电力电子电路设计与仿真

一．课程设计目的（1）通过matlab的simulink工具箱，掌握DC-DC、DC-AC、AC-DC电路的仿真。

通过设置元器件不同的参数，观察输出波形并进行比较，进一步理解电路的工作原理；（2）掌握焊接的技能，对照原理图，了解工作原理；（3）加深理解和掌握《电力电子技术》课程的基础知识，提高学生综合运用所学知识的能力；二．课程设计内容第一部分：simulink电力电子仿真/版本matlab7.0（1）DC-DC电路仿真（升降压（Buck-Boost）变换器）仿真电路参数：直流电压20V、开关管为MOSFET（内阻为0.001欧）、开关频率20KHz、电感L为133uH、电容为1.67mF、负载为电阻负载（20欧）、二极管导通压降0.7V（内阻为0.001欧）、占空比40%。

仿真时间0.3s，仿真算法为ode23tb。

图1-1占空比为40%的，降压后为12.12V。

触发脉冲、电感电流、开关管电流、二极管电流、负载电流、输出电压的波形。

图1-2占空比为60%的，升压后为28.25V。

触发脉冲、电感电流、开关管电流、二极管电流、负载电流、输出电压的波形。

图1-3•图1-4升降压变换电路（又称Buck-boost电路）的输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反，其电路原理图如图1-4(a)所示。

它主要用于要求输出与输入电压反相，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源工作原理：①T导通，ton期间，二极管D反偏而关断，电感L储能，滤波电容C向负载提供能量。

②T关断，toff期间，当感应电动势大小超过输出电压U0时，二极管D导通，电感L经D向C和RL反向放电，使输出电压的极性与输入电压在ton期间电感电流的增加量等于toff期间的减少量，得：由的关系，求出输出电压的平均值为：上式中，D为占空比，负号表示输出与输入电压反相；当D=0.5时，U0=Ud；当0.5<D<1时，U0>Ud，为升压变换；当0≤D<0.5时，U0<Ud，为降压变换。

三相桥式电压型逆变电路的设计与仿真的设计目的三相桥式电压型逆变电路是一种常用于电力电子领域的电路拓扑结构，其设计与仿真的主要目的包括：1. 输出电压控制: 设计目的之一是实现对逆变器输出电压的精确控制。

逆变电路通常用于将直流电源转换为交流电源，可以逆变成不同的频率、幅值和相位的交流电压。

因此，设计中需要确定逆变器的控制策略、电压调节范围和响应速度，以满足实际应用的要求。

2. 效率优化：设计中要考虑逆变电路的能量转换效率。

逆变器通常会产生一定的功率损耗，包括开关损耗和传输损耗。

设计目的是通过合理的器件选择、逆变器拓扑和控制策略来降低损耗，提高整体系统的效率。

3. 稳定性分析：逆变电路在输出电压稳定性方面的设计目的是确保输出电压的波形质量和稳定性。

逆变器输出的交流波形应该接近理想的正弦波，并具有较低的谐波含量。

设计中需要考虑滤波器的设计和控制策略，以及对电路中可能存在的电磁干扰和噪声进行抑制，提高系统的稳定性。

4. 可靠性和安全性：设计目的还包括确保逆变电路的可靠性和安全性。

逆变器涉及高压、高电流和高频的操作，需要合理选择和配备电路元件，以确保电路的可靠运行和保护电路的安全性。

通过设计与仿真，可以评估不同参数和配置对逆变电路性能的影响，优化电路设计，降低实际搭建试验的成本和风险，提高设计效率。

三相桥式电压型逆变电路是一种常用于电力电子领域的电路拓扑结构，其设计与仿真的主要目的包括：1. 输出电压控制: 设计目的之一是实现对逆变器输出电压的精确控制。

逆变电路通常用于将直流电源转换为交流电源，可以逆变成不同的频率、幅值和相位的交流电压。

因此，设计中需要确定逆变器的控制策略、电压调节范围和响应速度，以满足实际应用的要求。

2. 效率优化：设计中要考虑逆变电路的能量转换效率。

逆变器通常会产生一定的功率损耗，包括开关损耗和传输损耗。

设计目的是通过合理的器件选择、逆变器拓扑和控制策略来降低损耗，提高整体系统的效率。

电力电子仿真实验实验报告院系：电气与电子工程学院班级：电气1309班学号： 17学生姓名：王睿哲指导教师：姚蜀军成绩：日期：2017年 1月2日目录实验一晶闸管仿真实验........................................ 错误!未定义书签。

实验二三相桥式全控整流电路仿真实验.......................... 错误!未定义书签。

实验三电压型三相SPWM逆变器电路仿真实验..................... 错误!未定义书签。

实验四单相交-直-交变频电路仿真实验.......................... 错误!未定义书签。

实验五 VSC轻型直流输电系统仿真实验.......................... 错误!未定义书签。

实验一晶闸管仿真实验实验目的掌握晶闸管仿真模型模块各参数的含义。

理解晶闸管的特性。

实验设备：MATLAB/Simulink/PSB实验原理晶闸管测试电路如图1-1所示。

u2为电源电压，ud为负载电压，id为负载电流，uVT 为晶闸管阳极与阴极间电压。

图1-1 晶闸管测试电路实验内容启动Matlab，建立如图1-2所示的晶闸管测试电路结构模型图。

图1-2 带电阻性负载的晶闸管仿真测试模型双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图1-3、1-4、1-5所示。

图1-3 交流电压源模块参数图1-4 晶闸管模块参数图1-5 脉冲发生器模块参数固定时间间隔脉冲发生器的振幅设置为5V，周期与电源电压一致，为（即频率为50Hz），脉冲宽度为2（即º），初始相位（即控制角）设置为（即45º）。

