电力电子--斩波电路--matlab仿真

一、基本斩波电路

（1）直流升压斩波电路

实验电路图

直流升压变流器用于需要提升直流电压的场合，其原理图如上图所示。在电路中IGBT 导通时，电流由E经升压电感L和V形成回路，电感L储能；当IGBT关断时，电感产生的反电动势和直流电源电压方向相同互相叠加，从而在负载侧得到高于电源的电压，二极管的作用是阻断IGBT导通是，电容的放电回路。调节开关器件V的通断周期，可以调整负载侧输出电流和电压的大小。负载侧输出电压的平均值为:

式中T为V开关周期, ont为导通时间，ottt为关断时间。升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因:一是L储能之后具有使电压泵升的作用，二是电容C 可将输出电压保持住。在以上分析中，认为V处于通态期间因电容C的作用使得输出电压Uo不变，但实际上C值不可能为无穷大，在此阶段其向负载放电，U。必然会有所下降，故实际输出电压会略低于理论所得结果，不过，在电容C值足够大时，误差很小，基本可以忽略。

设计仿真步骤：

1.根据直流升压变流器原理图建立变流器的仿真模型如图：

2.在模型中设置仿真参数：

（1）设置电源E电压为20V，电阻的阻值为5Ω。

（2）脉冲发生器脉冲周期T=100e-6,脉冲宽度为50%。

（3）IGBT和二极管的参数可以保持默认值。

（4）初选L的值为171uH，电容的值为13.8μF。

打开[Simulation>Configuration Paramenters],选择ode23tb算法，同时设置仿真时间0.2s

对于电感、电容的设置，由主电路的的设计者所给数据，电容的值为C=13.86uF 电感为L=171uH，如图：

3.仿真结果：

依据matlab的仿真结果，得出如下图：脉宽为46%的结果：

脉宽为60%的结果：

脉宽为65%的结果：

脉宽为70%的结果：

脉宽为90%的结果：

4.实验分析：

本次实验是对直流升压斩波电路进行仿真，试验用到了matlab仿真软件；试验中我们通过多次改变脉冲宽度得到数组不同脉宽下的仿真结果。

通过此次课程设计，我对直流电路升压斩波电路和matlab有了更深的了解；另外，做课程设计的时候学会了一些基本原件的参数设置和建模。主要这次课程设计用到了matlab 软件进行系统的模拟仿真，进一步了解matlab的电力电子仿真，进一步熟悉matlab语言的应用，大大简化的计算和绘图的步骤。

（2）降压斩波电路

实验电路图

降压斩波电路的原理图以及工作波形如图1.1所示。该电路使用一个全控型器件V，图中为IGBT。为在V关断时给负载中电感电流提供通道，设置了续流二极管VD。斩波电路主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。

如图1.2中V的栅极电压uGE波形所示，在t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数上升。当t=t1时刻，控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常是串联的电感L值较大。至一个周期T结束，在驱动V导通，重复上一周期的过程。当工作处于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图1.2

所示。负载电压平均值为：

式中，ton为V处于通态的时间；toff为V处于断态的时间；T为开关周期； 为导通占空比。由式1.1可知，输出到负载的电压平均值Uo最大为E，减小占空比 ，Uo随之减小。因此将该电路称为降压斩波电路。也称buck变换器。负载电流平均值为：

设计仿真步骤：

1.根据直流升压变流器原理图建立变流器的仿真模型如图：

图为由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。

基本参数

占空比为50%时的图像：

占空比为60%的图像：

占空比为70%的图像：

占空比为90%的图像：

4.实验分析：

本次实验是对直流降压斩波电路进行仿真，试验用到了matlab仿真软件；试验中我们通过多次改变占空比得到数组不同占空比下的实验仿真结果。

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。

二、单相交流调压电路的设计与仿真

（1）电路的结构与工作原理(纯电阻负载)

电路原理图

电阻负载单相交流调压电路中，VT1和VT2可以用一个双向晶闸管代替，在交流电源的正半周和负半周，分别对晶闸管的开通叫进行控制就可以调节输出电压。正负半周触发角时刻起均为过零时刻。在稳态情况下。应使正负半周的触发角相同。可以看出。负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流和负载电压的波形相同。

设计仿真步骤：

1.根据直流升压变流器原理图建立变流器的仿真模型如图：

单相交流调压电路的MATLAB仿真模型

2.在模型中设置仿真参数：

3.仿真结果：

依据matlab的仿真结果，得出如下图：

触发角α=0°，MATLAB仿真波形如下：

触发角α=60°，MATLAB仿真波形如下：

触发角α=120°，MATLAB仿真波形如下：

小结

通过设计可以总结出，ɑ的移相范围为0≤ɑ≤π。ɑ=0时，相当于晶闸管一直导通，输出电压为最大值，U。=U1。随着ɑ的增大，U。逐渐减小。知道ɑ=π时，U。=0。此外，ɑ=0时，功率因数=1，随着ɑ的增大，输入电流滞后于电压且发生畸变，也逐渐降低。

（2）单相交流调压电路(阻感负载)

电路原理图

电源电压U2在正半周时，晶闸管VT1承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管VT1没有导通，在α时刻来了一个触发脉冲，晶闸管VT1导通，晶闸管VT2在电源电压是正半周时承受反向电压截止，当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能马上为零，随着电源电流下降过零进入负半周，电路中的电感储存的能量释放完毕，电流到零，晶闸管VT1关断。

当电源电压U2在负半周时，晶闸管VT2承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管VT2没有导通，在π+α时刻来了一个触发脉冲，晶闸管VT2导通，晶闸管VT1在电源电压是负半周时承受反向电压截止，当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能马上为零，随着电源电流下降过零进入负半周，电路中的电感储存的能量释放完毕，电流到零，晶闸管VT2关断。

设计仿真步骤：

3.根据直流升压变流器原理图建立变流器的仿真模型如图：

2.在模型中设置仿真参数：

3.

3.仿真结果：

依据matlab的仿真结果，得出如下图：触发角α=0°，MATLAB仿真波形如下：