电力电子技术实验报告.docVIP

实验一DC-DC变换电路的性能研究

一、实验目的

熟悉Matlab的仿真实验环境，熟悉Buck电路、Boost电路、Cuk电路及单端反激变换（Flyback）电路的工作原理，掌握这几种种基本DC-DC变换电路的工作状态及波形情况，初步了解闭环控制技术在电力电子变换电路中的应用。

二、实验内容

1．Buck变换电路的建模，波形观察及相关电压测试

2．Boost变换电路的建模，波形观察及相关电压测试；

3．Cuk电路的建模，波形观察及电压测试；

4．单端反激变换（Flyback）电路的建模，波形观察及电压测试，简单闭环控制原理研究。

（一）Buck变换电路实验

（1）电感电容的计算过程：

，电流连续时，D=0.4；

临界负载电流为I==2.5A；

保证电感电流连续：==0.375mH

纹波电压0.2%=，在由电感值0.375mH，算出C=31.25uF。

（2）仿真模型如下：

在20KHz工作频率下的波形如下：

示波器显示的六个波形依次为：MOSFET的门极电压、流过电阻两端的电流、电感电流、输出电压、MOSFET电流及续流二极管电流的波形。

在50KHz工作频率下的波形如下：

示波器显示的六个波形一次为：MOSFET的门极电压、流过电阻两端的电流、电感电流、输出电压、MOSFET电流及续流二极管电流的波形；

建立仿真模型如下：

输出电压的平均值显示在仿真图上，分别为49.85,49.33；

提高开关频率，临界负载电流变小，电感电流更容易连续，输出电压的脉动减小，使得输出波形应更稳定。

Boost变换电路实验

电感电容的计算过程：

升压比M==,=15V,=6V,解得D=60%；

纹波电压0.2%=，,=40KHz,求得L=12uH,C=750uf。

建立仿真模型如下：

（2）输入电压6V时，MOSFET的门极电压、电感电压、电感电流、输出电压、续流二极管电流、MOSFET的电流波形如下：

测量输出电压的平均值并显示，示值为14.71；

减小电感值到4uH,使电感电流不连续，其余条件不变，建立仿真模型如下:

输入电压6V时，MOSFET的门极电压、电感电压、电感电流、输出电压、续流二极管电流、MOSFET的电流波形如下：

电感小于临界值时，电感电流断流，输出电压波形的幅度变大，但是输出电压的纹波大小不变，波形的变化趋势不变。

Cuk变换电路

（1）建立仿真模型如下：

记录的MOSFET的门极电压、电源电流、电感电流波形如下：

续流二极管电流、MOSFET的电流波形如下：

电容电压UC1的输出电压波形如下：

输出电压波形如下：

在5~30V输出电压的平均值，改变占空比D的值，测量对应输出电压的平均值如下：

D=20%，V0=4.185V；D=25%，V0=5.838V；D=30%，V0=7.721V；

D=35%，V0=9.883V；D=40%，V0=12.39V；D=45%，V0=15.33V；

D=50%，V0=18.81V；D=55%，V0=23V；D=60%，V0=28.12V。

占空比D与输出电压平均值的关系曲线如下：

flyback变换电路实验

建立仿真模型如下：

（2）记录输出的电压波形如下：

变压器原边绕组电流、变压器副边绕组电流波形：

输出电压的平均值依次为：4.672,15.59，-15.59。

分析PID控制的作用:提高系统的快速性，消除系统的静态误差，但使系统的动态性能变差。

实验二DC-AC的变换性能研究

单相逆变电路实验

(a)方波逆变方式

(1)建立仿真模型

由于要求输出电压频率为50Hz,所以周期为0.02s,方波脉冲设置参数为：

(2)电阻负载

R=30Ω时

①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：

②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：

(3)RL负载

R=20Ω，L=60mH时

基波电流ia=4VD/π*QUOTEsin(wt-φ1)

计算得电流初始值为-9.5A

①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：

②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：

(4)电感负载

L=100mH时

由于电感电流滞后电压90°，根据课本94页计算公式Iam=VD/4fL,可计算得电感电流初始电流为-15A，故设置如下：

①负载电压，负载电流波形（万用表显示）：

②电源电流，负载电压，负载电流，门极T1，T4电压，门极T2，T3电压波形（示波器显示）：

(5)R=30Ω时输出电流的FFT分析

(b)SPWM方式

(1)建立仿真模型

(2)电阻负载

R=30Ω时

①负载电压，负载电