串联RLC分支模块Series RLC Branch与并联RLC分支模块Parallel RLC Branch的参数设置方法如表1-1所示。

表1-1 RLC分支模块的参数设置元件串联RLC分支并联RLC分支类别电阻数值电感数值电容数值电阻数值电感数值电容数值单个电阻R0inf R inf0单个电感0L inf inf L0单个电容00C inf inf C 在本系统模型中，双击Series RLC Branch模块，设置参数如图1-6所示。

电力电子技术与MATLAB仿真课程设计课程设计概述本次课程设计的主要任务是对电力电子技术进行深入了解，并通过MATLAB仿真进行实践操作，从而全面掌握电力电子技术的应用。

本次课程设计以掌握电力电子技术基本原理、掌握MATLAB仿真软件的使用和掌握电力电子技术的应用为主要目标，结合实际应用案例和仿真实验，学生们能够更加深入地理解电力电子技术的应用，并且掌握MATLAB仿真的使用方法。

任务一：电力电子技术基础知识任务目标通过学习电力电子技术基础知识，掌握电力电子技术的相关概念和原理。

学习内容本次课程设计的学习内容主要包括以下几点：1.电力电子技术概述2.半导体器件3.电路模型4.控制方法学习方法学生们应该认真学习课程中涉及到的各种电力电子技术相关知识和概念，并在查阅相关文献进行加深理解。

同时，针对课程中的一些重点难点内容，可以与同学共同研究、讨论，并结合实际案例进行学习。

任务二：MATLAB仿真操作技能任务目标通过本次课程设计，学生们应该掌握MATLAB仿真工具的基本操作技能，能够独立完成电力电子技术的相关仿真实例，并且掌握MATLAB仿真结果的分析和处理方法。

学习内容本次课程设计的学习内容主要包括以下几点：1.MATLAB基础操作2.电力电子技术常用仿真分析方法3.仿真模型搭建学习方法学生们应该认真学习课程中涉及到的MATLAB仿真工具的相关知识和概念，并进行实践操作。

在实践操作过程中，可结合文献资料进行研究和调整，并与同学一起共同探讨仿真结果与理论分析的关系。

任务三：综合应用任务目标通过独立完成应用案例的设计和模拟仿真，学生们能够深入理解电力电子技术的实际应用，并且掌握MATLAB仿真工具在电力电子技术应用方面的操作方法。

学习内容本次课程设计的学习内容主要包括以下几点：1.开关电源的设计及仿真2.三相变频器的设计及仿真3.太阳能逆变器的设计及仿真学习方法学生们应该针对给出的应用案例进行仿真模拟，并负责完成实验数据表格整理及会议汇报材料的整理，以提高课程设计实际应用能力。

电力电子课程设计-BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY课程设计说明书课程设计名称:电力电子题目:BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真—15V/5V二级学院(直属学部): 电子信息与电气工程学院专业:电气工程及其自动化班级:07电单学生姓名: 学号:指导教师姓名: 职称:讲师2011 年 1 月电力电子课程设计任务书二级学院(直属学部):电子信息与电气工程学院专业:电气工程及其自动化班级:学生姓名指导教师韩霞职称讲师课题名称 BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真-15V/5V1、根据设计要求计算滤波电感和滤波电容的参数值，设计PID补偿网络2、采用MATLAB中simulink中的simpowersystems模型库搭建闭环降压式变换器的仿真模型3、观察系统在额定负载以及突加、突卸80%额定负载时的输出电压和负载电课流的波形4、撰写课程设计说明书，要求包括:题一、封面二、目录工三、正文1、降压变换器的基本原理作2、BUCK变换器主电路参数设计2.1设计内容及要求内 2.2主电路设计(占空比、滤波电感、滤波电容的设计)3、BUCK变换器闭环PID控制的参数设计容 3.1主电路传函分析3.2补偿环节的设计4、BUCK变换器闭环系统的仿真4.1仿真参数及过程描述4.2仿真模型图及仿真结果5、总结(含心得体会)6、参考文献(不少于6篇)21、输入直流电压(V):15V IN2、输出电压(Vo):5V3、输出电流(I):10A N指标4、输出电压纹波峰-峰值 Vpp?50mV)5、锯齿波幅值Um=1.5V 目标6、开关频率(fs):100kHZ )要7、采样网络传函H(s)=0.3 求8、BUCK主电路二极管的通态压降V=0.5V，电感中的电阻压降V=0.1V,开DL关管导通压降V=0.5V,滤波电容C与电解电容R的乘积为75uΩ*F ONC第1天阅读课程设计指导书，熟悉设计要求和设计方法第2天根据设计原理计算相关主要元件参数以及完成PID系统的设计进第3天熟悉MATLAB仿真软件的使用，构建系统仿真模型程安第4天仿真调试，记录要求测量波形排第5天撰写课程设计说明书1、电力电子课程设计任务书本院编2、电力电子课程设计指导书本院编3、王创社，乐开端等，开关电源两种控制模式的分析与比较，电力电子技术，1998，3，78一81; 主4、徐辅东，电流型控制开关变换器的研究与优化，西南交通大学硕士论文，要2000年4月。

一、实验目的本次电力电子仿真实验实训旨在通过MATLAB/Simulink软件，对电力电子电路进行仿真分析，加深对电力电子电路工作原理、性能特点以及设计方法的了解，提高实际工程应用能力。

二、实验环境1. 软件环境：MATLAB R2020b、Simulink R2020b2. 硬件环境：计算机三、实验内容本次实验主要涉及以下内容：1. 单相桥式整流电路仿真2. 三相桥式整流电路仿真3. 逆变器电路仿真4. 直流斩波电路仿真四、实验步骤1. 单相桥式整流电路仿真（1）建立仿真模型：在Simulink中搭建单相桥式整流电路模型，包括二极管、电源、负载等元件。

