电力电子技术及应用 课件 第12章 直流-直流变流电路虚拟仿真

12.1降压斩波电路虚拟仿真

12.2升压斩波电路虚拟仿真

12.3升降压斩波电路虚拟仿真

12.4Cuk斩波电路虚拟仿真

12.5Zeta斩波电路虚拟仿真

12.6Sepic斩波电路虚拟仿真

12.7多相多重斩波电路虚拟仿真12.1降压斩波电路虚拟仿真降压斩波电路仿真过程如下：(1)启动Simulink仿真界面，单击仿真界面菜单栏中的“SimulinkLibraryBrowser”按键，打开“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型库。(2)在“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型库中搜寻直流电压源、绝缘栅双极型晶体管、脉冲触发器、二极管、电阻电感负载、电压测量仪、示波器、电力系统仿真等几个模块，在仿真模型库左上角的搜索栏输入与之对应的英文名称进行搜索，元件对应的英文名称分别为DCVoltageSource、IGBT、PulseGenerator、Diode、SeriesRLCBranch、VoltageMeasurement、Scope、Powergui。将这些元件从“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型库界面拖动至Simulink仿真界面。(3)上述元件放置完成后，双击Simulink仿真界面中的SeriesRLCBranch模块，将负载调整为电阻电感负载RL。连线搭建仿真模型，最终连线搭建完成的电路模型如图12.1所示。(4)降压斩波电路仿真模块结构搭建完成后，调整相关元器件参数。将电阻电感负载RL的电阻取值调整为10 Ω，电感取值调整为2 H。输入侧直流电压源(DCVoltageSource)的电压取值调整为200 V。脉冲触发器(PulseGenerator)中的幅值参数(Amplitude)调整为1 V，周期参数(Period)调整为0.01 s，脉冲宽度参数(PulseWidth)调整为50%，Phasedelay参数调整为0 s。本次实验观测10个周期的波形，因此Simulink仿真界面菜单栏中的运行时间调整为0.1 s。(5)点击Simulink仿真界面菜单栏中的运行按键后，双击示波器，可得电阻电感负载两端电压uo波形，如图12.2所示，验证了理论分析部分所得的波形。12.2升压斩波电路虚拟仿真升压斩波电路仿真过程如下：(1)启动Simulink仿真界面，打开仿真界面菜单栏中的“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型库。(2)在“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型库中搜寻直流电压源、电感、绝缘栅双极型晶体管、脉冲触发器、二极管、电阻电容负载、电压测量仪、示波器、电力系统仿真等几个模块，在仿真模型库左上角的搜索栏输入与之对应的英文名称进行搜索。将这些元件拖动至Simulink仿真界面。上述元件放置完成后，双击Simulink仿真界面中的SeriesRLCBranch模块，调整成为电感L；双击ParallelRLCBranch模块，调整为电阻电容RC；示波器调整为2个输入端口，方便观测输出电压uo的波形和脉冲触发器(PulseGenerator)施加触发脉冲的波形。连线搭建仿真模型，最终连线搭建完成的电路模型如图12.3所示。(3)升压斩波电路仿真模块结构搭建完成后，调整相关元器件参数。将电感的取值调整为1e-4 H。电阻电容负载的R取值调整为5 Ω，C取值调整为1e-4 F。输入侧直流电压源(DCVoltageSource)的电压取值调整为50 V。脉冲触发器(PulseGenerator)中的幅值参数(Amplitude)调整为1 V，周期参数(Period)调整为2e-4 s，脉冲宽度参数(PulseWidth)调整为50%，Phasedelay参数调整为0 s。Simulink仿真界面菜单栏中的运行时间调整为0.01 s，用于多观察几个周期的波形。(4)点击Simulink仿真界面菜单栏中的运行按键后，双击示波器，同时可使用示波器菜单栏中的zoomx按键，来更加完整地观察电路稳定工作后的波形。由以上操作可得电路稳定工作后施加触发脉冲的波形和电压uo的波形，如图12.4所示，如果示波器显示的Y轴电压值范围过大，可通过第8章中介绍的元件操作方式，对示波器显示范围进行调整。由图12.4中可以观测到输出电压取值在100 V左右，而输入电压E在上文中给定为50 V，因此实现升压作用，由于电容C不断地充电放电，因此输出电压波形不会为一条平直的直线，平直的直线只有在理想状态下才可能实现。