實(shí)驗(yàn) 1.電路模型 降壓變換器的輸入電壓為200V，輸出電壓為50V，紋波電壓為輸出電壓的0.2%，負(fù)載電阻為20，工作頻率為20kHz。電感電流連續(xù)。2、實(shí)驗(yàn)步驟（1）、利用Matlab中的Simulink建立滿足條件的電路模型，如圖1所示； 圖1（2）、計(jì)算電感及電容參數(shù)，完成各模塊參數(shù)設(shè)置；根據(jù)已知條件：輸入電壓為200V，輸出電壓為50V，紋波電壓為輸出電壓的0.2%，負(fù)載電阻為20，工作頻率為20kHz，電感電流連續(xù)。電感電流連續(xù)時(shí)，D=M=V0/VS=50/200=0.25；要使電感電流連續(xù)，則必須有I

3、omin>=IOB=V0(1-D)/2Lfs；（IOB為臨界負(fù)載電流）；則有：L>=V0(1-D)/2fsIomin=50*0.75/2*20*1000*2.5=0.375mH；要使輸出電壓紋波為輸出電壓的0.2%，有V/ Vo=* (fc/fs)²*（1-D） /20.2%，所以fc=1/(2*pi*LC) (fs*0.4%/(1-D)/,C1/(4*2*L*fc2),計(jì)算后選取的C值為240uF，經(jīng)驗(yàn)算符合條件。參數(shù)L=0.375,C=240uF。3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（1）當(dāng)fs=20 kHz時(shí)，在scope端觀察到的波形圖如下，其中波形1為門極電壓，波形2為電感電壓，

4、波形3為電感電流，波形4為輸出電壓，波形5為MOSFET電流，波形6為續(xù)流二極管電流：（2）當(dāng)fs=50 kHz時(shí)，在scope端觀察到的波形圖如下：（3）、記錄輸出電壓的平均值 fs=20KHZ時(shí)，輸出電壓平均值為：49.87V； fs=50KHZ時(shí)，輸出電壓平均值為：49.4.V。（4）分析提高開關(guān)頻率對(duì)輸出波形的影響由圖對(duì)比可看出，提高開關(guān)頻率之后，MOSFET電流，續(xù)流二極管電流、電感電流在一個(gè)周期變量化變小，輸出電壓波形更穩(wěn)定，由此看出紋波系數(shù)也變小。而這一結(jié)果與理論分析相吻合。（二）Boost變換電路實(shí)驗(yàn)1.電路模型升壓變換器的輸入電壓為3-6V，輸出電壓為15V，紋波電壓低于輸出

5、電壓的0.2%，負(fù)載電阻為10，工作頻率為40kHz。電感電流連續(xù)。2、實(shí)驗(yàn)步驟（1）利用Matlab中的Simulink建立滿足條件的電路模型，如圖2所示。 圖2（2）參數(shù)計(jì)算在輸入電壓為6V時(shí)： 電感電壓連續(xù)，則有：Vo=Vs/(1-D)，所以算得D=0.6；要使電感電流連續(xù)，則必須有Iomin>=IOB=V0*D(1-D)/2Lfs；（IOB為臨界負(fù)載電流）；所以有：L>=Vo*D(1-D)/2fs*Iomin=0.012mH；取L=0.016mH;輸出電壓紋波：V/ Vo=D*fc/fs0.2%所以fc=1/RC 0.2%*fs/D=1.34kHz,C1/（R *fc）=7

6、4uF,本模型中選取的C值為75uF。3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（1）當(dāng)fs=20 kHz時(shí)，在scope端觀察到的波形圖如下：其中波形1為MOSFET的門極電壓，波形2為輸入電壓，波形3為電感電流，波形4為輸出電壓，波形5為續(xù)流二極管電流，波形6為MOSFET電流。（2）當(dāng)fs=50 kHz時(shí)，在scope端觀察到的波形圖如下：（3）記錄輸出電壓的平均值當(dāng)fs=20kHz時(shí)，程序運(yùn)行穩(wěn)定后，在電路模型的Display中可直接觀測(cè)到平均電壓值，為15.8V；當(dāng)fs=50kHz時(shí)，平均電壓值為13.65V。（4）當(dāng)減小電感值到4H，使電感電流不連續(xù)時(shí)，在scope端觀察到的波形圖如下：（5）分析電感小于

