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仿真期末考试
学院电气工程学院班级学号姓名
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北京交通大学2011-2012学年第二学期考试试题
课程名称:
计算机仿真技术
考试要求
▪完成时间为2周。
6月12日零点之前以电子版形式提交,逾期视为放弃。
▪报告要求包括参数计算过程、仿真模型、仿真结果及分析结论。
题目:
高频隔离型AC-DC电源系统仿真
高频隔离型AC-DC电源系统的技术指标如下:
(1)输入电源:
三相AC380V,50Hz
(2)输出电压:
DC100~300V
(3)输出电流:
DC10~100A
(4)输出电压纹波:
≤0.5%
1、DCDC变换器主电路的仿真(15分)
根据电源系统的技术指标,按下图所示拓扑,完成DCDC变换器主电路参数设计,在Simulink中搭建仿真模型,并按要求完成仿真。
其中:
全桥电路采用硬开关PWM控制方式,S1和S4共用一路脉冲,S2和S3共用一路脉冲,变压器T1的变比=1:
1:
1,开关频率=20kHz,C2=22uF。
(1)假定交流输入由二极管整流桥进行整流,请估算直流母线电压,并计算T1、L2、C3的参数。
直流母线电压:
占空比:
D=
~
T1:
求L2时倍频:
取此值时波形很不稳定,取L2=2Lc=3.538×10-4H
C3的参数:
(2)分别计算电源系统在以下工作状态时的负载电阻RL的电阻值和所需的占空比D,并进行仿真:
建模:
1)最高输出电压、最大输出电流
电阻:
占空比:
输出电压如下:
2)最低输出电压、最小输出电流
电阻:
占空比:
输出电压如下:
(3)说明参数设计依据和设计过程,分别记录S1的电压和电流波形、D5的电压和电流波形、直流输出电压波形,根据仿真结果计算输出电压纹波,并与要求的指标进行比较。
参数设计是根据题目所给要求中的输入输出电压和纹波,通过buck变换器中电感电容的计算公式求得,再适当取裕量,得到此次电路中的元件参数。
直流母线电压的值根据电力电子课程中学习的二极管整流桥中的公式求得。
过程已写出。
S1的电压电流波形:
1)最高输出电压、最大输出电流下
2)最低输出电压、最小输出电流下
D5的电压电流波形:
1)最高输出电压、最大输出电流下
2)最低输出电压、最小输出电流下
直流输出电压波形
1)最高输出电压、最大输出电流下
2)最低输出电压、最小输出电流下
用workplace数据观察纹波值:
纹波值小于所要求的0.5%
2、完整电源系统的仿真(10分)
当输入前级采用三相二极管整流桥加LC滤波的方式时,电源系统的完整拓扑如下图所示。
在上述仿真模型的基础上,完成总拓扑的模型搭建和仿真。
其中:
L1=1mH,C1=3300uF。
建模:
(1)计算电源系统在以下工作状态时的负载电阻RL的电阻值和所需的占空比D,并进行仿真:
1)最高输出电压、最大输出电流
电阻:
占空比:
(2)分别记录S1的电压和电流波形、D5的电压和电流波形、直流输出电压波形,根据仿真结果计算输出电压纹波,并与要求的指标进行比较。
S1的电压电流波形:
D5的电压电流波形:
直流输出电压波形
此输出电压纹波较大,未达到题目要求
(3)计算交流输入a相电流谐波总畸变率。
仿真得到总谐波畸变因数:
THD=0.374
3、输入前级为12脉波整流时的仿真(10分)
当输入前级采用12脉波整流方式时,电源系统的完整拓扑如下图所示。
在上述仿真模型的基础上,完成总拓扑的模型搭建和仿真。
其中:
L1-1=L1-2=1mH,C1=3300uF。
建模:
(1)计算电源系统在以下工作状态时的负载电阻RL的电阻值和所需的占空比D,并进行仿真:
1)最高输出电压、最大输出电流
电阻:
占空比:
(2)分别记录S1的电压和电流波形、D5的电压和电流波形、直流输出电压波形,根据仿真结果计算输出电压纹波,并与要求的指标进行比较。
S1的电压电流波形:
D5的电压电流波形:
直流输出电压波形
实测输出电压平均值为
,导入到workspace中可看到其输出电压最大值、和最小值分别为
,输出电压理论值应为300V,实测偏低。
电压纹波>0.5%,即电压纹波不符合设计要求。
(3)计算交流输入a相电流谐波总畸变率。
4、仿真结果分析及总结(5分)
通过前面的3个仿真,可以得到如下分析:
当输入为直流电压源是,输出电压波形比较稳定,纹波较小,能满足给定的设计要求。
输出电压略微偏低,这是由于仿真器件存在导通压降和各种损耗,通过适当增大占空比以是可以达到要求的电压幅值的。
当通过二极管整流滤波输出作为直流电源时,由于经整流滤波得到电压并不是一个恒定的直流电压,也就是说直流输入电压本身就存在波动(在一个周期内有六个波动),则全桥输出电压有开关器件的波动的同时也会跟随着工频周期内输入侧直流电压的波动而出现更大的波动,因此输出电压纹波增大。
当经12脉波整流输出作为直流电源时,直流电压同样存在波动,而且在一个周期内有12个波动,全桥输出电压有开关器件的波动的同时也会跟随着工频周期内输入侧直流电压的波动而出现更大的波动,而且这个波动比二极管整流做直流电源时的更频繁,因此输出电压纹波增大,并超出了设计要求。
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