电路稳定工作前输出波形会有波动，图12.4中截取的仅为电路已经稳定工作的波形。12.3升降压斩波电路虚拟仿真升降压斩波电路仿真过程如下：(1)启动Simulink仿真界面，点击仿真界面菜单栏中的“SimulinkLibraryBrowser”按键，打开“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型库。(2)在“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型库中搜寻直流电压源E、绝缘栅双极型晶体管、电感L、脉冲触发器、二极管VD、电阻电容负载RC、电流测量仪、示波器、电力系统仿真等几个模块，元件放置完成后，修改仿真界面中的SeriesRLCBranch模块，调整成电感L；修改ParallelRLCBranch模块，调整成电阻电容负载RC；将示波器调整为具有3个输入端口，以便于观测理论分析中电流i1、电流i2的波形，以及脉冲触发器施加的触发脉冲的波形。连线搭建仿真模型，最终连线搭建完成的电路模型如图12.5所示。(3)升降压斩波电路仿真模块结构搭建完成后，调整相关元器件参数。将直流电压源E的电压取值调整为20 V；电感L的取值调整为3e-3 H；电阻电容负载RC的电阻取值调整为1 Ω，电容取值调整为2e-3 F；脉冲触发器中的幅值参数(Amplitude)调整为1 V，周期参数(Period)调整为20e-6 s，脉冲宽度(PulseWidth)调整为50%，Phasedelay调整为0 s；Simulink仿真界面菜单栏中的模拟运行时间调整为0.1 s。(4)点击Simulink仿真界面菜单栏中的运行按键后，打开示波器，可得脉冲触发器(PulseGenerator)施加触发脉冲(第一行)、电流i1 (第二行)、电流i2 (第三行)的波形，如图12.6所示，使用者可根据需要调整示波器的Y轴大小。仿真所得的波形和理想情况下得到的波形有些许出入，原因是理想情况下，电感L、电容C已经存储有一定的能量，但实际电路刚开始工作时L与C并未储能。12.4Cuk斩波电路虚拟仿真Cuk斩波电路仿真过程如下：(1)启动Simulink仿真界面，点击仿真界面菜单栏中的“SimulinkLibraryBrowser”按键，打开“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型库。(2)在“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型库中搜寻直流电压源E、绝缘栅双极型晶体管、电感L(2个)、电容C(1个)、电阻负载R(1个)、脉冲触发器、二极管VD、电压测量仪、示波器、电力系统仿真等几个模块，元件对应的英文名称为：DCVoltageSource、IGBT、4个SeriesRLCBranch(分别调整为L负载模块、C负载模块、R负载模块)、PulseGenerator、Diode、VoltageMeasurement、Scope、Powergui。搜寻上述元件模块，拖动至Simulink仿真界面并进行导线连接，连线结果如图12.7所示。注意图12.7中所示，由于负载R两端电压与直流电压源E极性相反，因此在仿真时相应调整了电压测量仪的方向，将默认的电压测量仪方向做了上下对称，调整方式为：选中电压测量仪，右击后在弹出的选项栏中选择“Rotate&Flip”，再选择上下镜像(Up-Down)即可。(3)导线连接完成后，调整模拟仿真电路中各个模块的参数。将直流电压源(DCVoltageSource)的电压参数设置为100 V；脉冲触发器(PulseGenerator)的振幅参数(Amplitude)设为2 V，周期参数(Period)设为30e-7 s，一个周期内脉冲的占空比(PulseWidth)设为20%；电感L1设置为0.01 H，电容C设置为100e-6 F，电感L2设置为0.08 H，电阻R取为3 Ω。Simulink仿真界面菜单栏中的运行时间参数调整为0.8 s。根据Cuk斩波电路输出电压Uo的计算公式可得，当占空比参数α设置为20%时，电路实现降压功能，输出电压Uo的理论取值为25 V，如图12.8中波形所示，电路工作稳定后，仿真得出的波形近似等于25 V，理论分析部分得到验证。电路稳定工作前输出波形会有波动，图12.8中截取的仅为电路已经稳定工作的波形。12.5Zeta斩波电路虚拟仿真Zeta斩波电路仿真过程如下：(1)启动Simulink仿真界面，点击仿真界面菜单栏中的“SimulinkLibraryBrowser”按键，打开“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型库。