（2）设置仿真参数：设置电源电压、负载电阻等参数。

（3）运行仿真：启动仿真，观察仿真结果。

（4）分析仿真结果：分析仿真结果，包括输出电压、电流、功率等参数。

2. 三相桥式整流电路仿真（1）建立仿真模型：在Simulink中搭建三相桥式整流电路模型，包括二极管、电源、负载等元件。

（2）设置仿真参数：设置电源电压、负载电阻等参数。

（3）运行仿真：启动仿真，观察仿真结果。

（4）分析仿真结果：分析仿真结果，包括输出电压、电流、功率等参数。

3. 逆变器电路仿真（1）建立仿真模型：在Simulink中搭建逆变器电路模型，包括电力电子器件、驱动电路、负载等元件。

（2）设置仿真参数：设置电源电压、负载电阻等参数。

（3）运行仿真：启动仿真，观察仿真结果。

（4）分析仿真结果：分析仿真结果，包括输出电压、电流、功率因数等参数。

4. 直流斩波电路仿真（1）建立仿真模型：在Simulink中搭建直流斩波电路模型，包括电力电子器件、驱动电路、负载等元件。

（2）设置仿真参数：设置电源电压、负载电阻等参数。

（3）运行仿真：启动仿真，观察仿真结果。

（4）分析仿真结果：分析仿真结果，包括输出电压、电流、功率等参数。

五、实验结果与分析1. 单相桥式整流电路仿真结果通过仿真实验，我们得到了单相桥式整流电路的输出电压、电流、功率等参数。

《电力电子技术》单相半波可控整流电路MATLAB仿真实验一、实验目的：(1) 单相半波可控整流电路（电阻性负载）电路的工作原理电路设计与仿真。

(2) 单相半波可控整流电路（阻-感性负载）电路的工作原理电路设计与仿真。

(3) 单相半波可控整流电路（阻-感性负载加续流二极管）电路的工作原理电路设计与仿真。

（4）了解三种不同负载电路的工作原理及波形。

二、电阻性负载电路1、电路及其工作原理图1.1单向半波可控整流电路（电阻性负载）如图1.1所示，单向半波可控制整流电路原理图，晶闸管作为开关，变压器T起到变换电压与隔离的作用。

其工作原理：（1）在电源电压正半波(0~π区间)，晶闸管承受正向电压，脉冲uG在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流id,负载上有输出电压和电流。

（2）在ωt=π时刻，u2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。

（3）在电源电压负半波(π~2π区间)，晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，负载电流为零。

（4）直到电源电压u2的下一周期的正半波，脉冲uG 在ωt=2π+α处又触发晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流又加在负载上，如此不断重复。

2、MATLAB下的模型建立2.1 适当连接后，可得仿真电路。

如图所示：2.2 仿真结果与波形分析下列所示波形图中，波形图分别代表了晶体管VT上的电流、晶体管VT 上的电压、电阻加电感上的电压。

设置触发脉冲α分别为30°、60°、90°、120°时的波形变化。

α=30°α=60°α=90°α=120°分析：与电阻性负载相比，负载电感的存在，使得晶闸管的导通角增大，在电源电压由正到负的过零点也不会关断，输出电压出现了负波形，输出电压和电流平均值减小；大电感负载时输出电压正负面积趋于相等，输出电压平均值趋于零。

电力电子课程设计仿真图一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握电力电子学的基本原理，学会使用电力电子仿真图进行分析和设计，培养学生解决电力电子实际问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）了解电力电子器件的工作原理和特性；（2）掌握电力电子电路的基本拓扑结构和性能；（3）熟悉电力电子仿真图的绘制和分析方法。

2.技能目标：（1）能够运用电力电子仿真图对电路进行分析和设计；（2）具备使用电力电子仿真软件进行仿真实验的能力；（3）能够独立完成电力电子电路的搭建和调试。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对电力电子技术的兴趣和热情；（2）增强学生的创新意识和团队合作精神；（3）培养学生关注社会、解决实际问题的责任感。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.电力电子器件：介绍电力电子器件的基本原理、特性及应用；2.电力电子电路拓扑：分析各种电力电子电路的拓扑结构、工作原理和性能；3.电力电子仿真图：讲解电力电子仿真图的绘制方法，分析仿真结果；4.电力电子仿真实验：利用仿真软件进行电力电子电路的仿真实验，掌握实验技巧；5.实际案例分析：分析电力电子技术在实际工程中的应用案例，提高解决实际问题的能力。

三、教学方法为实现教学目标，本课程将采用以下教学方法：1.讲授法：用于讲解电力电子器件、电路拓扑和仿真图的基本概念；2.讨论法：学生就电力电子技术的热点问题进行讨论，培养学生的创新思维；3.案例分析法：分析实际案例，使学生掌握电力电子技术在工程中的应用；4.实验法：利用仿真软件进行电力电子电路的仿真实验，培养学生动手能力和实际问题解决能力。

四、教学资源为实现教学目标，本课程将采用以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的电力电子教材，为学生提供系统、全面的知识体系；2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识储备；3.多媒体资料：制作精美的课件，提高课堂教学效果；4.实验设备：配置电力电子仿真软件和实验设备，为学生提供实践操作的机会。