7、臨界值時(shí)對(duì)輸出電壓波形的影響理論分析結(jié)果為，減小電感時(shí)，占空比將變小，輸出的臨界電流將增大，電感電流可能出現(xiàn)斷流，而根據(jù)公式，也可推導(dǎo)出二極管電流和MOSFET管電流在一個(gè)周期內(nèi)的上升率和下降率都變大，而此時(shí)，輸出電壓增大，紋波系數(shù)變小。從上圖的結(jié)果可以看出實(shí)際仿真結(jié)果基本符合理論分析。（三）Cuk變換電路實(shí)驗(yàn)1.電路模型輸入電壓為20V，輸出電壓為530V，負(fù)載電阻為10，工作頻率為10kHz。電容C1為4700f,負(fù)載側(cè)電容為3300f ，L1和L2分別為4mH 和1mH。2、實(shí)驗(yàn)步驟（1）利用Matlab中的Simulink建立滿足條件的電路模型，如圖3所示。 圖33、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（1

8、）在scope1端觀察到的波形圖如下：其中波形1為MOSFET的門極電壓，波形2為輸入電流，波形3為電感電流。在u0中，波形為輸出電壓在uc1中，波形為續(xù)流二極管電壓在uc2中，波形1為MOSFET電流，波形2為續(xù)流二極管電流（2）記錄輸出電壓的平均值當(dāng)fs=20kHz時(shí)，程序運(yùn)行穩(wěn)定后，在電路模型的Display中可直接觀測(cè)到平均電壓值，為29.29V，如圖3所示。（3）改變占空比后所對(duì)應(yīng)的電壓平均值列表如下：占空比D10%30%50%55%60%電壓值（V）1.4237.76519.1323.6329.29由表中數(shù)據(jù)得到的輸出電壓與占空比點(diǎn)關(guān)系曲線如圖4：（四）Flyback變換電路實(shí)驗(yàn)

9、1、電路模型輸入電壓為110V，輸出三路電壓為+5V，+15V，-15V，負(fù)載電阻為10，工作頻率為40K。負(fù)載側(cè)電容為3300f。變壓器模型在Elements/Multi-Winding Transform中，需要修改的參數(shù)見圖4（a）,圖4（b）為PWM模塊的內(nèi)部參考圖。PID模塊的分別設(shè)置為kp=0.6,ki=200,kd=0。 圖42、實(shí)驗(yàn)步驟建立仿真波形，Matlab模型可參見圖5 圖53、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 （1）、在scope端觀察到的波形圖如下：它們分別為三路輸出電壓波形； （3）、測(cè)量輸出電壓的平均值并顯示。 當(dāng)fs=40kHz時(shí)，程序運(yùn)行穩(wěn)定后，在電路模型的Display中可直

10、接觀測(cè)到平均電壓值，V1=4.834,V2=15.73,V3=-15.73。與實(shí)驗(yàn)要求基本吻合。 （4）、PID控制的作用。 比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差,系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差,比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大,可以加快調(diào)節(jié),減少誤差,但是過大的比例,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降,甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差,提高無差度。因?yàn)橛姓`差,積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行,直至無差,積分調(diào)節(jié)停止,積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù)Ti,Ti越小,積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱,加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合

11、,組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。實(shí)驗(yàn)二 DC-AC變換電路的性能研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜蜗鄻蚴椒讲孀冸娐贰蜗郤PWM逆變電路、三相橋式方波逆變電路、三相SPWM逆變電路的工作原理，掌握這幾種種基本DC-AC變換電路的工作狀態(tài)及波形情況，掌握利用Matlab中FFT工具分析各種輸出波形 畸變情況的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1單相橋式方波逆變電路的建模，波形觀察及相關(guān)電壓、電流測(cè)試；2三相橋式方波逆變電路的建模，波形觀察及相關(guān)電壓、電流測(cè)試。（一）單相逆變電路實(shí)驗(yàn)1.電路模型單相橋式方波逆變電路和單相橋式SPWM逆變電路，直流電壓為300V，輸出電壓頻率為50Hz。1.1、單相橋式方波逆變電路2、實(shí)驗(yàn)步

12、驟（1）利用Matlab中的Simulink建立滿足條件的電路模型，如圖6所示。 圖63、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（1）在scope端觀察到的波形圖及其局部放大圖如下：其中波形1為MOSFET的門極電壓波形，波形2為負(fù)載電壓，波形3為電流波形。R=30時(shí)波形圖為：R=20、L=60mH時(shí)波形圖為：L=100mH時(shí)波形圖為：1.2、單相橋式SPWM逆變電路2、實(shí)驗(yàn)步驟（1）利用Matlab中的Simulink建立滿足條件的電路模型，如圖7所示。 圖73、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（1）在scope端觀察到的波形圖及其局部放大圖如下：其中波形1為MOSFET的門極電壓波形，波形2為負(fù)載電壓，波形3為電流波形。R=30時(shí)