(2)在“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型库中搜寻直流电压源E(DCVoltageSource)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、二极管VD(Diode)、电感L(2个)、电容C(2个)、电阻负载R(SeriesRLCBranch)、脉冲触发器(PulseGenerator)、电压测量仪(VoltageMeasurement)、示波器(Scope)、电力系统仿真(Powergui)等。搜寻上述元件模块并拖动至Simulink仿真界面。元件放置完成后并连线，搭建完成的仿真电路模块如图12.9所示。(3)Zeta斩波电路仿真模块结构搭建完成后，调整各个模块的参数。将直流电压源(DCVoltageSource)的电压参数设置为100 V；脉冲触发器(PulseGenerator)的振幅参数(Amplitude)设为1 V，周期参数(Period)设为30e-7 s，一个周期内脉冲的占空比(PulseWidth)设为30%；电感L1设为2e-4 H，电感L2设为1e-4 H，电容C1设为1e-4 F，电容C2设为1e-3 F，电阻R取为0.1 Ω。Simulink仿真界面菜单栏中的运行时间参数调整为0.2 s。根据Zeta斩波电路输出电压Uo的计算公式可得，当占空比α设置为30%时，电路实现降压功能，输出电压Uo的理论取值为42 V，如图12.10中波形所示，电路工作稳定后，仿真得出的波形近似等于42 V，理论分析部分得到验证。电路稳定工作前输出波形会有波动，图12.10中截取的仅为电路已经稳定工作的波形。12.6Sepic斩波电路虚拟仿真Sepic斩波电路仿真过程如下：(1)启动Simulink仿真界面，点击仿真界面菜单栏中的“SimulinkLibraryBrowser”按键，打开“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型库。(2)在“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型库中搜寻直流电压源(DCVoltageSource)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、二极管VD(Diode)、电感L1和L2、电容C1和C2、电阻负载R(SeriesRLCBranch)、脉冲触发器(PulseGenerator)、电压测量仪(VoltageMeasurement)、示波器(Scope)、电力系统仿真(Powergui)。搜寻上述元件模块，拖动至Simulink仿真界面并连线搭建电路，最终连线搭建完成的电路模型如图12.11所示。(3)仿真电路搭建完成后，调整各个模块的参数。将直流电压源(DCVoltageSource)的电压参数设置为50 V；脉冲触发器(PulseGenerator)的振幅参数(Amplitude)设为1 V，周期参数(Period)设为30e-7 s，一个周期内脉冲的占空比(PulseWidth)设为30%；电感L1设为2e-4 H，电感L2设为1e-4 H，电容C1设为1e-4 F，电容C2设为1 e-3 F，电阻R取为0.1 Ω。Simulink仿真界面菜单栏中的运行时间参数调整为0.2 s。根据Sepic斩波电路输出电压Uo的计算公式可得，当占空比α设置为30%时，电路实现降压功能，输出电压Uo的理论取值为42 V，如图12.12中波形所示，电路工作稳定后，仿真得出的波形近似等于42 V，理论分析部分得到验证。电路稳定工作前输出波形会有波动，图12.12中截取的仅为电路已经稳定工作的波形。12.7多相多重斩波电路虚拟仿真多相多重斩波电路仿真过程如下：(1)启动Simulink仿真界面，点击仿真界面菜单栏中的“SimulinkLibraryBrowser”按键，打开“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型库。(2)在“SimulinkLibraryBrowser”仿真模型库中搜寻直流电压源(DCVoltageSource)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT，3个)、二极管VD(Diode，3个)、电感(3个)、电阻负载R(SeriesRLCBranch)、脉冲触发器(PulseGenerator，3个)、电流测量仪(CurrentMeasurement，4个)、示波器(Scope)、电力系统仿真(Powergui)等。搜寻上述元件模块，拖动至Simulink仿真界面并连线搭建电路，最终连线搭建完成的电路模型如图12.13