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電力電子技術課程設計

院（系）：機電工程學院

電力電子技術課程設計是電力電子技術課程理論教學之后的一個實踐教學環節。其目的是訓練學生運用學過的電力電子變流電路原理的基礎知識，獨立進行查找資料、選擇方案、仿真分析、撰寫報告，通過仿真分析掌握電力電子技術基本理論、基本分析方法和基本技能，進一步加深對電力電子電路基本理論的理解，提高運用基本技能的能力，為今后的課程學習和工作打下堅實的基礎。

二．課程設計內容

1：DC/DC仿真分析：Buck電路

參數：第一個我設計了DC-DC中的Buck電路，我采用的是MATLAB版本是7.11。具體的參數有，輸入電壓200V，負載電阻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關管，二極管D，輸出濾波電感L和輸出濾波電容C構成。這種電路，電源是電壓源性質，負載為電流源性質。電路完成把直流電壓Us轉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：第二個我設計了DC-DC中的CUK電路，我采用的是MATLAB版本是7.11。具體的參數有，電源 E 為 100V，電阻 2Ω，電容 C0. 001F，電感 ( 1)占空比α= 0. 3 時實現降壓變換，電感 ( 2)占空比α=0.7 時實現降壓變換，升降壓值均為 0. 001H; 脈沖周期假設為 0. 001s，為 0. 6，幅值為 1，仿真時間為 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開關、電感 L、電容C、負載電阻R及二極管構成。E為輸入直流電壓,Uo為輸出直流電壓。

Simulink 是 Matlab 的一個最強大的工具箱之一，它提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口，這個創建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，而 SimPowerSystems 為 Matlab /Simulink 下電力系統仿真模塊集，它可以滿足電路、電工、電子的仿真。根據 Cuk 變換器的主電路建立仿真模型。

當占空比為30%時。

當占空比為70%時。

3：DC/AC：雙極性SPWM

參數：第三個我設計了DC-AC中的雙極性SPWM電路，我采用的是MATLAB版本是7.11。具體參數有，直流電壓300V，阻感負載，電阻1Ω，電感2mH，幅值為1，周期為0.02s，采樣時間為1e-5s，仿真時間為0.06s。

原理分析：PWM波中包含有載波頻率的整數倍及其附近的諧波。幅值最高影響最大的是p次諧波分量，隨調制深度的增加，其幅值的相對值逐漸減小。輸出電壓中最靠近基頻的低次諧波是n=1時的下邊帶，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，載波比越高，最低次諧波離基波便越遠，也就越容易進行濾波，故提高載波比將有效改善輸出電壓的質量。但載波比的提高首先受制于開關器件的開關速度，另外，由于開關損耗等原因，開關頻率在逆變器的設計和運行中還會受到多種因素的影響，相應的對載波比的大小也有一定限制。

此外，在過調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：第四個我設計了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。具體的參數有交流電壓源的Vs的設置頻率為50Hz，幅值為141V。脈沖發生器系統頻率100Hz。晶閘管延遲t=0.02/12s，占空比10%，R=2Ω，仿真結束時間0.06s。

原理分析：帶電阻負載時，電源電壓過零時晶閘管自然關斷；帶阻感負載時，一對橋臂導通使另一對橋臂的兩個晶閘管承受反壓而關斷，每周期換相兩次。

帶阻感負載時，負載電阻電壓和電流的波形相同呈線性關系；帶阻感負載時，電流變化較小，這是由電感對負載電流起平波作用。

在實際電路設計時，需考慮R、L的具體參數可以通過改變仿真模型中R、L的值進行分析，本文對此未有詳細分析。下面是具體的分析。

通過一個周的仿真設計加深了我對matlab在電力電子技術應用知識的理解，基本上掌握了仿真計所要經歷的步驟，我仿真分析、查資料，整理說明書到最后完成整個設計。作為大學階段一次重要的學習經歷我感覺自己受益非淺，同時深深的感覺的自己的學習能力在不斷提高，半個月的時間就這樣匆匆的過去了，對matlab在電力電子技術仿真的設計由一無所知到現在的一定程度的掌握，起到了非常重要的作用，對程風琴老師的關心，指導有感于心，事實上這次設計對我們的鍛煉是多方面的，除了對設計過程熟悉外，我們還進一步提高了繪制仿真圖的能力。雖然能夠滿足設計任務書的要求，但是我認為還要提高和改進的地方還有很多。在細節方面，還有許多需要精雕細琢的地方，這次沒有能夠深入下去。希望以后有機會能夠進一步。

課程設計成績
項目內容
得分
1. 仿真電路搭建的正確性、復雜度（20分）

2. 仿真電路參數設置，仿真算法設置的正確性。（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），理論分析與計算的正確性，實驗數據準確可靠。分析問題有獨到的見解，結構嚴謹，邏輯性強，論述層次清晰，（50分）

4. 實訓報告內容完整、層次分明，文本結構規范，格式統一，行文表述規范準確，文理通順流暢、步驟清晰、標點、符號、計量單位正確，圖表、曲線等符合規范，排版美觀。（20分）

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