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文檔簡介
本文格式為Word版,下載可任意編輯——電力電子試驗報告電力電子學(xué)試驗報告
姓名:陳思竹
班級:076091-03學(xué)號:20231000688指導(dǎo)老師:譚智力日期:2023.4.28
試驗一DC-DC變換電路的性能研究
一、試驗?zāi)康?/p>
熟悉Matlab的仿真試驗環(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,把握這幾種種基本DC-DC變換電路的工作狀態(tài)及波外形況,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、試驗內(nèi)容
1.Buck變換電路的建模,波形觀測及相關(guān)電壓測試2.Boost變換電路的建模,波形觀測及相關(guān)電壓測試;3.Cuk電路的建模,波形觀測及電壓測試;
4.單端反激變換(Flyback)電路的建模,波形觀測及電壓測試,簡單閉環(huán)控制原理研究。
(一)Buck變換電路試驗
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20Ω,工作頻率為20kHz。電感電流連續(xù)。
2、試驗步驟
(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20Ω,工作頻率為20kHz,電感電流連續(xù)。
電感電流連續(xù)時,D=M=V0/VS=50/200=0.25;
要使電感電流連續(xù),則必需有Iomin>=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=[π*(fc/fs)]2*(1-D)]/2≤0.2%,所以fc=1/(2*pi*√LC)≤(fs*√[0.4%/(1-D)]/π,∴C≥1/(4*π2*L*fc2),計算后選取的
C值為240uF,經(jīng)驗算符合條件。
參數(shù)L=0.375,C=240uF。3、試驗結(jié)果與分析
(1)當(dāng)fs=20kHz時,在scope端觀測到的波形圖如下,其中波形1為門極
電壓,波形2為電感電壓,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=50kHz時,在scope端觀測到的波形圖如下:
(3)、記錄輸出電壓的平均值
fs=20KHZ時,輸出電壓平均值為:49.87V;
fs=50KHZ時,輸出電壓平均值為:49.4.V。
(4)分析提高開關(guān)頻率對輸出波形的影響
由圖對比可看出,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變換電路試驗
1.電路模型
升壓變換器的輸入電壓為3-6V,輸出電壓為15V,紋波電壓低于輸出電壓的0.2%,負(fù)載電阻為10Ω,工作頻率為40kHz。電感電流連續(xù)。2、試驗步驟
(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)計算
在輸入電壓為6V時: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),則必需有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/fs≤0.2%
所以fc=1/RC≤0.2%*fs/D=1.34kHz,C≥1/(R*fc)=74uF,本模型中選取的C值為75uF。
3、試驗結(jié)果與分析
(1)當(dāng)fs=20kHz時,在scope端觀測到的波形圖如下: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=50kHz時,在scope端觀測到的波形圖如下:
(3)記錄輸出電壓的平均值
當(dāng)fs=20kHz時,程序運行穩(wěn)定后,在電路模型的Display中可直接觀測到平均電壓值,為15.8V;
當(dāng)fs=50kHz時,平均電壓值為13.65V。
(4)當(dāng)減小電感值到4μH,使電感電流不連續(xù)時,在scope端觀測到的波形圖如下:
(5)分析電感小于臨界值時對輸出電壓波形的影響
理論分析結(jié)果為,減小電感時,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管電流在一個周期內(nèi)的上升率和下降率都變大,而此時,輸出電壓增大,紋波系數(shù)變小。從上圖的結(jié)果可以看出實際仿真結(jié)果基本符合理論分析。
(三)Cuk變換電路試驗
1.電路模型
輸入電壓為20V,輸出電壓為5~30V,負(fù)載電阻為10Ω,工作頻率為10kHz。電容C1為4700μf,負(fù)載側(cè)電容為3300μf,L1和L2分別為4mH和1mH。2、試驗步驟
(1)利用Matlab中的Simulink建立滿足條件的電路模型,如圖3所示。
圖3
3、試驗結(jié)果與分析
(1)在scope1端觀測到的波形圖如下: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,程序運行穩(wěn)定后,在電路模型的Display中可直接觀測到平均電壓值,為29.29V,如圖3所示。
(3)改變占空比后所對應(yīng)的電壓平均值列表如下:占空比D電壓值(V)10%1.42330%7.76550%19.1355%23.6360%29.29由表中數(shù)據(jù)得到的輸出電壓與占空比點關(guān)系曲線如圖4:
(四)Flyback變換電路試驗
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10Ω,工作頻率為40K。負(fù)載側(cè)電容為3300μf。
變壓器模型在Elements/Multi-WindingTransform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4
2、試驗步驟
建立仿真波形,Matlab模型可參見圖5
圖5
3、試驗結(jié)果與分析
(1)、在scope端觀測到的波形圖如下:它們分別為三路輸出電壓波形;
(3)、測量輸出電壓的平均值并顯示。
