仲恺农业工程学院实验报告纸

  自动化   （院、系）  自动化   专业  112    班   组   电力电子技术课

学号 21     姓名       易伟雄    实验日期   2013.11.26     教师评定          

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。

仲恺农业工程学院实验报告纸

              （院、系）              专业         班   组               课

学号      姓名                 实验日期                 教师评定          

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<Ud,为降压变换。

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。

仲恺农业工程学院实验报告纸

              （院、系）              专业         班   组               课

学号      姓名                 实验日期                 教师评定          

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

仲恺农业工程学院实验报告纸

              （院、系）              专业         班   组               课

学号      姓名                 实验日期                 教师评定          

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。

 

第二篇：直流斩波电路的Matlab_Simulink仿真研究

直流斩波电路的Matlab/Simulink仿真研究

王　辉,程　坦

(平顶山工学院　河南平顶山　467044)

摘　要:电力电子技术是工科院校电气信息类专业学生必修的一门专业基础课程,其理论性和实践性较强,电路和波形图多且复杂,通常仿真技术在电力电子技术领域应用不多。应用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立了Buck电路的仿真模型,在此基础上对Buck电路及Boost2Buck电路进行了较详细的仿真分析。结果表明,仿真波形与常规分析方法得到的结果具有一致性,证实了Matlab软件在电力电子技术教学和研究中具有较好的应用价值。

关键词:Matlab/Simulink;直流斩波电路;电力系统工具箱;建模

中图分类号:TM13　　　　　文献标识码:B　　　　　文章编号:10042373X(2009)052174202

SimulationResearchofDCChopperCircuitBasedonWANGHui,CHTan

(PingdingshanInstituteofTechnology,China)

Abstract:Thecourseofpowerelectronicsisforthestudentsmajorinelectricalinforma2tion.Thecoursehashightheoryandincludscircuitsandwaveforms.ThesimulationtechnologyisseldomusedinthefieldofmodelofbuckchoppercircuitisconstructedbasedonMatlab/Simulink.TheBoost2Buckchoppercircuitarefullysimulatedandanalyzedbasedonthismodel.Theresultsshowthatformsbothbasedonsimulationandbasedonconventionalcircuitanalysisareidentical.Itprovesthatthehasagoodapplicationvalueintheresearchingandteachingofthepowerelectronic.

Keywords:Matlab/Simulink;DCchoppercircuit;powersystemtoolbox;modeling

0　引　言

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=

Ud=DUdTs

(1)

在电力电子技术中,将直流电的一种电压值通过电力电子变换装置变换为另一种固定或可调电压值的变换,称为直流2直流变换。直流变换电路的用途非常广泛,包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正,以及用于其他领域的交直流电源。

这里主要讨论了PWM(脉冲宽度调制)控制方式的降压电路(BuckChopper),并应用Matlab的可视化仿真工具Simulink,对该电路及升降压电路(Boost2BuckChopper)进行了建模,并对仿真结果进行了分析,既避免了繁琐的绘图和计算过程,又尝试得到了一种直观、快捷分析直流变换电路的新方法。1　直流斩波电路工作原理

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

。

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,

图1　降压型斩波器电路及波形

收稿日期:2008209216

174

2　直流斩波电路的建模与仿真2.1　仿真模型及参数设置

(1)由IGBT构成直流降压斩波电路(BuckChop2per)的建模和参数设置

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<Ud,为降压变换。

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,负载R=50Ω,C=3e-05F,电感支路L=5mH。启动仿真,得到图5的仿真结果

。

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=200V,E=80V;负载参数取R=10Ω,L=5mH

。

T

直流变换器仿真模型

图2　由IGBT组成的Buck直流变换器仿真模型

(2)直流降压斩波电路的仿真

打开仿真参数窗口,b设置为1e-03,0,设置为0.01s,0.001s(频率为1000Hz),50%。参数设置完毕后,启动仿真,得到图3的仿真结果

。

图5　由IGBT组成的Boost2Buck直流变换器负载电压波形

从图5可以看出,负载上电压分别为100V,33V,300V,满足Uo=-Ud,与升降压斩波理论分析1-D

吻合。3　结　语

图3　由IGBT组成的Buck直流变换器仿真结果

由图3可以看出,负载上电压分别为100V,160V,80V,满足Uo=

Ud=DUd。Ts

通过以上的仿真过程分析,可以得到下列结论:(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。

(下转第178页)　

2.2　直流升降压斩波电路(Boost2BuckChopper)的

仿真　　升降压斩波电路输出电压平均值为:

Uo=-Ud=-Ud

toff1-D

(2)

175

图5　自适应调整电路结构框图

通信技术,2002(4):20222.

参　考　文　献

[1]张玉兴.射频模拟电路[M].北京:电子工业出版社,2002.[2]RowanGilmoreLosBesser.现代无线系统射频电路实用设

[7]张雷,周健义,洪伟.].(:52257.

[8]G].北京:电子工业出版

,Y,YiJ.ANewAdaptiveFeedforwardAm2

WCDMABaseStationsusingImperfectSignalCancellation[J].MicrowaveJournal,2003,46(4):22244.[10]YangY,KimY,YiJ.DigitalControlledAdaptiveFeedfor2

wardAmplifierforDigest,2000.

[11]严福兴.射频功率放大器前馈线性化技术研究[J].现代电

IMT22000Band.IEEE

MTT2S

计[M].杨芳,翁木云等,译.北京:电子工业出版社,2006.

[3]AWRMicrowaveOfficeUserGuide.AppliedWave2

search,Inc,2003.

[4]毛文杰.[D].杭州:[5]刘文坚,曾沂粲,究[D].:自然科学版,2001(5):86289.

[6]郭秀惠,叶宇煌.前馈式RF功率放大器的线性化技术[J].

子技术,2007,30(4):628.

作者简介　张　瑞　男,19xx年出生,工程师。19xx年毕业于安徽大学电子工程专业,主要从事微波射频电路设计等。

张永慧　男,19xx年出生,工程师。20xx年毕业于合肥工业大学电子工程专业,主要从事微波射频电路设计等。

(上接第175页)

　　(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,适合电力电子技术的教学和研究工作。

参　考　文　献

[1]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版

社,2004.

[2]张志涌.精通Matlab6.5版[M].北京:北京航空航天大学

出版社,2003.

[3]周渊深.电力电子与Matlab仿真[M].北京:中国电力出版

社,2004.

[4]华亮,沈申生,胡香龄.Matlab/Simulink在单相交流调压电

路仿真中的应用[J].电力学报,2005,20(4):3502352.

[5]朱晓东,高继贤.Simulink在电力电子中的应用[J].东北电

力学院学报,2005,24(4):85289.

[6]张宝生,王念春.Matlab在电力电子教学中的应用[J].电气

电子教学学报,2004,26(3):1022104.

[7]杨一军,王欣.Matlab在负反馈放大电路分析中的应用

[J].现代电子技术,2008,31(13):1442146..

作者简介　王　辉　男,19xx年出生,河南邓州人,工学硕士,平顶山工学院教师,副教授。主要从事电力电子技术应用、电力传

动及电力系统稳定性分析研究工作。

178