电力电子电路设计与仿真
电力电子课程设计matlab仿真实验
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。
实验报告-电力电子仿真实验
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
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。
电力电子电路仿真-MATLAB和PSpice应用.pptx
6.6 电力电子电路的PSpice仿真
6.6.2基本分析举例及仿真波形的处理
例6-1：二极管半波整流电路仿真（仿真参数为瞬态分析print step:1us, run to time:100ms。使用元件分别为：Vsin、Dbreak、Cbreak、
Rbreak ） 练习打印及保存波形
6.6 电力电子电路的PSpice仿真
仿真结果
6.6 电力电子电路的PSpice仿真
波形显示窗口内各标示的含义
6.6 电力电子电路的PSpice仿真
打印或保存波形结果 ：
首先要在PSpice窗口调整好输出波形，然后选 Window\Copy to Clipboard...选项，设置选项， 这里可以保持原来Probe显示的本来颜色，也可 以把背景反白，也可以将所有颜色变为黑白色， 点选后按”OK”按钮键即可将目前工作窗口内的 波形送至剪贴板内，可将波形图直接粘贴到文 档中，也可用图形处理程序再行处理后使用。
6.4 PSpice文件
6.4.3 .OUT .DAT文件 .OUT内容包含有电路的网络连接描述、PSPice指令与选
项、仿真结果、仿真过程中所产生的错误信息。另外经设 置，它也可包含有一些仿真后的输出结果。 .DAT为仿真完后的输出结果，主要是供Probe程序来观测 仿真结果之用。 6.4.4 .PRB .STL .STM .INC文件 . PRB自动记录最后一次的屏幕波形，用户也可以自行设 置存档。 使用激励源编辑程序(Stimulus Editor)来作信号时，.STL 文件内放置这些信号数据。如果使用模型编辑程序 （Model editor)的Model Text View产生文字式输入信号描
364.00us
366.00us
电力电子课程设计-BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真
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。
电力电子仿真实验实训报告
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
《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。
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1 设计
1.1 总体设计
根据本课题需要，我们需要设计一个逆变电源装置。
我们需要设计出输入输出滤波电路、逆变电路、驱动电路、检测电路、保护电路等模块并设计出其参数，其结构框图如Figure 1 所示。
Figure 1 总体结构框图
1.2 逆变电源装置的主电路设计
电网的交流电经过二极管不控整流电路将交流电转换成脉动的直流电，经过直流滤波电路，使脉动的直流电的电压波形变得更加平滑，变成有一定纹波的稳压电源，经过三相逆变电路后，输出为三相交流电，再通过隔离变换电路，滤除三相交流电的直流成分，再经过输出滤波器，此时输出的三相交流电就能很好带动负载并能很好的的满足课题的需求。
Figure 2 主电路原理框图
1.2.1 负载参数的计算
Figure 3 等效负载
Ⅰ 负载电阻最小值
Ⅱ 负载电感最小值
1.2.2 滤波电容参数的计算
滤波电容与负载并联，对逆变电路输出电流影响较大，所以设计滤波电路时，先选择设计滤波电容。
首先取滤波电容容抗等于负载电感感抗的2倍
即
则有
我们取。
7个
250V 50HZ 交流电路用于60HZ时耐压降为60%。
即：250×0.6=150V > 110V
1.2.3 滤波电感参数的计算
滤波电感的作用是减小输出电压的谐波电压，保证基波电压的传输，即电感不可太大也不可以太小。
