电子电力学实验报告

1、电子电力学实验报告学号： K031341725 姓名： 张治中 实验成绩： 实验时间： 2015.11.29 五六节 实验地点： 实验楼六楼 实验题目： 直流斩波电路的性能研究 1、 实验设备电脑一台；MATLAB仿真软件一个；2、 实验目的（1） 熟悉直流斩波电路的工作原理（2） 熟悉Buck电路与Boost电路的组成和工作特点三、实验原理1. 直流降压斩波电路的工作原理（Buck电路）Buck电路产生低于直流输入电压Ud的平均输出电压Uo。图1 Buck电路结构工作原理 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按指数曲线上升。 t=t1时控制V关断，二极管VD

2、续流，负载电压uo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。数量关系 电流连续： 负载电压平均值： 负载电流平均值：图2 Buck电路波形图2. 直流升压斩波电路的工作原理（Boost电路）Boost电路产生高于直流输入电压Ud的平均输出电压Uo。图3 Boost电路结构图工作原理 假设L和C值很大。 V处于通态时，电源E向电感L充电，电流恒定I1，电容C向负载R供电，输出电压Uo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。图4 Boost电路波形图数量关系： 输出电流的平均值Io为： 4、 实验内容两种直流斩波电路的设计与测试5

3、、 实验步骤1. Buck电路的仿真（1）启动matlab，进入simulink后新建文档，绘制Buck电路如图5所示；（2）双击各模块设置参数。电压源参数：100V；电阻、电容参数设置：C=1F，L=100mH，R=1；脉冲发生器模块（Pulse）：振幅设置1V，周期0.001s，脉冲宽度50%；（3）设置好参数后仿真，仿真时间2s，观察输出电压并保存示波器波形图，保存为jpeg格式，命名为“Buck50.JPG”；图5 Buck电路仿真模型图（4） 在步骤（2）的基础上修改脉冲模块的宽度，将50%改为80%，观察输出电压幅值并保存输出波形，命名为“Buck80.JPG”；（5） 在步骤（2

4、）的基础上修改脉冲模块的频率，将周期0.001s修改了0.01s，观察保存输出波形，命名为“Buck_Pluse.jpg”；（6） 在步骤（2）的基础上修改电感，将100mH修改为10mH，观察负载电流并保存输出波形,命名为“Buck_Inductor.jpg”。2. Boost电路的仿真（1）启动matlab，进入simulink后新建文档，绘制Boost电路如图6所示；（2）双击各模块设置参数。电压源参数：100V；电阻、电容参数设置：C=0.7mF，L=100mH，R=10；脉冲发生器模块（Pulse）：振幅设置1V，周期0.001s，脉冲宽度20%；（3）设置好参数后仿真，仿真时间2s

5、，观察并保存示波器波形图,命名为“Boost20.jpg”；图6 Boost电路仿真模型图（4） 在步骤（2）的基础上修改脉冲模块的宽度，将20%改为50%，观察输出电压幅值并保存输出波形,命名为“Boost50.jpg”；（5） 在步骤（2）的基础上修改脉冲模块的频率，将周期0.001s修改了0.01s，观察输出波形并保存输出波形,命名为“Boost_Pluse.jpg”；（6） 在步骤（2）的基础上修改电感，将100mH修改为10mH，观察输出电压并保存输出波形,命名为“Boost_Inductor.jpg”。3. 试验台验证六、试验结论与分析1. 分析两种斩波电路占空比与输出电压幅值的关

6、系（1）Buck电路A，将“Buck50.jpg”、“Buck80.jpg”的波形粘贴在下方，描述各波形参数的含义，分析电感电压与电源电压的关系。四幅子图中第一幅显示电源和电感的电压波形，第二幅显示输入IGBT电力管控制极的波形，第三幅显示电感电流和负载电压波形，第四幅显示二极管两端电压波形；由图可知，电感电压小于电源电压，且电感反向供电与正向供电的电压幅值之和大约等于电源电压。B. 通过导通比计算实验步骤1的（3）和（4）中输出电压的理想值，与仿真的显示值比较，验证仿真结果的正确性。（3） 计算值为： 仿真显示值为：误差不超过0.9%，故仿真结果正确；（4） 计算值为： 仿真显示值为：误差不

7、超过0.3%，故仿真结果正确；C. 将“Buck_Inductor.jpg”的波形粘贴在下方，并分析电感减小后对输出的影响电感变小后，负载电流的波动幅度增大（2） Boost电路A. 将“Boost20.jpg”和“Boost50.jpg”的波形粘贴在下方，描述各波形参数的含义，分析电感电压与电源电压的关系。三幅子图中第一幅显示电源和负载的电压波形，第二幅显示电感的电压和电流波形，第三幅显示控制极输入波形；电感正向电压等于电源电压，此时电感吸收能量，电感反向电压等于需要的负载电压，此时电感释放能量。B. 通过导通比计算试验步骤2的（3）、（4）中输出电压的理想值，与仿真的显示值比较，验证仿真结