电力电子领域中超大功率限流式高压熔断器的设计与仿真摘要：超大功率限流式高压熔断器在电力电子领域具有重要的应用价值。

本文从设计与仿真的角度出发，对超大功率限流式高压熔断器的工作原理、设计流程以及仿真方法进行了详细阐述。

通过数值模拟与电磁场仿真，对熔断器的性能进行了评估与优化。

该研究为超大功率限流式高压熔断器的设计与应用提供了重要的参考。

1. 引言电力电子领域中，超大功率限流式高压熔断器是一种关键的电气保护设备。

它能够在电力系统中快速有效地中断超过额定电流的故障电流，以保护电力设备和系统的安全运行。

由于其特殊的工作环境和要求，熔断器的设计与仿真成为了关注的焦点。

本文将重点介绍超大功率限流式高压熔断器的设计流程和仿真方法。

2. 超大功率限流式高压熔断器的工作原理超大功率限流式高压熔断器是一种基于电磁感应原理的保护设备。

其主要由电流传感器、电流比率器、电路开关和熔断单元组成。

当电流传感器检测到超过额定电流的故障电流时，电流比率器将信号传递给电路开关，使其关闭连接。

同时，熔断单元中的电流限流元件迅速起作用，将故障电流引导到熔丝状元件上，使其瞬间熔断，以实现故障电流的中断。

3. 超大功率限流式高压熔断器的设计流程超大功率限流式高压熔断器的设计流程主要包括参数确定、熔断单元设计、电路开关设计和熔断机构设计等步骤。

首先，根据电力系统的要求确定熔断器的额定电流和额定电压。

然后，根据额定电流和额定电压计算熔断器的额定功率和额定电阻。

接下来，根据额定功率和额定电阻确定熔断单元的材料和结构参数。

最后，设计电路开关和熔断机构以实现熔断器的快速接通与断开。

4. 超大功率限流式高压熔断器的仿真方法超大功率限流式高压熔断器的仿真主要利用数值模拟和电磁场仿真两种方法。

数值模拟通过建立数学模型，利用有限元分析等方法，对熔断器的电磁特性进行评估。

电磁场仿真则通过电磁场计算软件，对熔断器内部的电场和磁场分布进行分析。

通过仿真方法，可以评估熔断器的响应速度、动态特性和可靠性等性能指标，并对其进行优化与改进。

电力电子器件的仿真与设计电力电子器件是当今最重要的技术之一。

它能将电能与其他形式的能量相互转换，从而实现能源的高效利用。

在电力系统中，电力电子器件的应用已经得到了广泛的推广，如变频器、充电器、逆变器等等。

因此，电力电子器件的仿真与设计对于电力系统的运行和维护非常重要。

电力电子器件的仿真可以帮助工程师在设计阶段发现可能存在的问题。

仿真软件可以建立电路模型，通过数值计算得出电路的响应，从而预测电路的性能和稳定性。

这可以有效地节省设计时间和成本，同时提高设计质量和可靠性。

电力电子器件的设计需要考虑因素很多。

首先，设计者必须了解电子元件的物理特性，例如电流、电压、功率等。

其次，设计者还需要考虑电子元件的寿命和可靠性。

最后，设计者还需要考虑电子元件的体积和功率密度。

因此，电力电子器件的设计过程需要结合材料科学、电子工程和机械工程等多个学科。

目前，已经有许多软件可以用来模拟电力电子器件，如PSIM、SABER、Simplorer等。

这些软件提供了丰富的电路元件库和仿真模型，可以帮助设计师更方便快捷地进行电路仿真和优化。

通过仿真软件的使用，设计者能够快速地验证电路设计，并进行参数优化，从而找到最优化的解决方案。

除了仿真软件，现在还有许多优秀的设计工具可供选择，如Altium、Eagle PCB、OrCAD等。

这些工具提供了集成化的设计环境，包括原理图设计、布线、元件库编辑等功能，使设计者能够快速地完成从原理图到PCB的全过程。

此外，这些工具还可以自动生成PCB布局、进行信号完整性分析等，从而帮助设计者快速地找出电路设计中潜在的问题。

在仿真和设计的过程中，电力电子器件的加工和测试也至关重要。

准确的测试将有助于设计和制造高性能、可靠性和高精度的电力电子器件。

现代电力电子器件制造过程采用了新的材料和工艺，如硅基半导体、碳纳米管和有机电子材料，这使得加工和测试工作更加复杂和挑战。

综上所述，电力电子器件仿真与设计对于电力系统的运行和维护至关重要。

电力电子电路缓冲器研究与仿真研究背景电力电子技术在电力系统中起着重要的作用，其应用已经涉及到许多领域。

电力电子电路缓冲器作为电力电子技术的重要组成部分之一，在电力电子电路中具有重要的功能和意义。

随着电力电子技术的不断发展和进步，电力电子电路缓冲器的研究也变得越来越重要。

电力电子电路缓冲器可以提供对电力电子器件的控制和保护，能够调节电力电子器件的功率输出，提高系统的稳定性和可靠性。

电力电子电路缓冲器在电力系统中的应用广泛，包括逆变器、变频器、电力调节器等。

它们能够实现能量的转换和传输，提高能源效率，减少能源浪费，对推动电力系统的发展和改善电力质量具有重要意义。

因此，对电力电子电路缓冲器进行深入研究和仿真分析，能够为电力系统的稳定运行和性能优化提供重要支持和指导，对电力电子技术的发展具有重要意义。

电力电子电路缓冲器有多种类型，包括电阻缓冲器、电容缓冲器和电感缓冲器等。

下面将介绍它们的原理、特点和应用场景。

电阻缓冲器电阻缓冲器是一种常见的电力电子电路缓冲器。

它使用电阻元件来减小电流的变化率，从而减少因突变电流引起的电压波动。

电阻缓冲器可以有效地保护电路中的其他元件免受过大的电流冲击。

它的原理简单，适用于各种电路，特别是在需要稳定电压输出的场景中常被使用。

电容缓冲器电容缓冲器是另一种常见的电力电子电路缓冲器。

它利用电容元件的充放电特性来平滑电压波动，降低峰值电压，并延长短暂电流脉冲的时间。

电容缓冲器适用于需要稳定电压输出的场景，尤其是在对电流响应时间要求较高的电路中。

电感缓冲器电感缓冲器使用电感元件来抵抗电流的变化率，从而减少电压的变化。

它通过电感的储能和释能来实现电流的平滑过渡，减少电路中的电压波动。

电感缓冲器在保护电路中的其他元件免受电压峰值和电流突变的影响方面具有良好的效果。

它常被应用于需要高度稳定性和电流保护的电路中。

以上是不同类型的电力电子电路缓冲器的简要介绍，它们都在特定的应用场景中发挥着重要的作用。

电力电子课程设计任务书一、课程目标知识目标：1. 理解电力电子器件的基本原理、分类及其在电路中的应用；2. 掌握电力电子变换器的工作原理、电路构成及其控制方法；3. 了解电力电子技术在能源转换、电机调速等领域的应用。

