【正文】 .................................................................24 升壓斬波電路的仿真研究 .........................................................................26 升降壓斬波電路的仿真 ..............................................................................27 CUK 斬波電路的防真 ...................................................................................29 三相三重?cái)夭娐返姆抡?.........................................................................31 本章小結(jié) ............................................................................................................32 總結(jié) .................................................................................................................................34 致謝 .................................................................................................................................35 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................36 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 1 前言 電力電子學(xué)，又稱 功率電子學(xué) (Power Electronics)。成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 直流斬波電路的分析與仿真研究 作者姓名： 專業(yè)名稱： 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 摘要 直流斬波電路（ DC Chopper）功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯?調(diào)電壓的直流電，也稱為直接直流－直流變換器（ DC/DC Converter）。它主要研究各種電力電子器件，以及由這些電力電子器件所構(gòu)成的各式各樣的電路或裝置，以完成對(duì)電能的變換和控制。這是與整流相反的變換 ， 也稱為逆變。 現(xiàn)在已有專為各種控制功能設(shè)計(jì)的專用集成電路，使變換器的控制電路大為簡化。 改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展機(jī)電一體化等新興產(chǎn)業(yè)。 0t? 時(shí)刻驅(qū)動(dòng) V 導(dǎo)通，電源 E 向負(fù)載供電，負(fù)載電壓 ouE? ，負(fù)載電流 oi 按指數(shù)曲線上升。 EETtEtt tU ????? onof fonono成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 5 負(fù)載電流平均值 (12) 若負(fù)載 L 較小，則在 V 關(guān)斷后 ,到了 2t 時(shí)刻 ,如圖 所示 ,負(fù)載電流已衰減至零 ,會(huì)出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的情況 ,由 波形可見 , 21off onI t I t? 被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。 由圖 可知， 10I 和 20I 分別是負(fù)載電流瞬時(shí)值的最小值和最大值。 在負(fù)載電流斷續(xù)工作情況下，負(fù)載電流 降到零，續(xù)流二極管 VD即關(guān)斷，負(fù)載兩端電壓等于 ME 。 如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量僅由負(fù)載 R 消耗 ，即 (124) 該式表明與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路可看作直流變壓器。 V 斷 開時(shí)， L 的能量向負(fù)載釋放，電流為 2i 。電路相當(dāng)于開關(guān) S 在 A、 B兩點(diǎn)之間交替切換。同時(shí)， 2C 向負(fù)載供電， 2L 的電流則經(jīng) VD 續(xù)流。 圖 電流可逆斬波電路 及其波形 a) 電路圖 b) 波形 圖 1V 和 1VD 構(gòu)成降壓斬波電路，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行，工作于第 1 象限， 2V 和 2VD 構(gòu)成升壓斬波電路，電動(dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第2 象限，要注意的是必須防止 1V 和 2V 同時(shí)導(dǎo)通而導(dǎo)致的電源短路。 使 2V 保持通時(shí)， 3V 、 3VD 和 4V 、 4VD 等效為又一組電流可逆斬波電路，向電動(dòng)機(jī)提供負(fù)電壓，可使電動(dòng)機(jī)工作于第 4 象限 多重多相 斬波電路 多相多重?cái)夭娐? 是另一種復(fù)合概念的斬波器。 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 19 當(dāng)上述電路電源公用而負(fù)載為三個(gè)獨(dú)立負(fù)載時(shí)，則為 三相一重?cái)夭娐?，而?dāng)電源為三個(gè)獨(dú)立電源，向一個(gè)負(fù)載供電時(shí)，則為一相三重?cái)夭娐贰? 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 21 2 直流斬波電路的 Matlab 仿真 Matlab 簡介 MATLAB 是由美國 mathworks 公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。 (1)MATLAB 的 應(yīng)用 MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進(jìn)行以下各種工作： ● 數(shù)值分析 ● 數(shù)值和符號(hào)計(jì)算 ● 工程與科學(xué)繪圖 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 22 ● 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 ● 數(shù)字圖像處理 技術(shù) ● 數(shù)字信號(hào)處理 技術(shù) ● 通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 ● 財(cái)務(wù)與金融工程 MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測試和測量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。