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電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

院（系）：機(jī)電工程學(xué)院

專業(yè)：電氣152

學(xué)生姓名：黃

學(xué) 號(hào)：2015*

電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電力電子技術(shù)課程理論教學(xué)之后的一個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用學(xué)過(guò)的電力電子變流電路原理的基礎(chǔ)知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行查找資料、選擇方案、仿真分析、撰寫(xiě)報(bào)告，通過(guò)仿真分析掌握電力電子技術(shù)基本理論、基本分析方法和基本技能，進(jìn)一步加深對(duì)電力電子電路基本理論的理解，提高運(yùn)用基本技能的能力，為今后的課程學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二．課程設(shè)計(jì)內(nèi)容

1：DC/DC仿真分析：Buck電路

參數(shù)：第一個(gè)我設(shè)計(jì)了DC-DC中的Buck電路，我采用的是MATLAB版本是7.11。具體的參數(shù)有，輸入電壓200V，負(fù)載電阻20歐姆，占空比25%，電感L：4.5*1e-4H，電容C=2.6*1e-4，仿真時(shí)間0.1s，仿真算法ode23tb，f=20kHZ。

原理分析：降壓式（Buck）變換器是一種輸出電壓等于或小于輸入電壓的單管非隔離直流變換器。Buck變換器的主電路由開(kāi)關(guān)管，二極管D，輸出濾波電感L和輸出濾波電容C構(gòu)成。這種電路，電源是電壓源性質(zhì)，負(fù)載為電流源性質(zhì)。電路完成把直流電壓Us轉(zhuǎn)換為較低的直流電壓Uo的功能。下面是我所做的電路與仿真圖。

2：DC/DC仿真分析：CUK電路

參數(shù)：第二個(gè)我設(shè)計(jì)了DC-DC中的CUK電路，我采用的是MATLAB版本是7.11。具體的參數(shù)有，電源 E 為 100V，電阻 2Ω，電容 C0. 001F，電感 ( 1)占空比α= 0. 3 時(shí)實(shí)現(xiàn)降壓變換，電感 ( 2)占空比α=0.7 時(shí)實(shí)現(xiàn)降壓變換，升降壓值均為 0. 001H; 脈沖周期假設(shè)為 0. 001s，為 0. 6，幅值為 1，仿真時(shí)間為 0. 08s。

原理分析：Cuk 變換器是一種輸出電壓可大于或小于輸入電壓的單管非隔離直流變換器。其主電路如圖 1 所示，Cuk 變換器的主電路由全控型器件 IGBT開(kāi)關(guān)、電感 L、電容C、負(fù)載電阻R及二極管構(gòu)成。E為輸入直流電壓,Uo為輸出直流電壓。

Simulink 是 Matlab 的一個(gè)最強(qiáng)大的工具箱之一，它提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，而 SimPowerSystems 為 Matlab /Simulink 下電力系統(tǒng)仿真模塊集，它可以滿足電路、電工、電子的仿真。根據(jù) Cuk 變換器的主電路建立仿真模型。

當(dāng)占空比為30%時(shí)。

當(dāng)占空比為70%時(shí)。

3：DC/AC：雙極性SPWM

參數(shù)：第三個(gè)我設(shè)計(jì)了DC-AC中的雙極性SPWM電路，我采用的是MATLAB版本是7.11。具體參數(shù)有，直流電壓300V，阻感負(fù)載，電阻1Ω，電感2mH，幅值為1，周期為0.02s，采樣時(shí)間為1e-5s，仿真時(shí)間為0.06s。

原理分析：PWM波中包含有載波頻率的整數(shù)倍及其附近的諧波。幅值最高影響最大的是p次諧波分量，隨調(diào)制深度的增加，其幅值的相對(duì)值逐漸減小。輸出電壓中最靠近基頻的低次諧波是n=1時(shí)的下邊帶，由于這一邊帶衰減很快，值得考慮的低次諧波大致在p-2次。可見(jiàn)，載波比越高，最低次諧波離基波便越遠(yuǎn)，也就越容易進(jìn)行濾波，故提高載波比將有效改善輸出電壓的質(zhì)量。但載波比的提高首先受制于開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)速度，另外，由于開(kāi)關(guān)損耗等原因，開(kāi)關(guān)頻率在逆變器的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中還會(huì)受到多種因素的影響，相應(yīng)的對(duì)載波比的大小也有一定限制。

