精品电力电子直流斩波电路建模仿真.docx
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精品电力电子直流斩波电路建模仿真
(一)降压式直流斩波电路工作原理
该电路使用全控型器件V,若为晶闸管,须设置使晶闸管关断的辅助电路,为在V关断时给负载中的电感电流提供通道,设置了续流二极管VD, 斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机,也可带蓄电池负载,两种情况下负载中均会出现反电动势,如图中EM所示,若负载中无反电动势时,只需另其为0,以下的分析及表达式均可适用.
(1)t=0时刻驱动V导通,电源E向负载供电,负载电压U0=E,负载电流i0按指数曲线上升。
(2)t=t1时控制V关断,二极管VD续流,负载电压U0近似为零,负载电流呈指数曲线下降。
通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。
图2—1降压斩波电路原理图
图2-2 电流连续时工作波形
图2—3电流断续时的工作波形
电流连续时负载侧输出电压平均值和电流平均值分别为:
(式2)
(式1)
上式中ton为开通时间,toff为关断时间,T为开关周期,α为导通占空比.U0最大为E,减小占空比,U0将减小,因此称为降压斩波电路。
(二)升压式直流斩波电路工作原理图2-4升压式直流斩波电路原理图该电路也是使用一个全控型器件,以下来分析电路的工作原理:
首先假设电路中的电感L值很大,电容C值也很大,V处于通态时,电源E向电感L充电,电流I1恒定,电容C向负载R供电,输出电压U0恒定。
V处于断态时,电源E和电感L同时向电容C充电,并向负载提供能量。
其工作的原理波形图如下所示
设V通态的时间为ton,此阶段L上积蓄的能量为tonEi1 设V断态的时间为toff,则此期间电感L释放能量为(u0-E)i1toff,稳态时,一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等,即:
(式3)
化简得:
(式4)
(式5)
其中
所以输出电压为:
(式6)
三、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U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,输出电压必然会有所下降,故实际输出电压会略低,不过在电容C足够大时,误差很小,基本可以忽略.实验步骤
(一)在matlab环境下选择主电路元器件
根据直流斩波电路在matlab环境下连接电路图如下图所示:
图3-1降压斩波电路搭建电路图
(三)图3—2升压斩波电路搭建电路图参数设置
3.1降压斩波电路参数设置
(1)电源参数及Em设置:
电源幅值为200V,Em为80V
(2)IGBT参数设置如下:
ResistanceRon(Ohms):
0。
1
InductanceLon(H):
0
ForwardvoltageVf(V):
1
Current10%falltimeTf(s):
1e-6
CurrenttailtimeTt(s):
2e—6
InitialcurrentIc(A):
0
SnubberresistanceRs(Ohms):
1e5
SnubbercapacitanceCs(F):
inf(3)二极管参数设置如下:
ResistanceRon(Ohms):
0.001
InductanceLon(H):
0
ForwardvoltageVf(V):
0。
8
InitialcurrentIc(A):
0
SnubberresistanceRs(Ohms):
500
SnubbercapacitanceCs(F):
250e—9
(4)R和L的值分别设置为10Ohms、0.002h
(5)脉冲的设置:
如下图所示(截图)
图3-3脉冲参数
3.2升压斩波电路仿真参数设置
IGBT和二极管参数保持和降压斩波电路相同,
脉冲发生器脉冲周期为0.2ms,
脉冲宽度为50%,
直流电源E设为100V,
(四)初选L的值为1mH,C的值为100μF。
取仿真时间0。
005s。
波形调试
当每个元器件的参数均设置完成之后,继而启动仿真进行波形调试,并与理想波形进行比较,如果不符则继续修改参数,直到最后得出最接近于理想波形的仿真波形.
四、仿真结果
(一)降压斩波电路—仿真波形
图4-1占空比α=20%(截图)图4—2占空比α=30%(截图)
图4—3占空比α=45%(截图)图4-4占空比α=60%(截图)
图4-5占空比α=90%(截图)
图4—6占空比α=99%(截图)
(二)升压斩波电路——仿真波形图4-7占空比α=20%(截图)
图4-8占空比α=30%(截图)
图4—9占空比α=50%(截图)图4—10占空比α=60%(截图)
图4—11占空比α=80%(截图)图4—12占空比α=90%(截图)1。
结果分析
从计算公式及仿真图分析得出:
1)占空比α越大负载输出电压越大,调节时间越长;
2)电容C值越大峰值时间越大,第一个峰值越大;
3)电感L值越大峰值时间越大,调节时间越大。
4)从仿真结果图中可以看输出电压在200V左右,满足关系式
如果进一步减少输出电压波动,可以提高脉冲发生器产生脉冲的周期,并选择多组LC参数比较以得到更满意的结果。
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- 精品 电力 电子 直流 电路 建模 仿真