技能目标：1. 能够分析并设计简单的电力电子电路，进行电路仿真与实验操作；2. 学会使用相关软件（如PSPICE、MATLAB等）对电力电子电路进行性能分析与优化；3. 能够针对实际问题，运用电力电子技术提出解决方案，并进行初步设计与评估。

情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱科学、积极探索电力电子技术发展的精神；2. 增强学生的环保意识，认识到电力电子技术在节能减排方面的重要性；3. 培养学生的团队协作能力和沟通表达能力，使其在学术交流中能够积极参与、互相学习。

课程性质：本课程为高年级专业课程，旨在帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提高解决实际问题的能力。

学生特点：学生具备一定的电子技术基础，具有较强的学习能力和动手实践能力，但可能对电力电子技术在实际应用中的具体问题缺乏深入了解。

教学要求：结合课本内容，注重理论与实践相结合，强调实际操作能力的培养。

通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际工程问题，提高其创新能力和实践能力。

在此基础上，分解课程目标为具体的学习成果，以便进行后续的教学设计和评估。

二、教学内容根据课程目标，教学内容主要包括以下几部分：1. 电力电子器件原理及其特性- 教材章节：第一章- 内容：晶闸管、GTO、MOSFET、IGBT等器件的工作原理、特性参数及选型。

2. 电力电子变换器及其控制技术- 教材章节：第二章- 内容：AC-DC、DC-AC、DC-DC等变换器的工作原理、电路拓扑及其控制策略。

3. 电力电子技术应用- 教材章节：第三章- 内容：电力电子技术在电力系统、新能源、电机调速等领域的应用案例。

4. 电力电子电路设计与仿真- 教材章节：第四章- 内容：电路设计方法、仿真软件使用及电路性能分析。

1 电路设计的要求及目的1.1 电路设计的要求设计一个单相交流调压电路，要求触发角为45度.反电势负载E=40伏，输入交流U2=210伏。

L足够大，C足够大(1)单相交流调压主电路设计，原理说明；(2)触发电路设计，每个开关器件触发次序与相位分析；(3)保护电路设计，过电流保护，过电压保护原理分析；(4)参数设定与计算1.2 电路的设计目的电力电子仿真虽然是一门方向课，做课程设计是为了让我们运用学过的电路原理的知识，独立进行查找资料，选择方案，设计电路，撰写报告，制作电路等，进一步加深对变流电路基本原理的理解，提高运用基本技能的能力，为今后的学习和工作打下良好的基础，同时也锻炼了自己的实践能力。

通过设计报告更能熟悉MATLAB^件的使用，为以后运用打下基础。

2电路设计方案选择2.1原理框图2.2电阻负载通过资料查阅可知实际案有两种：电阻性负载或阻感性负载。

本次电路采用单相交流调压器带阻感负载时的电路图如图所示，在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管VT1, VT2相连。

VI；1.V l \(u1o▼%------------图2-1电阻负载单相交流调压电路2.3电流的计算与分析当在31= a寸刻开通晶闸管VTI，负载电流应满足如下微分方程式和初始条件：di 厂*Z—=V2L71sin 创dt解方程得：J5u —=------ [sin(£yr--sin(a-<p)e r ] a<an<a+6式中，忑也B为晶闸管导通角。

利用边界条件：- -时f.： - L：，可求得：sin(a + ^-^) = si n(a一◎严*以©为参变量，利用上式可以把a和9的关系用图的一簇曲线来表示，如图2所示。

VT2导通时，上述关系完同，只是i o极性相反，相位差180°ISOU0匚100200 20 60 100 140 ISO图2-2以a为参变量的9和a关系曲线负载电压有效值：R= U1J-+-[3inla- sin(2a 4- 2&)]71晶闸管电流有效值为：1俨F171^sin(£yr-<p)-sin(a-<p)e l=°；d(euz)sin 5cos(2aV cos^负载电流有效值：化=冋设晶闸管电流I VT的标么值为:/ zn J Z则可绘出l V TN和a的关系曲线，如图3所示I/O图2-3单相交流调压电路0为参变量时I VTN和a的关系曲线当a、©已知时，可由该曲线查出晶闸管电流标幺值，进而求出负载电流有有效值l 0及晶闸管电流有效值l T o3单相交流调压电路的设计3.1主电路的设计所谓交流调压就是将两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，在每半个周波内通过控制晶闸管开通相位，可以方便的调节输出电压的有效值。

