电力电子升降压变换器课程设计.docx
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1绪论
《电力电子技术》课程是一门专业技术基础课,电力电子技术课
程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识,独立完成查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告的能力,使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解和基本技能的运用,为今后的学习和工作打下坚实的基础。
《电力电子技术》课程设计是配合变流电路理论教学,为自动化专业开设的专业基础技术技能设计,课程设计对自动化专业的学生是一个非常重要的实践教学环节。通过设计能够使学生巩固、加深对变流电路基本理论的理解,提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力,培养学生的创新精神和创新能力。
斩波电路 (DC Chopper)的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直
流电,也称为直接直流—直流变换器( DC/DC Converter)。直流斩波电路的种类很多,包括 6 种基本斩波电路:降压斩波电路,升压斩波电路,升降压斩波电路, Cuk 斩波电路, Sepic 斩波电路, Zeta 斩波电路,前两种是最基本电路。应用Matlab 的可视化仿真工具 Simulink 建立了电路的仿真模型,在此基础上对升
降压斩波 Boost—Buck 电路进行了较详细的仿真分析。
本文分析了升降压斩波电路的工作原理,又用 Matlab 对升压 -降压变换器进行了仿真建模,最后对仿真结果进行了分析总结。
2升降压斩波电路的设计
2.1 升降压斩波电路工作原理
(1)V 通时,电源 E 经 V 向 L 供电使其贮能,此时电流为i1 。同时, C 维持输出电压恒定并向负载R 供电。
(2)V 断时, L 的能量向负载释放,电流为i2 。负载电压极性为上负下正,与电源电压极性相反,该电路也称作反极性斩波电路。
a)原理图
b)波形图
图( 3)升压 /降压斩波电路的原理图及波形图
数量关系:
稳态时,一个周期T 内电感 L 两端电压 uL 对时间的积分为零,即:
T
u
L
d
t
当 V 处于通态时, u L E ;当 V 处于断态时, u L
u o ;于是:
Et on
U 0 t
off
所以输出电压为:
U 0
t on E
t
on
E
E
t off
T
t
on
1
由此可见,改变导通占空比α,就能够控制斩波电路输出电压
U 。的大
小。当 0<α<1/2 时为降压,当 1/2< α<1 时为升压,故称作升降压斩波电路。
图(3)b) 中给出了电源电流 i1 和负载电流 i2 的波形,设两者的平均值
分别为 I1 和 I2 ,当电流脉动足够小时,有:
I 1 t
on
I 2
t
off
由上式可得:
t
off
1
I 1
I 2
I 1
t
on
如果 V 、 VD 为没有损耗的理想开关时,则:
EI 1 U o I 2
其输出功率和输入功率相等,可将其看作直流变压器。
2.2 根据升降压斩波电路原理图
如图( 3),建立升压 - 降压式变换器仿真模型,如图( 4)所示:
图( 4)升压 - 降压式变换器仿真模型2.3的建模和参数设置:
2.3的建模和参数设置:
3.设计结果及分析
1、脉冲发生器中的脉冲宽度设置为脉宽的33.3%,
2、仿真结果如图( 5)所示:
图( 5)控制脉冲占空比33.3%
从图 5 可以看出,负载上平均电压为10 V,波形为有少许波纹的直流电压;
E E10V,Uo 与E 极性相反;
理论计算:U 0
1
仿真结果与升降压斩波理论分析吻合。
3、脉冲发生器中的脉冲宽度设置为脉宽的66.6%,
4、仿真结果如图(6)所示:
图( 6)控制脉冲占空比66.6%
从图 6 可以看出,负载上平均电压为40 V,波形为有少许波纹的直流电压;
解输出 10v 时的占空比 Dc=1/3
则
Lc=R/2(1-Dc)2Ts=10 /2×( 2/3 )2 ×1/20000=104uH
C=V0DCTS/R△U0=1/10×0.2×3×20000=886uF
输入 40v 时的占空比为Dc=2/3
则
Lc= R/2(1-Dc)2Ts=10 /2×( 1/3 )2 ×1/2000=10.4uH C=V0DCTS/R △U0=1/10×0.2×3×20000=886uF
4总结
通过以上的仿真过程分析,可以得到下列结论:
(1)直流斩波电路可将直流电压变换成固定的或可调的直流电压,使用直
流斩波技术,不仅可以实现调压的功能,而且还可以达到改善网侧谐波和提高功率因数的目的。直流斩波技术主要应用于已具有直流电源需要调节直流电压的场合。
(2)升降压斩波电路( Boost- Buck Chopper )能够方便的调节输出电压,
由于输出电压为:U
t
on E
t
on E E
;若改变导通比
α,t
off T t on1
则输出电压可以比电源电压高,也可以比电源电压低,当0<α <1/2 时为降压,当 1/2< α<1 时为升压,轻松实现直流变换中的升压和降压作用,工业
生产应用广泛。
(3)直流变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关器件,通过控制主
电路的接通与断开,将恒定的直流斩成断续的方波,经滤波后变为电压可调
的直流输出电压。利用 Simulink 对降压斩波电路和升降压斩波的仿真结果进
行了详细分析,与采用常规电路分析方法所得到的输出电压波形进行比较,
进一步验证了仿真结果的正确性。
(4)采用 Matlab/Simulink 对直流斩波电路进行仿真分析,避免了常规分析