13、波形圖為： R=20、L=60mH時(shí)波形圖為：L=100mH時(shí)波形圖為：（2）兩種逆變器各自的優(yōu)點(diǎn)：方波逆變線路比較簡(jiǎn)單，使用的功率開關(guān)管數(shù)量少；SPWM逆變器能產(chǎn)生很類似于正弦的波形。一）三相逆變電路實(shí)驗(yàn)1.電路模型三相橋式方波逆變電路和三相橋式SPWM逆變電路，直流電壓為300V，輸出電壓頻率為50Hz。1.1、三相橋式方波逆變電路2、實(shí)驗(yàn)步驟（1）利用Matlab中的Simulink建立滿足條件的電路模型，如圖8所示。 圖83、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析在scope端觀察到的波形圖如下：波形1為MOSFET的門極電壓，波形2為ab相電壓，波形3為c相電壓，波形4為a相電流。R=30時(shí)波形圖為： R=

14、20、L=60mH時(shí)波形圖為：L=100mH時(shí)波形圖為：1.2、三相橋式SPWM逆變電路2、實(shí)驗(yàn)步驟（1）利用Matlab中的Simulink建立滿足條件的電路模型，如圖9所示。 圖93、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析在scope端觀察到的波形圖如下：波形1為MOSFET的門極電壓，波形2為ab線電壓，波形3為c相電壓，波形4為a相電流 .R=30時(shí)波形圖為：R=20、L=60mH時(shí)波形圖為：L=100mH時(shí)波形圖為：實(shí)驗(yàn)三 AC-DC變換電路的性能研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜蜗嗖豢卣骱腿嗖豢卣麟娐?、單相橋式相控整流和三相橋式相控整流電路工作原理，掌握這幾種種基本AC-DC變換電路的工作狀態(tài)及波形情況，初步了

15、解三相橋式相控整流電路實(shí)現(xiàn)負(fù)載恒流和恒壓的控制方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1單相不控整流和三相不控整流電路的建模，波形觀察及相關(guān)電壓、電流測(cè)試；2單相橋式相控整流的建模，波形觀察及相關(guān)電壓、電流測(cè)試；3三相橋式相控整流電路的建模，波形觀察及相關(guān)電壓、電流測(cè)試；4恒流輸出的三相橋式相控整流電路的建模，波形觀察及相關(guān)電壓、電流測(cè)試；5恒壓輸出的三相橋式相控整流電路的建模，波形觀察及相關(guān)電壓、電流測(cè)試；（一）不控整流電路實(shí)驗(yàn)1.電路模型單相不控整流和三相不控整流電路，交流電壓有效值為220V， 頻率為50Hz，負(fù)載R=30，C=2200F。1.1、單相不控整流電路2、實(shí)驗(yàn)步驟（1）利用Matlab中的Simu

16、link建立滿足條件的電路模型，如圖10所示。 圖103、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析在scope端觀察到的波形圖，波形1為電源電壓波形（黃線），波形2為電源電流波形即負(fù)載電流波形（紫線）：在scope1中，波形為輸出電壓波形：在scope2中，波形為負(fù)載電壓波形：1.1、三相不控整流電路2、實(shí)驗(yàn)步驟（1）利用Matlab中的Simulink建立滿足條件的電路模型，如圖10所示。3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析在scope3端觀察到的波形圖如下：在scope1中，波形為輸出電壓波形：在scope1中，波形為負(fù)載電壓波形：（二）單相橋式相控整流電路實(shí)驗(yàn)1.電路模型單相橋式相控整流電路，交流電壓有效值為220V， 頻率為50

17、Hz。負(fù)載R=30，C=2200F。2、實(shí)驗(yàn)步驟（1）利用Matlab中的Simulink建立滿足條件的電路模型，如圖11所示。 圖113、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析在scope端觀察到的波形圖及其局部放大圖如下：（1）=0°在scope1中的波形：在scope2中的波形：在scope3中的波形：（2）=30°在scope1中的波形：在scope2中的波形：在scope3中的波形：（3）=60°在scope1中的波形：在scope2中的波形：在scope3中的波形：（4）=90°在scope1中的波形：在scope2中的波形：在scope3中的波形：（5）=120&

18、#176;在scope1中的波形：在scope2中的波形：在scope3中的波形：（三）三相橋式相控整流電路實(shí)驗(yàn)1.電路模型三相橋式相控整流電路，交流電壓有效值為220V， 頻率為50Hz，負(fù)載R=30，C=2200F。2、實(shí)驗(yàn)步驟（1）利用Matlab中的Simulink建立滿足條件的電路模型，如圖12所示。 圖123、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析在scope端觀察到的波形圖如下：（1）=0°在scope中的波形：在scope1中的波形：在scope2中的波形：（2）=30°在scope中的波形：在scope1中的波形：在scope2中的波形：（3）=60°在scope中的波形：在scope1中的波形：在scope2中的波形：（4）=90°在scope中的波形：在scope1中的波形：在scope2中的波形： （四）恒流輸出的三相橋式相控整流電路實(shí)驗(yàn)1.電路模型三相橋式相控整流電路，交流電壓