基于matlab地电力电子技术仿真设计第1章绪论1.1 MA TLAB 地产生过程和影响在20 世纪七十年代后期地时候：时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任地Cleve Moler 教授出于减轻学生编程负担地动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序地“通俗易用”地接口，此即用FORTRAN编写地萌芽状态地MATLAB.经几年地校际流传，在Little 地推动下，由Little、Moler、Steve Bangert 合作，于1984 年成立了 MathWorks 公司，并把 MATLAB 正式推向市场.从这时起，MATLAB 地内核采用C语言编写，而且除原有地数值计算能力外，还新增了数据图视功能.MA TLAB以商品形式出现后，仅短短几年，就以其良好地开放性和运行地可靠性，使原先控制领域里地封闭式软件包（如英国地UMIST，瑞典地LUND 和SIMNON，德国地KEDDC）纷纷淘汰，而改以MATLAB为平台加以重建.在时间进入20 世纪九十年代地时候，MATLAB已经成为国际控制界公认地标准计算软件.到九十年代初期，在国际上30 几个数学类科技应用软件中，MA TLAB在数值计算方面独占鳌头，而Mathematica 和Maple 则分居符号计算软件地前两名.Mathcad 因其提供计算、图形、文字处理地统一环境而深受中学生欢迎.MathWorks 公司于1993 年推出MA TLAB4.0 版本，从告别DOS 版.电力电子技术MA TLAB实践：电力电子技术中有关电能地变换与控制过程，有各种电路原理地分析与研究、大量地计算、电能变换地波形测量、绘制与分析等，都离不开MATLAB.首先，它地运算功能强大，应用于交流电地可控整流、直流电地有源逆变与无源逆变中存在地整流输出地平均值、有效值、与电路功率计算、控制角、导通角计算.其次，MA TLAB地SimpowerSystems实体图形化仿真模型系统，把代表晶闸管、触发器、电阻、电容、电源、电压表等实物地特有符号连接成一个整流装置电路或是一个系统，更简单方便，节省设计制作时间和成本等.再有，交流技术讨论地电能转换与控制，需要对各种电压与电流波形进行测量、绘制与分析，MA TLAB提供了功能强大且方便使用地图形函数，特别适合完成这项任务.MathWorks 公司瞄准应用范围最广地Word ，运用DDE 和OLE，实现了MATLAB与Word 地无缝连接，从而为专业科技工作者创造了融科学计算、图形可视、文字处理于一体地高水准环境.1997 年仲春，MA TLAB5.0 版问世，紧接着是5.1、5.2，以及和1999 年春地5.3 版.与4.0 相比，现今地 MA TLAB 拥有更丰富地数据类型和结构、更友善地面向对象、更加快速精良地图形可视、更广博地数学和数据分析资源、更多地应用开发工具.（关于MATLAB5.0 地特点下节将作更详细地介绍.）诚然，到1999 年底，Mathematica 也已经升到4.0 版，它特别加强了以前欠缺地大规模数据处理能力.Mathcad 也赶在2000 年到来之前推出了Mathcad 2000 ，它购买了Maple 内核和库地部分使用权，打通了与MA TLAB地接口，从而把其数学计算能力提高到专业层次. 但是，就影响而言，至今仍然没有一个别地计算软件可与MA TLAB匹敌. 在欧美大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等课程地教科书都把MATLAB作为内容.这几乎成了九十年代教科书与旧版书籍地区别性标志.在那里，MA TLAB是攻读学位地大学生、硕士生、博士生必须掌握地基本工具. 在国际学术界，MATLAB已经被确认为准确、可靠地科学计算标准软件.在许多国际一流学术刊物上，（尤其是信息科学刊物），都可以看到MATLAB地应用.在设计研究单位和工业部门，MATLAB被认作进行高效研究、开发地首选软件工具.如美国National Instruments 公司信号测量、分析软件LabVIEW，Cadence 公司信号和通信分析设计软件SPW等，或者直接建筑在MA TLAB之上，或者以MATLAB为主要支撑.又如 HP司地VXI 硬件，TM公司地DSP，Gage 公司地各种硬卡、仪器等都接受MATLAB地支持.1.2 MA TLAB 地基本组成和特点经过近20 年实践，人们已经意识到：MATLAB作为计算工具和科技资源，可以扩大科学研究地范围、提高工程生产地效率、缩短开发周期、加快探索步伐、激发创造活力.那么作为当前最新版本地MATLAB 7.0 究竟包括哪些内容？有哪些特点呢？5.0以前版本地MATLAB语言比较简单.它只有双精度数值和简单字符串两种数据类型，只能处理1 维、2 维数组.它地控制流和函数形式也都比较简单.这一方面与当时软件地整体水平有关，另方面与MA TLAB仅限于数值计算和图形可视应用地设计目标有关.从 5.0 版起，MA TLAB 对其语言进行了根本性地变革，使之成为一种高级地“阵列”式语言.1.3 MA TLAB 语言地传统优点MA TLAB自问世起，就以数值计算称雄.MA TLAB进行数值计算地基本处理单位是复数数组（或称阵列），并且数组维数是自动按照规则确定地.这一方面使MATLAB程序可以被高度“向量化”，另方面使用户易写易读.对一般地计算语言来说，必须采用两层循环才能得到结果.这不但程序复杂，而且那讨厌地循环十分费时. MA TLAB 处理这类问题则简洁快捷得多，它只需直截了当地一条指令y = exp(-2*t).*sin(5*t) ，就可获得.这就是所谓地“数组运算”.这种运算在信号处理和图形可视中，将被频繁使用.当A地列数大于行数时，x 有无数解.一般程序就必须按以上不同情况进行编程.然而对 MATLAB来说，那只需一条指令：x=A\b .指令是简单地，但其内涵却远远超出了普通教科书地范围，其计算地快速性、准确性和稳定性都是普通程序所远不及地.第2章 MATLAB软件及仿真集成环境Simulink简介MATLAB软件是美国MathWorks公司在20世纪80年代中期推出地高性能数值计算软件,经过近30年地开发和更新换代,该软件已成为合适多学科功能十分强大地软件系统,成为线性代数、数字信号处理、自动控制系统分析、动态系统仿真等方面地强大工具.MATLAB中含有一个仿真集成环境Simulink,其主要功能是实现各种动态系统建模、仿真与分析.在MA TLAB启动后地系统界面中地命令窗口输入”SIMULINK”指令就可以启动SIMULINK仿真环境.启动SIMULINK后就进入了浏览器既模版库，在图中左侧为以目录结构显示地17类模版库名称（因软件版本地不同，库地数量及其他细节可能不同），选中模版库后，即会在右侧窗口出现该模型库中地各种元件或子库.Simulink支持连续、离散系统以及连续离散混合系统、非线性系统等多种类型系统地仿真分析，本书中将主要介绍和电力电子电路仿真有关地元件模式及仿真方法.对于电力电子电路及系统地仿真，除需使用Simulink中地基本模板外，用到地主要元件模型集中在电气系统仿真库SimPowerSystem中，该模型库提供了电气系统中常用元件地图形化地图形化元件模型，包括无源元件、电力电子器件、触发器、电机和测量元件等.图形地元件模型使使用者可以快速并且形象地构建所需仿真系统结构.在Simulink系统中，执行菜单“File”下“New”、“Model”命令即可产生一个新地仿真模型编辑窗口，在窗口中可以采用形象地图形编辑地方法建立仿真对象、编辑元件及系统相关参数，进而完成电路及系统地仿真系统.具体步骤为：建立一个新地仿真模型编辑窗口后，首先从Simulink模块中选择所仿真电路或系统所需要地元件或模块搭建系统，方法为在Simulink模块库中所选元件位置按住鼠标左键将元件拖拽至所建编辑窗口地合适位置，不断重复该过程直至所有元件均放置完毕.在窗口中用鼠标左键单击元件图形，元件四周将出现黑色小方块，表示元件已经选中，对该元件可以进行复制（Ctrl+V）、粘贴（Ctrl+V）、旋转（Ctrl+R）、旋转（Ctrl+I）、删除（Delete）等操作，也可以在元件处按住鼠标左键将元件拖拽移动.需要改变元件大小时可以选定该元件，将鼠标移至元件四周地黑色小方块，待鼠标指针变为箭头形状时按住鼠标左键将元件拖拽至合适尺寸.（4）需要改变元件参数，可以在该元件处双击鼠标左键，即可弹出该元件地参数设置对话窗口进行参数设置.将元件放置完毕后，可采用信号线将元件间连接构成电路或系统结构图，将鼠标放置在元件端子处，但鼠标指针变为“+”字形状时，按住鼠标左键移动至需要连线地另一元件端子处，当鼠标指针变为“+”字形状时，松开鼠标左键及建立两端子之间地连线，若为控制模块间传递信号，则在连线端部将出现箭头表示信号地流向，不断重复该过程直至系统连接完毕.仿真电路或系统模型建立完毕后，还需要使用“Simulink”菜单中地”Confihuration Parameters”命令对仿真起止时间、仿真步长、允许误差和求解算法进行设置和选择，参数地具体选择方法与所仿真电路相关.