1、电力电子电力电子仿真5-1 直流斩波电路仿真实验一、实验目的 1、掌握降压斩波电路、升压斩波电路的基本结构及工作原理。 2、掌握在Matlab的simulink平台中搭建及设置电力电子电路的方法。 二、预习要点 1、结合教材中斩波电路分析，熟悉降压斩波电路、升压斩波电路的工作原理。2、熟悉Matlab的simulink平台下的仿真方法。三、实验原理1、降压斩波电路（BuckChopper）降压斩波电路的原理图及工作波形如图5-1所示。在t0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流按指数曲线上升。当t1时刻，控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压近似为零，负载电流呈指
2、数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常使串联的电感L值较大。当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等。负载电压的平均值为：图5-1 降压斩波电路图及输出波形2、升压斩波电路（BoostConverter）。升压斩波电路的原理图及工作波形如图5-2所示。当可控开关V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定，同时电容C上的电压向负载R供电。因C值很大，基本保持输出电压为恒值。在ton阶段电感L上积蓄的能量为EIton。当V处于断态时E和L共同向电容C充电并向负载R供电。在toff阶段电感L释放的能量为（U-E）Itoff。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L充能与释量
3、应相等，可知：图5-2 升压斩波电路图及输出波形 四、实验内容1、降压斩波电路Simulink仿真。1) 在Simulink平台建立仿真模型。Simulink仿真环境包括Simulink仿真平台和Simulink Library Browser系统仿真模型库。函数、电路元器件等模型的模块都保存在模型库中，用户只要学习图形界面的使用方法和熟悉模型库的内容，就可以很方便地使用鼠标和键盘通过调用模块搭建电路和系统并进行仿真。安装并启动Matlab，如图5-3所示在新建菜单中选择Simulink Model，再在新建窗口中选择Blank Model，即可进入到新的空白模块编辑窗口。图5-3 Matla
4、b新建菜单在如图所示的新建空白模型窗口中选择工具栏中的library browser命令，即可进入库浏览器选择所需的元件模型用于建立自己的仿真模型。库浏览器中所包含的模型类别非常丰富，对于电力电子和电机控制来说所需模型主要集中在Simulink，Simscape两大类中。图5-4 Blank Model编辑窗口与库浏览器按图5-5从库浏览器中调用相应模块并连接成降压斩波电路。图5-5 降压斩波电路仿真模型2) 降压斩波电路仿真模型参数设置。Vdc直流电源设置为200V，脉冲发生器Pulse以及IGBT按下图5-6设置。其中PWM波周期0.01秒，占空比50%。图5-6 pulse与IGBT参数
5、二极管D按图5-7设置。图5-7 二极管参数设置电感RL、电容C、按图5-8预设，负载电阻Rload预设为10。图5-7 电感、电容参数设置3) 降压斩波电路仿真模型输出波形。双击示波器Scope1、Scope2点击齿轮按钮，将采样时间设置为1e-4，持续时间time span设置为0.2秒。如图5-8所示。图5-8 示波器设置点击运行按钮，观察示波器Scope1输出波形，如图5-9所示。图5-9 示波器1输出点击运行按钮，观察示波器Scope2输出波形，如图5-10所示。图5-10 示波器2输出2、升压斩波电路Simulink仿真。1) 建立升压斩波电路仿真模型。新建空白模型，如图5-11搭
6、建升压斩波电路模型。图5-11升压斩波电路模型2) 升压斩波电路仿真模型参数设置。Vdc直流电源设置为100V，IGBT和二极管Diode设置与降压时相同，脉冲发生器Pulse的 PWM波周期0.005秒，占空比70%。上图中的电感L预设为1e-2H，电容预设为2e-4F, 负载电阻R预设为50。3) 升压斩波电路仿真模型输出波形。点击运行按钮，观察示波器Scope1输出波形，如图5-12所示。图5-12 示波器1输出观察示波器Scope2输出波形，如图5-13所示。图5-13 示波器2输出五、实验报告1)分析降压斩波电路、升压斩波电路各个输出波形形成原因，并验证输出电压电流与理论学习是否一致
7、。 2)改变降压斩波电路、升压斩波电路中R、L、C的参数值以及占空比和PWM波频率大小观察输出波形的变化情况。六、思考题1)改变哪些参数，可以出现电流断续的情况，并分析电流断续对输出电压的影响。2)升压电路的电感和电容在电路中分别起到什么作用？5-3 SPWM交直交变频电路仿真实验一、实验目的 1、掌握SPWM交直交变频电路的基本结构及工作原理。 2、掌握SPWM交直交变频电路仿真模型中SPWM的调制方法。 二、预习要点1、结合教材中SPWM交直交变频电路，熟悉其工作原理与输出波形。2、熟悉双极性调制方法及由此得到的逆变电路输出波形情况。三、实验原理1、SPWM交直交变频电路。SPWM交直交变
8、频电路的原理图及工作波形如图5-20所示。三相桥式PWM逆变电路，采用双极性控制方式。U、V和W三相的PWM控制通常公用一个三角波载波，三相的调制信号、和依次相差120。U、V和W各相功率开关器件的控制规律相同。以U相为例，当时，给上桥臂以导通信号，给下桥臂以关断信号，当时，给以导通信号，给以关断信号。和的驱动信号始终是互补的。当给加导通信号时，可能是导通，也可能是二极管续流导通，这要由阻感负载中电流的方向来决定。图5-20 SPWM直交变频电路图及输出波形 四、实验内容1、SPWM交直交变频电路Simulink仿真。1)建立SPWM交直交变频电路仿真模型。按图5-21从库浏览器中调用相应模块
9、并连接成SPWM交直交变频电路。图5-21 SPWM直交变频电路仿真模型2) SPWM交直交变频电路仿真模型参数设置。三相交流电源相间电压设置为380V频率50Hz，正弦波调制信号Ura设置如图5-22，Urb、Urc设置时将相位Phase分别设置为2*pi/3、4*pi/3，图中小a为调制度预设为0.8。图5-22 正弦波调制信号Ura参数滤波电容C1预设为1e-3F，三相负载阻抗预设为电阻R100电抗100mH。等腰三角波发生器频率设置为1KHz，参数如图5-23所示。图5-23 等腰三角波发生器参数3) SPWM交直交变频电路仿真模型输出波形。双击示波器Scope1、Scope2点击齿轮
10、按钮，将采样时间设置为1e-7，持续时间time span设置为0.1秒。点击运行按钮，观察示波器Scope1输出波形，如图5-24所示。图5-24 示波器1输出点击运行按钮，观察示波器Scope2输出波形，如图图5-25所示。图5-25 示波器2输出图5-25中第一行波形为Ura和Uc用Bus creator合成，第二行波形为Urb和Uc用Bus creator合成，第三行波形为Urc和Uc用Bus creator合成，PWM1波形由Ura=Uc时输出1，UraUc时输出0得到。PWM3由Urb和Uc比较得到，PWM5由Urc和Uc比较得到。五、实验报告1)改变正弦波调制信号Ura、Urb、Urc频率为100*pi，调制度a改为0.5，再次运行仿真模型，分析波形变化。 2)改变负载R、L的参数值以及观察并分析输出波形的变化情况。六、思考题1)分析图5-25中PWM1、PWM3、PWM5的形成原因。2)该模块的逆变电路部分是属于电压型逆变还是电流型，在IGBT器件上反并联二极管的作用是什么。
