整理直流升降压变流器设计与仿真文档格式.docx
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设计说明书
班级:
学生姓名:
指导老师:
起止日期:
2014年月日至2014年月日
电气工程及其自动化
一、摘要。
二、设计目的和意义。
三、设计原理:
升降压斩波电路(Boost-BuckChopper)工作原理。
四、详细设计步骤。
五、设计结果及分析。
六、实验总结。
MATLAB的升压-降压式变换器的仿真
一、摘要
直流斩波电路就是将直流电压变换成固定的或可调的直流电压,也称DC/DC变换器。
使用直流斩波技术,不仅可以实现调压功能,而且还可以达到改善网侧谐波和提高功率因素的目的。
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。
直流斩波包括降压斩波电路、升压斩波电路和升降压斩波电路。
而利用升压——降压变换器,既可以实现升压,也可以实现降压。
关键词:
matlab、升压、降压、斩波。
二、设计目的和意义
通过对升压-降压(Boost-Buck)式变换器电路理论的分析,建立基于Simulink的升压-降压式变换器的仿真模型,运用绝缘栅双极晶体管(IGBT)对升压-降压进行控制,并对工作情况进行仿真分析与研究。
通过仿真分析验证所建模型的正确性。
三、设计原理
升压-降压式变换器电路图如图1所示。
图1升压-降压式变换器电路
设电路中电感L值很大,电容C值也很大,使电感电流
和负载电压
基本为恒值。
设计原理是:
当可控开关V出于通态时,电源经V向电感L供电使其贮存能量,此时电流为
,方向如图1中所示。
同时,电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。
此后,使V关断,电感L中贮存的能量向负载释放,电流为
可见,负载电压极性为上负下正,与电源电压极性相反,因此该电路也称作反极性斩波电路。
稳定时,一个周期T内电感L两端电压
对时间的积分为零
则:
当V处于通态期间时,
;
而当V处于端态期间时,
。
于是,
,所以输出电压为:
其中β=1-α,若改变导通比α,则输出电压既可以比电源电压高,也可以比电源电压低。
当0<
α<
0.5时为降压,当0.5<
1时为升压,如此可以实现升压-降压的变换,该电路称作升降压斩波电路即升降压变换器。
图2中给出了电源电流
和负载电流
的波形,设两者的平均值分别为
和
,
当电流脉动足够小时,有
可得如下
图2升降压电路电源电流及负载电流波形
如果V、VD为没有损耗的理想开关时,
则:
其输出功率和输入功率相等,可将其看作直流变压器。
四、详细设计步骤
1、理解升降压变换电路。
当可控开关V处于通态时,电源经V向电感L供电使其贮存能量,此时电流为
,同时电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。
2、熟悉MATLAB仿真工具的各种功能运用。
熟悉了仿真软件之后,结合软件将升压-降压式变换器由电路图转换成为能够在MATLAB环境下仿真的模型。
3、在MATLAB中的Simulink下画出仿真模型。
图3升压-降压式变化器仿真电路模型图
4、修改参数。
IGBT参数的设置如图
Diode参数设置如图所示
仿真算法选择ode23tb算法,将相对误差设置为1e-3,开始仿真时间设置为0.0s,停止时间设置为0.003s,如下图1-6所示。
直流电源
为200V,电感L为0.2mH,电容
为100μF,电阻
为5Ω
5、运行仿真。
对系统进行仿真分析。
运行停止后,双击示波器模型(Scope),即可观察到仿真结果。
五、设计结果及分析
通过仿真运行,可以观察到仿真结果如下。
图2-1为Scope6显示二极管的电流波形,图2-2为Scope3显示IGBT的电流波形,图2-3为Scope4显示的电感电流波形,图2-4为Scope1显示负载电压Uo波形。
先进行降压调节,直流电源电压设置为200V。
设置脉冲宽度为30%,即导通比α=0.3,小于0.5,仿真结果如下:
图2-1二极管电流波形
图2-2IGBT的电流波形
图2-3电感的电流波形
图2-4负载电压U0波形
进行升压调节,将脉冲发生器的脉冲宽度调节为65%,即α=0.65。
图2-1'
IGBT的电流波形
二极管电流波形
电感电流波形
电感电压的波形
负载Uo的波形
分析:
分析仿真结果可得:
改变导通比α的大小,当0<
1时为升压,如此可以实现升压-降压的变换。
仿真中,当α=0.3时输出电压比电源电压低,仿真得到的负载电压在示波器显示中数值在60V时保持稳定,达到了降压的效果,波形为有少许波纹的直流电压;
当α=0.65时输出电压比电源电压高,仿真得到的负载电压在示波器显示中数值在200V时保持稳定,达到了升压的效果,波形为有少许波纹的直流电压。
所以,该电路及仿真模型能够实现升压-降压的变换。
六、总结
本次设计中我查阅了相关书籍、资料,首先对直流斩波电路有了大致的掌握,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。
进一步复习了直流斩波电路的基本类型,包括降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路等,理解了其工作原理,熟悉其原理图及工作时的波形图,掌握了这几种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点,并在理解的基础上能对直流斩波电路进行分析计算,加深了对直流斩波电路的掌握及应用。
通过使用Matlab的可视化仿真工具Simulink对升降压斩波Boost—Buck电路建立仿真模型,我更加熟悉了仿真库里的原器件,增强了画图能力,使用SCOPES(示波器),可以在运行方针时简明地观察到仿真结果,还可将多个结果放在一起以便对比,使我体会到了Matlab的可视化仿真工具Simulink的功能的齐全及使用的便捷。
同时在仿真建模的基础上对升降压斩波Boost—Buck电路进行了详细的仿真分析,将仿真波形与常规分析方法得到的结果进行比较,提高了我设计建模的能力、分析总结能力及加强了对Matlab/Simulink软件的熟练程度。
总之,通过这次基于MATLAB的升压-降压式变换器的仿真的设计,我无论在理论分析上还是在建模仿真上都是受益颇多,体会到了Matlab软件在电力电子技术学习和研究中的应用价值,同时它也是能让我们将理论与实践相结合、将所学知识系统化联系在一起的很好的工具,经过仿真能使所学的概念理解的更清晰、知识掌握的更牢固。
参考文献
1、王忠礼段慧达高玉峰MATLAB应用技术—在电气工程与自动化专业中的应用(第一版)
2007.1
2、王兆安黄俊电力电子技术(第四版)2009.1
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- 关 键 词:
- 整理 直流 升降 变流器 设计 仿真