隨著 MATLAB 的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)， MATLAB 的用戶界面也越來越精致，更加接近 Windows 的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡單。 3）強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力 MATLAB 是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫和表達(dá)式作圖。 6）實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái) 新版本的 MATLAB 可以利用 MATLAB 編譯器和 C/C++數(shù)學(xué)庫和圖形庫，將自己的 MATLAB 程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于 MATLAB 運(yùn)行的C 和 C++代碼。在模型中開關(guān)器件采用了 IGBT，成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 25 IGBT 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由脈沖發(fā)生器 Pulse 產(chǎn)生，設(shè)定脈沖發(fā)生器的 脈沖周期和脈沖寬度可以調(diào)節(jié)脈沖占空比。 當(dāng)把脈沖發(fā)生器的脈沖寬度設(shè)為 %時(shí)， 導(dǎo)通比 α 為 1/3，因此該電路作降壓斬波電路，輸出電壓 oU 應(yīng)為 100V,設(shè)置仿真時(shí)間為,算法采用 ode45s。 IGBT 和二極管參差均保持默認(rèn)值。我將這一困難告訴了導(dǎo)師，在導(dǎo)師細(xì)心的指導(dǎo)下，終于使我對(duì)自己現(xiàn)在的工作方向和方法有了掌握。 為了 得到準(zhǔn)確的 電路圖， 仿真波形圖 等，我仔細(xì)學(xué)習(xí)了 Matlab 軟件 。 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 35 致謝 這次的畢業(yè)論文是在我的指導(dǎo)老師 許麗 老師親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。更重要的是我在遇到新問題時(shí)，我學(xué)會(huì)了怎樣的搜集信息，并運(yùn)用搜集到的信息去分析問題，解 決問題。 4 月底，論文的文字?jǐn)⑹鲆呀?jīng)完成。 3 月初，在與導(dǎo)師的交流討論中我的題目定了下來，是： 直流斬波電路的分析與仿真研究 。 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 31 三相三重?cái)夭娐返姆抡? 圖 三重三相斬波電路仿真模型 仿真參數(shù)：直流電源 E 設(shè)為 200V，三個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)生器的脈沖周期均為 30μs，脈沖寬度為 20%， pulse1 的延遲時(shí)間 為 0， pulse2 延遲時(shí)間為 10μs,pulse3 的延遲時(shí)間為 20μs。如果壓根進(jìn)一步減少輸出電壓波動(dòng)，可以提高脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖的周期，并選擇多組 LC 參數(shù)比較以得到更滿意的結(jié)果。 降壓斬波電路的仿真 降壓變流器主電路的設(shè)計(jì)除要選擇器件和二極管外，還需要確定電感 L 的參數(shù)，電感參數(shù)的計(jì)算是復(fù)雜的，但是采用仿真卻很方便。一般來說，它們都是由特定領(lǐng)域的 專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估不同的方法而不需要自己編寫代碼。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號(hào)運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問題、 稀疏矩陣 運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動(dòng)態(tài)仿真等。使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。這些工具方便用戶使用 MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。在新的版本中也加入了對(duì) C， FORTRAN， C++ ， JAVA 的支持。 直流傳動(dòng)是斬波電路應(yīng)用的傳統(tǒng)儲(chǔ)，而開關(guān)電源則是斬波電路應(yīng)用的新領(lǐng)域，前者應(yīng)用在逐漸萎縮，而后者的應(yīng)用方興未 艾、欣欣向榮，是電力電子領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。而三個(gè)單元電流的脈動(dòng)幅值互相抵消，使總的輸出電流脈動(dòng)幅值變得很小。當(dāng)需要電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正，反轉(zhuǎn)以及可電動(dòng)又可制動(dòng)的場合，就必須將兩個(gè)電流可逆斬波電成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 18 路組合起來，分別向電動(dòng)機(jī)提供正向和反向電壓，即成為橋式可逆斬波電路。降壓斬波電路能使電動(dòng)機(jī)工作于第 1 象限，升壓斬波電路能使電動(dòng)機(jī)工作于第 2 象限， 電流可逆斬波電路 是降壓斬波電路與升壓斬波電路組合。 同時(shí)， E 和 1C 共同魔法 R 供電，并向 2C 充電。當(dāng) V 處于斷 態(tài) 時(shí)， 1 VDE L C? ? ? 回路和 2 VDRL?? 回路有電流。 ? ? R EEREmI o ?? ???? Mmmett????11lnonx?????????? eem 11成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 V 導(dǎo)通時(shí)，電源 E 經(jīng) V 向 L 供電使其貯能，此時(shí)電流為 1i 。將升壓比的倒數(shù)記作 ? ，即 , 則 β 和 ? 關(guān) 系為 (122) 因此式（ 121） 可表示為 (123) 升壓斬波電路之所