此外，在過(guò)調(diào)制情況下輸出電壓還包含比較豐富的低次諧波，其極端情況就是方波逆變的輸出情況。

4：AC/DC：橋式全控整流電路

參數(shù)：第四個(gè)我設(shè)計(jì)了AC-DC中的橋式全控整流電路電路，我采用的是MATLAB版本是7.11。具體的參數(shù)有交流電壓源的Vs的設(shè)置頻率為50Hz，幅值為141V。脈沖發(fā)生器系統(tǒng)頻率100Hz。晶閘管延遲t=0.02/12s，占空比10%，R=2Ω，仿真結(jié)束時(shí)間0.06s。

原理分析：帶電阻負(fù)載時(shí)，電源電壓過(guò)零時(shí)晶閘管自然關(guān)斷；帶阻感負(fù)載時(shí)，一對(duì)橋臂導(dǎo)通使另一對(duì)橋臂的兩個(gè)晶閘管承受反壓而關(guān)斷，每周期換相兩次。

帶阻感負(fù)載時(shí)，負(fù)載電阻電壓和電流的波形相同呈線性關(guān)系；帶阻感負(fù)載時(shí)，電流變化較小，這是由電感對(duì)負(fù)載電流起平波作用。

在實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮R、L的具體參數(shù)可以通過(guò)改變仿真模型中R、L的值進(jìn)行分析，本文對(duì)此未有詳細(xì)分析。下面是具體的分析。

通過(guò)一個(gè)周的仿真設(shè)計(jì)加深了我對(duì)matlab在電力電子技術(shù)應(yīng)用知識(shí)的理解，基本上掌握了仿真計(jì)所要經(jīng)歷的步驟，我仿真分析、查資料，整理說(shuō)明書(shū)到最后完成整個(gè)設(shè)計(jì)。作為大學(xué)階段一次重要的學(xué)習(xí)經(jīng)歷我感覺(jué)自己受益非淺，同時(shí)深深的感覺(jué)的自己的學(xué)習(xí)能力在不斷提高，半個(gè)月的時(shí)間就這樣匆匆的過(guò)去了，對(duì)matlab在電力電子技術(shù)仿真的設(shè)計(jì)由一無(wú)所知到現(xiàn)在的一定程度的掌握，起到了非常重要的作用，對(duì)程風(fēng)琴老師的關(guān)心，指導(dǎo)有感于心，事實(shí)上這次設(shè)計(jì)對(duì)我們的鍛煉是多方面的，除了對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程熟悉外，我們還進(jìn)一步提高了繪制仿真圖的能力。雖然能夠滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，但是我認(rèn)為還要提高和改進(jìn)的地方還有很多。在細(xì)節(jié)方面，還有許多需要精雕細(xì)琢的地方，這次沒(méi)有能夠深入下去。希望以后有機(jī)會(huì)能夠進(jìn)一步。

課程設(shè)計(jì)成績(jī)
項(xiàng) 目內(nèi) 容
得分
1. 仿真電路搭建的正確性、復(fù)雜度（20分）

2. 仿真電路參數(shù)設(shè)置，仿真算法設(shè)置的正確性。（10分）

3. 電路工作原理分析（含電路中輸出電壓、電流、電感電流、電容電壓、二極管電流等物理量波形分析），理論分析與計(jì)算的正確性，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。分析問(wèn)題有獨(dú)到的見(jiàn)解，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯性強(qiáng)，論述層次清晰，（50分）

4. 實(shí)訓(xùn)報(bào)告內(nèi)容完整、層次分明，文本結(jié)構(gòu)規(guī)范，格式統(tǒng)一，行文表述規(guī)范準(zhǔn)確，文理通順流暢、步驟清晰、標(biāo)點(diǎn)、符號(hào)、計(jì)量單位正確，圖表、曲線等符合規(guī)范，排版美觀。（20分）

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