當(dāng)fs=40kHz時,程序運行穩(wěn)定后,在電路模型的Display中可直接觀測到平均電壓值,
V1=4.834,V2=15.73,V3=-15.73。與試驗要求基本吻合。
(4)、PID控制的作用。
比例調(diào)理作用: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)理馬上產(chǎn)生調(diào)理作
用用以減少偏差。比例作用大,可以加快調(diào)理,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)理作用:是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差,提高無差度。由于有誤差,積分調(diào)理就進(jìn)行,直至無差,積分調(diào)理中止,積分調(diào)理輸出一常值。積分作用的強弱取決與積分時間常數(shù)Ti,Ti越小,積分作用就越強。反之Ti大則積分作用弱,參與積分調(diào)理可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)理規(guī)律結(jié)合,組成PI調(diào)理器或PID調(diào)理器。
試驗二DC-AC變換電路的性能研究
一、試驗?zāi)康?/p>
熟悉單相橋式方波逆變電路、單相SPWM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,把握這幾種種基本DC-AC變換電路的工作狀態(tài)及波外形況,把握利用Matlab中FFT工具分析各種輸出波形畸變狀況的方法。
二、試驗內(nèi)容
1.單相橋式方波逆變電路的建模,波形觀測及相關(guān)電壓、電流測試;
2.三相橋式方波逆變電路的建模,波形觀測及相關(guān)電壓、電流測試。
(一)單相逆變電路試驗
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、試驗步驟
(1)利用Matlab中的Simulink建立滿足條件的電路模型,如圖6所示。
圖6
3、試驗結(jié)果與分析
(1)在scope端觀測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=30Ω時波形圖為:
R=20Ω、L=60mH時波形圖為:
L=100mH時波形圖為:
1.2、單相橋式SPWM逆變電路
2、試驗步驟
(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、試驗結(jié)果與分析
(1)在scope端觀測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=30Ω時波形圖為:
R=20Ω、L=60mH時波形圖為:
L=100mH時波形圖為:
(2)兩種逆變器各自的優(yōu)點:方波逆變線路比較簡單,,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)三相逆變電路試驗
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、試驗步驟
(1)利用Matlab中的Simulink建立滿足條件的電路模型,如圖8所示。
圖8
3、試驗結(jié)果與分析
在scope端觀測到的波形圖如下: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=30Ω時波形圖為:
R=20Ω、L=60mH時波形圖為:
L=100mH時波形圖為:
1.2、三相橋式SPWM逆變電路
2、試驗步驟
(1)利用Matlab中的Simulink建立滿足條件的電路模型,如圖9所示。
圖9
3、試驗結(jié)果與分析
在scope端觀測到的波形圖如下: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=30Ω時波形圖為:
R=20Ω、L=60mH時波形圖為:
L=100mH時波形圖為:
試驗三AC-DC變換電路的性能研究
一、試驗?zāi)康?/p>
熟悉單相不控整流和三相不控整流電路、單相橋式相控整流和三相橋式相控整流電路工作原理,把握這幾種種基本AC-DC變換電路的工作狀態(tài)及波外形況,初步了解三相橋式相控整流電路實現(xiàn)負(fù)載恒流和恒壓的控制方法。
二、試驗內(nèi)容
1.單相不控整流和三相不控整流電路的建模,波形觀測及相關(guān)電壓、電流測試;
2.單相橋式相控整流的建模,波形觀測及相關(guān)電壓、電流測試;
3.三相橋式相控整流電路的建模,波形觀測及相關(guān)電壓、電流測試;4.恒流輸出的三相橋式相控整流電路的建模,波形觀測及相關(guān)電壓、電流測試;
5.恒壓輸出的三相橋式相控整流電路的建模,波形觀測及相關(guān)電壓、電流測試;
(一)不控整流電路試驗
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=30Ω,C=2200μF。
1.1、單相不控整流電路
2、試驗步驟
(1)利用Matlab中的Simulink建立滿足條件的電路模型,如圖10所示。
圖10
3、試驗結(jié)果與分析
在scope端觀測到的波形圖,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、試驗步驟
(1)利用Matlab中的Simulink建立滿足條件的電路模型,如圖10所示。
3、試驗結(jié)果與分析
在scope3端觀測到的波形圖如下:
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試驗
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50Hz。負(fù)載R=30Ω,C=2200
μF。
2、試驗步驟
(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、試驗結(jié)果與分析
在scope端觀測到的波形圖及其局部放大圖如下:(1)α=0°
在scope1中的波形:
在scope2中的波形:
在scope3中的波形:
(2)α=30°在scope1中的波形:
在scope2中的波形:
在scope3
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