选取的电感参数应满足以下几个条件：①滤波电路的固有频率应远离输出电压中可能出现的谐波频率，②
不应太大而接近于1，③
应该较小
我们取
，则有
实取L =1.6mH，则有
此时滤波电路的固有频率为
1.2.4 逆变电路的输出电压
Figure 4 逆变输出后的等效图
Ⅰ 空载
Ⅱ
①额定负载
②过载倍数为2时
Ⅱ
①额定负载
②过载倍数为2时
1.2.5 三相逆变电路输出正弦电压
Figure 5 三相逆变拓扑图
三相桥式逆变电路输出电压为
实际上由于桥臂上下管互补导通要保留“死区时间”，并且管子导通时有压降（
），输出电压达不到
K：与死区时间引起的降压系数（k<1）；
m：同一通路中开关器件个数，这里m=2；
由于
设
则有
取
E按有可能出现的最低电压取值380×0.9×1.35=461.7V 考虑整流电路降压后取450V
三相逆变电路输出电压为
1.2.6 三相逆变电路和输出电压匹配
无隔离变压器时，逆变输出电流有效值
Ⅰ 长期连续最大电流（一般满载）
阻性
阻感性
Ⅱ 短期最大电流（短期过载）（R与
支路过载）
阻性
阻感性
无隔离变压器时，逆变输出电流峰值
Ⅰ 长期输出电流峰值
Ⅱ 短期最大电流（短期过载）（R与
支路过载）
电压匹配：
则有
由于实际中变压器有内阻。
需要考虑激磁等问题。
对N略作调整
我们取N=0.86
满载
过载
1.2.7 开关器件的选择
开关器件的电流峰值
开关器件的电流可选为电流峰值的1.5~2倍。
长期连续情况下取2倍2×282.625=565.364A选600A经济
过载情况下取1.5倍 1.5×545.396=818.09A选900A安全
1.2.8 主开关器件耐压
主开关器件的耐压根据所有工况的最高电压考虑
设下管开通下管关断，则下管所受的最大电压为：
主开关器件承受的最高电压一般出现在输入电压最高，输出负载最低即空载的情况下。
选开关元件耐压是实际工作电压的2倍，即1182.282V。
实际选取1200V耐压的开关元件。
2 仿真
2.1 SPWM逆变线路的数学模型
：相应桥臂的开关函数
对于全桥逆变电路，
使用规则采样法
:是载波，
是调制波。
带入式子则有
2.2 输出滤波模型
输出滤波电路图，如图下所示
Figure 6
根据输出滤波电路写出如下关系式
变换形式后的式为
画出输出滤波仿真模型，如图所示
Figure 7
输出电压Vo与输入电压Vi的关系式为
2.3单相逆变器的控制策略
1.电压单闭环控制系统
单闭环控制系统仿真模型，如图所示
Figure 8
在给定输入Vi与负载扰动输入io共同作用下下，闭环输出Vo（s）为
其闭环特征方程
为
主导极点
为
非主导极点
期望的特征方程
为
根据极点配置法求解，得
是阻尼比
是自然振荡频率
为滤波电感
为滤波电容
当
、
、
、
时，代入到（11-6）、（11-7）、（11-8）中求得
2.4电流内环、电压外环双闭环控制系统
将滤波电感电流或滤波电容电流瞬时值作为反馈量引入控制系统，设置电流内化改善系统动态性能
双闭环控制系统仿真模型有三种情况
Figure 9 （a）
Figure 10 （b）
Figure 11 （c）
如图a所示，模型1中负载扰动在内环之外，其优点是能方便的实现逆变器的过流保护，但对负载扰动的抗干扰性弱。
如图b所示，模型2中负载扰动在内环之内，其对负载扰动的抗扰性能要强于模型1，但其电感电流不受限制，不能通过限流实现对逆变器的保护。
如图c所示，模型3中引入了负载电流前馈补偿，电感电流受到了限制，系统也能根据负载扰动的变化及时的调整，抗扰性也比较好。
双闭环系统闭环特征方程
为
四阶系统期望闭环主导极点
为
非主导极点
、
为
期望的四阶系统特征方程
为
根据极点配置法求解，得
将
，代入式子求得
2.5 电路仿真模型
电流内环、电压外环双闭环控制系统
双闭环控制系统仿真模型，如图所示
Figure 12 双闭环控制系统仿真模型1（负载扰动在内环外）
Figure 13 双闭环控制系统仿真模型2（负载扰动在内环之内）
Figure 14 双闭环控制系统仿真模型3（引入负载电流前馈补偿）2.6 电路仿真图
Figure 15 电路仿真框图
2.3 电路仿真
Figure 16电路仿真结果。