8、果的正确性。（3） 计算值： 显示值：误差不超过0.7%，故仿真结果正确；（4） 计算值： 显示值：误差不超过0.6%，故仿真结果正确；C. 将“Boost_Inductor.jpg”的波形粘贴在下方，并分析电感减小后对输出的影响。电感变小后，负载电流的波动幅度增大2. 分析PWM脉冲周期变化对输出的影响将“Buck_Pluse.jpg”和“Boost_Pluse.jpg”的波形图粘贴在下方，并分析与上面各波形的异同点，并解释原因。波形周期比前面的大，因为控制极的输入波形周期增大；负载的电流和电压波动幅度增大，因为电感存储能量的能力有限；电子电力学实验报告学号： K031341725 姓名：

9、张治中 实验成绩： 实验时间： 2015.11.29 七八节 实验地点： 实验楼六楼 实验题目： 单相正弦波脉宽调制逆变电路实验 3、 实验设备电脑一台；MATLAB仿真软件一个；4、 实验目的（1）了解电压型单相全桥逆变电路的工作原理（2）了解正弦脉宽调制（SPWM）调频、调压的原理（3）研究单相全桥逆变电路触发控制的要求三、实验原理1 正弦脉宽调制（SPWM）控制的基本原理控制思想：利用逆变器的开关元件，由控制线路按照一定的规律控制开关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得一组等幅、等距不等宽的脉冲序列，脉宽基本按照正弦分布，以此脉冲序列来等效正弦电压波。把希望输出的波形作为调制信号，把接受

10、调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。调制信号波：正弦波；载波：等腰三角波或锯齿波1）单极性PWM控制方式2）双极性PWM控制方式电压型单相全桥逆变电路原理如图1所示：图1 单相全桥逆变电路 共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。 两对桥臂交替导通6、 实验内容（1）观测参考波Ur与调制波Uc的波形（2）观测双极性脉宽调制控制信号的波形（3）逆变电路输出电压波形的观测7、 实验步骤1 双极性PWM控制方式仿真图2 双极性PWM控制发生电路模型图（1）三角波与正弦波参数设置如图3和4，其余逻辑模块如图2： 图3 三角波模块参数设置 图4 正弦波模块参数设置（2）设置好模块

11、参数后仿真，观测并保存波形图，命名为“UcUr.jpg”；2 电压型单相全桥逆变电路仿真（1）绘制电压型单相全桥逆变电路仿真模型图，如图5所示：图6 单相SPWM逆变电路仿真结构图（2）其中开关器件和二极管模块参数按照默认设定，直流电源（250V）与RL负载（R=10om，L=0.01H）如图6所示；（3）图7为测量模块结构图，其中subsystem子模块结构如图8所示，其中函数f(u)表达式为：f(u)=u(1)*sin(2*pi*50*u(3)+pi*u(2)/180) 图7 测量模块 图8 子模块结构图（4）设定仿真时间0.2s仿真，观察并保存输出波形，命名为“DCACPWM.jpg”，

12、记录基波有效值；（5）将载波频率减小为之前的一半，即参数改为下图所示，观察并保存输出波形；六、实验结论与分析（1）将参考波Ur与调制波Uc的波形“UcUr.jpg”粘贴在下方；（2） 将“DCACPWM.jpg”粘贴在下方，并结合电路图分析脉冲与负载电压两者的关系，根据公式计算基波电压幅值，并与实验仿真结果比较；计算值：测量值：88.54可知仿真结果正确。电子电力学实验报告学号： K031341725 姓名张治中 实验成绩： 实验时间： 2015.12.6 五六节 实验地点： 实验楼六楼 实验题目： 三相桥式全控整流 5、 实验设备电脑一台；MATLAB仿真软件一个；6、 实验目的1. 加深理

13、解三相桥式全控整流电路的工作原理2. 掌握三相桥式全控整流电路仿真方法，会设置各模块的参数3. 掌握触发角与输出电压的关系三、实验原理三相桥式全控整流电路工作原理：图1 电路原理图1带电阻负载时的工作情况当a60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续。 波形图： 由上到下依次为：三相电压波形、输出直流电压波形、晶闸管电流波形、晶闸管电压波形（下同）当a60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值波形图： ：带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120。a60整流电压平均值为：（1-1）a60整流电压平均值为：（1-2） 2 对触发脉冲的要求：

14、（1）按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。（2）共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发；一种是双脉冲触发（常用） (5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。8、 实验内容1. 三相桥式全控整流电路2. 在整流状态下，改变触发角，分

15、析触发角与输出电压的关系9、 实验步骤1. 实验模型搭建在simulink中新建模型文件如图：2. 参数设置1）三相交流电压设置线电压峰值380V，频率50Hz；负载参数设置：R=452）通用桥模块设置如图3，注意下方的测量部分应该选择“测量所有电流与电压（all voltages and currents），方便通过万用表模块测量晶闸管电流与电压图2 三相桥式整流仿真模型图 图3 通用桥参数设置 图4 六脉冲发生器参数设置3）脉冲发生器参数设置如图4，为宽脉冲触发4）万用表模块选择测量晶闸管VT1的电压与电流，如图5所示：图5 万用表模块参数设置3. 改变触发角，得到触发角与输出直流电压的关系，设定仿真时间为0.08s。分别设定a=0，保存两示波器的输出波形为“alpha0_1.jpg”、“ alpha0_2.jpg”，记录输出电压平均值； 设定a=30，保存两示波器的输出波形为“alpha30_1.jpg”、“ alpha30_2.jpg”，记录输出电压平均值；设定a=60，保存两示波器的输出波形为“alpha60_1.jpg”、