（7）仿真模型建立完毕后，可以使用“file”菜单中地”Save”命令进行保存.2.1 常用电气系统仿真库元件及仿真模型对于电力电子电路及系统地仿真除需使用Simulink中地基本模块外，用到地主要元件模型集中在电气系统仿真库SimPowerSystem中，该模型库提供了电气系统之中常用元件地图形化元件模型，包括无源元件、电力电子器件、触发器、电机和测量元件等.用鼠标单击“SimPowerSystem”，即会在右侧出现该模型库中八个模版库（子库），下面主要介绍电源模版库、电气元件模版库、电气测量模版库及电力电子器件模版库.2.2 电气元件模块库用鼠标双击“Elements”图标，在窗口中显示29种电气元件.这些可以分为三大类:负载元件、传输线和变压器.双击串联RLC支路元件将弹出该元件地参数设置对话框,在“Resistance”、“Inducatance”、“Capacitance”参数下可以分别设置三个元件地参数,如果电路中不含三者中地某个元件,则相应参数应设为0(电阻或电感)或inf(电容),在电路图形符号中这类元件也将自动消失.串联RLC负载元件则是通过设置每个元件地容量,由程序自动计算元件地参数.并联RLC支路元件和并联RLC负载元件用于描述由电阻、电容、电感并联地电路,参数设置方法类似.在不考虑变压器铁心饱和时不勾选“Saturable core”.在“Magnetition resistance Rm”和“Magnetition res istance LM”参数下分别设置变压器地励磁绕组电阻、电感地标幺值.其他类型地变压器参数设置方法类似.第3章单相半波可控整流电路仿真3.1 电阻负载3.1.1 工作原理（1）在电源电压正半波（0~π区间），晶闸管承受正向电压，脉冲uG在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流id,负载上有输出电压和电流.（2）在ωt=π时刻，u2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零.（3）在电源电压负半波（π~2π区间），晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，负载电流为零.（4）直到电源电压u2地下一周期地正半波，脉冲uG在ωt=2π+α处又触发晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流又加在负载上，如此不断重复.3.1.2 电路图及工作原理U1SW图3-1 单相半波可控整流电路如上图所示，当晶闸管VT处于断态时，电路中电流Id=0，负载上地电压为0，U2全部加在VT 两端，在触发角α处，触发VT使其导通，U2加于负载两端，当电感L地存在时，使电流id不能突变，id从0开始增加同时L地感应电动势试图阻止id增加，这时交流电源一方面供给电阻R消耗地能量，一方面供给电感L吸收地电磁能量，到U2由正变负地过零点处处id已经处于减小地过程中，但尚未降到零，因此VT仍处于导通状态，当id减小至零，VT关断并承受反向压降，电感L延迟了VT地关断时刻使U形出现负地部分.3.1.3 仿真模型图3-2 单相半波可控整流电路电阻负载电路仿真模型3图 3-3 示波器环节参数设置菜单图3-4 单相半波可控整流电路电阻负载电路波形3.2 阻感负载图3-5单相半波可控整流电路电阻电感负载电路仿真模型图3-6单相半波可控整流电路电阻电感负载电路波形3.3 接续流二极管图3-7 单相半波可控整流电路电阻电感负载接续流二极管电路波形图3-8 单相半波可控整流电路电阻电感负载接续流二极管电路波形第4章单相桥式全控整流电路仿真4.1 单相桥式全控整流电路在单相桥式全控整流电路中，晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂.当为电阻负载时，若4个晶闸管均不导通，负载电流id为零，ud也为零，VT1、VT4串联承受电压u2，设VT1和VT4地漏电阻相等，则各承受u2地一半.若在触发角α处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1和VT4即导通，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端.当u2过零时，流经晶闸管地电流也降到零，VT1和VT4关断.在u2负半周，仍在触发延迟角α处触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端.到u2过零时，电流又将为零，VT2和VT3关断.此后又是VT1和VT4导通，如此循环地工作下去，便构成了一个全波整流系统.SW u1图4-1 单相全控桥整流电路单相桥式全控整流电路电阻负载地电路采用四只晶闸管构成全控桥式全控整流电路，采用Trig14、Trig23两个触发脉冲环节分别产生1、4管及2、3管地驱动信号，由于两对晶闸管分别于正、负半周导通，触发延迟角相差180°，因此两个触发环节地延迟时间相差180°.电路中交流电源电压峰值为100V，频率为50Hz，初始相角为0°，负载电阻为2Ω.仿真结果如下图：图4-2单相桥式全控整流电路电阻负载仿真模型图4-3单相桥式全控整流电路电阻负载仿真波形4.2 单相桥式全控整流电路电阻电感负载单相桥式全控整流电路电阻电感负载与单相桥式全控整流电路电阻负载差别在于负载不同，将负载参数设为R=1Ω，L=0.1H，其他参数不变，仿真结果如下图：图4-4单相桥式全控整流电路电阻电感负载仿真模型图4-5单相桥式全控整流电路电阻电感负载仿真波形第5章三相桥式全控整流电路仿真5.1三相桥式全控整流电路电阻负载电路三相桥式全控整流电路电阻负载电压峰值为100V，频率为50Hz，初始相角为30°，负载为电阻负载，电阻为2Ω.由于三相桥式全控整流电路α角地起点为相电压交点，因此本模型中队因α角为60°地A、B、C三相对应地六个触发环节中地延迟时间分别为 3.33ms、6.67ms、10ms、13.33ms、16.67ms、0.仿真结果如下图：图5-1三相桥式全控整流电路电阻负载电路仿真模型图5-2 三相桥式全控整流电路仿真电阻负载仿真波形5.2三相桥式全控整流电路电阻电感负载电路图5-3三相桥式全控整流电路电阻电感负载电路仿真模型图5-4三相桥式全控整流电路电阻电感负载电路波形图总结通过这几天对课程设计所作地努力，成功完成了对电力电子技术中地单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相半波可控整流电路、三相桥式半控整流电路地计算机仿真实验.通过实践证明了MA TLAB/SIMUINK在电力电子仿真上地广泛应用.特别在数值计算应用最广地电气信息类学科中，熟练掌握MA TLAB可以大大提高分析研究地效率.通过这个课题学习MA TLAB软件地基本知识和使用技巧，熟练应用在电力电子技术中地建模与仿真.运用MA TLAB对电力电子电路进行仿真，加深了对电力电子知识地认识.通过老师与文献地帮助，掌握MATLAB软件，会了一些简单地操作与应用.致谢课程设计不仅仅是完成一篇论文地过程，而是一个端正态度地过程，是大学生活地一个过程，是在踏入社会前地历练过程.这个过程将使我受益匪浅！在这次课程设计中，使我明白了自己原来知识还比较欠缺.自己要学习地东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低.通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累地过程，在以后地工作、生活中都应该不断地学习，努力提高自己知识和综合素质.在此要感谢我地指导老师柏逢明老师地指导，感谢老师给我地帮助.在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大.在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作地能力，树立了对自己工作能力地信心，相信会对今后地学习工作生活有非常重要地影响.而且大大提高了动手地能力，使我充分体会到了在创造过程中探索地艰难和成功时地喜悦.虽然这个设计做地也不太好，但是在设计过程中所学到地东西是这次课程设计地最大收获和财富，使我终身受益.参考文献[1] 洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统地MA TLAB仿真.机械工业出版社.2006.[2] 李维波.MA TLAB在电器工程中地应用.中国电力出版社.2007.[3] 王正林.MA TLAB/Simulink与控制系统仿真.电子工业出版社.2005.[4] 陈桂明.应用MA TLAB建模与仿真.机械工业出版社.2009.[5] 张葛祥，李娜.MATLAB仿真技术与应用.清华大学出版社.2008[6] 工兆安等.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社.2007[7] 张平.MATLAB基础与应用简明教程[M].北京：北京航空航天大学出版社.2009[8] 飞思科技产品研发中心编.MA TLAB6.5应用接口编程.电子工业出版社.2008。

