【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 三相三重斬波電路的仿真 .........................................................................31 本章小結 ............................................................................................................32 總結 .................................................................................................................................34 致謝 .................................................................................................................................35 參考文獻 .......................................................................................................................36 成都理工大學工程技術學院本科畢業(yè)論文 1 前言 電力電子學，又稱 功率電子學 (Power Electronics)。成都理工大學工程技術學院本科畢業(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： 電氣工程及其自動化 指導教師： 成都理工大學工程技術學院本科畢業(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成的各式各樣的電路或裝置，以完成對電能的變換和控制。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計的專用集成電路，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)展機電一體化等新興產(chǎn)業(yè)。 0t? 時刻驅(qū)動 V 導通，電源 E 向負載供電，負載電壓 ouE? ，負載電流 oi 按指數(shù)曲線上升。 EETtEtt tU ????? onof fonono成都理工大學工程技術學院本科畢業(yè)論文 5 負載電流平均值 (12) 若負載 L 較小，則在 V 關斷后 ,到了 2t 時刻 ,如圖 所示 ,負載電流已衰減至零 ,會出現(xiàn)負載電流斷續(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 分別是負載電流瞬時值的最小值和最大值。 在負載電流斷續(xù)工作情況下，負載電流 降到零，續(xù)流二極管 VD即關斷，負載兩端電壓等于 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， L 的能量向負載釋放，電流為 2i 。電路相當于開關 S 在 A、 B兩點之間交替切換。同時， 2C 向負載供電， 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 構成降壓斬波電路，電動機為電動運行，工作于第 1 象限， 2V 和 2VD 構成升壓斬波電路，電動機作再生制動運行，工作于第2 象限，要注意的是必須防止 1V 和 2V 同時導通而導致的電源短路。 使 2V 保持通時， 3V 、 3VD 和 4V 、 4VD 等效為又一組電流可逆斬波電路，向電動機提供負電壓，可使電動機工作于第 4 象限 多重多相 斬波電路 多相多重斬波電路 是另一種復合概念的斬波器。 成都理工大學工程技術學院本科畢業(yè)論文 19 當上述電路電源公用而負載為三個獨立負載時，則為 三相一重斬波電路，而當電源為三個獨立電源，向一個負載供電時，則為一相三重斬波電路。 成都理工大學工程技術學院本科畢業(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)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。 (1)MATLAB 的 應用 MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進行以下各種工作： ● 數(shù)值分析 ● 數(shù)值和符號計算 ● 工程與科學繪圖 成都理工大學工程技術學院本科畢業(yè)論文 22 ● 控制系統(tǒng)的設計與仿真 ● 數(shù)字圖像處理 技術 ● 數(shù)字信號處理 技術 ● 通訊系統(tǒng)設計與仿真 ● 財務與金融工程 MATLAB 的應用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設計、測試和測量、財務建模和分析以及計算生物學等眾多應用領域。隨著 MATLAB 的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級， MATLAB 的用戶界面也越來越精致，更加接近 Windows 的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。 3）強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力 MATLAB 是一個包含大量計算算法的集合。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖。 6）實用的程序接口和發(fā)布平臺 新版本的 MATLAB 可以利用 MATLAB 編譯器和 C/C++數(shù)學庫和圖形庫，將自己的 MATLAB 程序自動轉(zhuǎn)換為獨立于 MATLAB 運行的C 和 C++代碼。在模型中開關器件采用了 IGBT，成都理工大學工程技術學院本科畢業(yè)論文 25 IGBT 的驅(qū)動信號由脈沖發(fā)生器 Pulse 產(chǎn)生，設定脈沖發(fā)生器的 脈沖周期和脈沖寬度可以調(diào)節(jié)脈沖占空比。 當把脈沖發(fā)生器的脈沖寬度設為 %時， 導通比 α 為 1/3，因此該電路作降壓斬波電路，輸出電壓 oU 應為 100V,設置仿真時間為,算法采用 ode45s。 IGBT 和二極管參差均保持默認值。我將這一困難告訴了導師，在導師細心的指導下，終于使我對自己現(xiàn)在的工作方向和方法有了掌握。 為了 得到準確的 電路圖， 仿真波形圖 等，我仔細學習了 Matlab 軟件 。 成都理工大學工程技術學院本科畢業(yè)論文 35 致謝 這次的畢業(yè)論文是在我的指導老師 許麗 老師親切關懷和悉心指導下完成的。更重要的是我在遇到新問題時，我學會了怎樣的搜集信息，并運用搜集到的信息去分析問題，解 決問題。 4 月底，論文的文字敘述已經(jīng)完成。 3 月初，在與導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 。 成都理工大學工程技術學院本科畢業(yè)論文 31 三相三重斬波電路的仿真 圖 三重三相斬波電路仿真模型 仿真參數(shù)：直流電源 E 設為 200V，三個脈沖信號發(fā)生器的脈沖周期均為 30μs，脈沖寬度為 20%， pulse1 的延遲時間 為 0， pulse2 延遲時間為 10μs,pulse3 的延遲時間為 20μs。如果壓根進一步減少輸出電壓波動，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果。 降壓斬波電路的仿真 降壓變流器主電路的設計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)的計算是復雜的，但是采用仿真卻很方便。一般來說，它們都是由特定領域的 專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學習、應用和評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、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、 稀疏矩陣 運算、復數(shù)的各種運算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。使之更利于非計算機專業(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 C， FORTRAN， C++ ， JAVA 的支持。 直流傳動是斬波電路應用的傳統(tǒng)儲，而開關電源則是斬波電路應用的新領域，前者應用在逐漸萎縮，而后者的應用方興未 艾、欣欣向榮，是電力電子領域的一大熱點。而三個單元電流的脈動幅值互相抵消，使總的輸出電流脈動幅值變得很小。當需要電動機進行正，反轉(zhuǎn)以及可電動又可制動的場合，就必須將兩個電流可逆斬波電成都理工大學工程技術學院本科畢業(yè)論文 18 路組合起來，分別向電動機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機工作于第 1 象限，升壓斬波電路能使電動機工作于第 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， E 和 1C 共同魔法 R 供電，并向 2C 充電。當 V 處于斷 態(tài) 時， 1 VDE L C? ? ? 回路和 2 VDRL?? 回路有電流。 ? ? R EEREmI o ?? ???? Mmmett????11lnonx?????????? eem 11成都理工大學工程技術學院本科畢業(yè)論文 13 V 導通時，電源 E 經(jīng) V 向 L 供電使其貯能，此時電流為 1i 。將升壓比的倒數(shù)記作 ? ，即 , 則 β 和 ? 關 系為 (122) 因此式（ 121） 可表示為 (123) 升壓斬波電路之所