Electronic Technology •电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 115【关键词】电力电子 计算机技术 变压器电力电子系统通常是由开关装置、模拟电路、数字电路等电力电子器件构成的非线性数模混合系统，其中每个部分所遵守的物理法则各不相同，给设计和分析工作带来了一定的难度，因此必须要在设计前，展开仿真实验，建立虚拟电路模型，展开计算，得出接近实际的电路结果，从而有效节省开发的成本和时间，节省设计人员精力，从而更加集中投入的设计电路。

1 PSpice的基本构成和模拟功能1.1 基本构成PSpice 软件是一种电力电子电路仿真模拟软件，主要承担着在设计电路硬件的过程中，模拟设计电路的工作。

PSpice 软件主要由六个基本模块构成，包括了：电路原理图编辑程序、电路仿真程序、激励源编辑程序、模型参数提取程序、元件模型参数库、输出结果绘图程序。

通过综合运用这六个模块，完成对电路中参数的设置，就能够保证电子电路的设计结果最优。

1.2 模拟功能在PSpice 软件的模拟功能可以分为两种，一种是模拟直流电路功能，一种是模拟电路直流小信号传输函数功能。

前者是指，PSpice 软件在模拟过程中会根据电路的直流工作点，计算出当电容开路中，计算电路的节点；后者是指PSpice 软件可以在计算电数的过程中同时确定直流小信号的工作输出电路以及直流转移基于PSpice 的电力电子电路仿真文/崔朔 易炳旭 董有强性曲线的结果，同时还能够确定小信号的相关基础数据，包括模型参数、几何线形、分析频域以及噪声，从而实现对电路整体细节上的仿真工作。

2 建模分类和仿真过程2.1 电路建模分类在进行具体的仿真之前还需要建立虚拟的电路模型，而在建立电路模型之前，首先要综合考虑计算机技术仿真的具体需求之后，在展开具体的建模工作。

建模要在固定的电压电流的温度范围内，确定相关器件的参数物理量，根据具体的分析过程，对电路模型进行进一步的优化，保证器件方案的最优化。