电力电子技术

实验1 单相半波可控整流电路(电阻性负载)交流-直流 (AC-DC) 变换电路又称为整流电路, 能够将交流电转换为直流电。 许多电 气设备都需要恒定或可调的直流电源。 另外直流-直流 (DC-DC) 变换、 直流-交流 (DCAC) 变换也需要利用整流器先进行AC-DC变换。 整流电路种类很多, 如果按相数来分: 可分为单相、 三相和多相整流电路; 根据整流电 路的构成形式, 又可分为半波、 全波和桥式整流电路; 按控制方式, 可分为不可控整流、 相 控整流和PWM (脉冲宽度调制) 整流形式。电阻加热炉、 电解和电镀等设备基本上是电阻负载。 电阻性负载的特点是电压与电流成 正比, 波形同相位, 电流可以突变。 另外, 在分析电路工作原理前, 首先假设: ①开关元件 是理想的, 即开关元件 (晶闸管) 导通时, 通态压降为零, 关断时电阻为无穷大。 ②变压 器是理想的, 即变压器漏抗为零, 绕组的电阻为零、 励磁电流为零。

仿真过程,先查找所需电路元件,一个正弦电压源设置峰值311V,频率50Hz,一个晶闸管,一个门控模块设置频率50Hz,点数为2,开关点为40 50.,一个电阻设置阻值为10欧姆,两个电压探头(从节点到地),分别命名为vin,vout,一个接地点,按接线图连接好元件,选择仿真控制,总时间为0.06,打印步长为1,最后运行仿真得到所需波形图。

实验二back电路

工作原理开关管导通与关断受控制电路输出的驱动脉冲控制。当控制电路脉冲输出高电平时,开关管导通,续流二极管阳极电压为零,因此反向截止,开关上流过电流,电流流经电感向负载供电;此时电感中的电逐渐上升,在电感两端产生左端正右端负的自感电势阻碍电流上升,电感将电能转化为磁能储存起来。经过一段时间后,控制电路脉冲为低电平,开光管关断,但电感中电流不能突变。此时电感两端产生右端正左端负的自感电势阻碍电流下降,从而使得二极管正向偏置导通,于是电感中的电流经过二极管构成回路,电流逐渐下降,电感中储存的磁能转化为电能释放出来供给负载。进过一段时间后,控制电路脉冲又使开光管导通,重复上述过程。滤波电容的作用是为了降低输出电压的脉动。续流二极管为不可缺少的元件,若无此二极管,电路不仅不能工作,而且在开光管变为关断的时候,电感两端产生的自感电势将会对开光管造成损坏。

仿真过程,选择所需电路元件并设置合适参数,一个直流电压源设置振幅为12,一个MOSFET开关一个电感设置为0.001,一个电容设置为100u,一个电阻设置为10欧姆,一个二极管,一个接地点和开关元件的门控模块设置为频率50k,点数为2,开关点为0 150.按电路图连接好电路,选择仿真控制,设置总时间为0.01,打印步长为3,最后运行仿真得到所需电路图。

实验三单相桥式整流电路

实验原理

在正半波的(0~α)区间,晶闸管VT1、VT4承受正向电压,但无触发脉冲,晶闸管VT2、VT3承受反向电压,因此四个晶闸管都不导通。在正半波(α~Π)区间,触发晶闸管VT1、VT4使其导通。则负载电流沿a→VT1→R→VT4→b→T的二次绕组→a 流通,此时负载上有电压和电流输出,两者波形相位相同, uT1.4=0。 此时电源电压反向施加到晶闸管 VT2、VT3上, 使其承受反向电压而处于关断状态。 晶闸管VT1、VT4一直导通到ωt=π为止,此时因电源电压过零, 晶闸管阳极电流下降为零而关断。在 u2负半波的 (π~π+α)区间: 晶闸管VT2、VT3承受正向电压,因无触发脉冲而处于关断状态,晶闸管VT1、VT4承受反向电压也不导通。在 u2负半波的 (π+α~2π) 区间: 在ωt=π+α时刻, 触发晶闸管VT2、VT3使其导通,负载电流沿 b→VT3→R→VT2→a→T的二次绕组→b 流通,电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上,负载上有输出电压 (ud=-u2) 和电流,且波形相位相同。此时电源电 压反向施加到晶闸管VT1、VT4上,使其承受反向电压而处于关断状态。晶闸管VT2、VT3一直导通到ωt=2π为止,此时电源电压再次过零,晶闸管 VT2、VT3阳极电流也下降为零而关断。

仿真过程

选择所需电路元件并设置合适的参数,一个正弦电压源设置峰值310V,频率50Hz,4个晶闸管,4个门控模块,分别设置频率50Hz,点数为2,开关点数为210 220.和频率50Hz,点数为2,点数为30 40.一个电阻为12欧姆,一个电流表和五个电压表,按电路图连接电路,各电表测量所需数据,选择仿真控制,总时长设置为0.06,打印步长为1,选择运行仿真即可获得所需波形图。

实验四boost电路

工作原理

开光管闭合,此时这时输入的直流电压流过电感L。二极管D1作用是防止电容C对地放电,同时起到续流作用。由于输入的电压是直流电,因此电感上的电流以一定的比率线性的增加,这个比率跟电感因素有关,随着电感电流增加,电感里储存了一些能量。当开关管断开时候,由于电感的电流不能突变,也就是说流经电感L的电流不会马上变为零,而是缓慢的由充电完毕时的值变为零,这需要一个过程,而原来的电路回路已经断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容C2充电,电容两端电压升高,此时电压已经高于输入电压了,升压过程中,电容要足够大,这样在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流,这两个步骤不断重复,在输出两端就得到高于输入电压的电压。

仿真过程

选择所需电路元件并设置合适参数,一个MOOFET模型,一个正弦电压源设置为12V,一个电感设置为0.001,一个晶闸管,一个接地点,一个电容设置为100u,一个电阻设置为10欧姆一个开关元件的门控模块设置为频率50kHz,点数设置为0 150.两个电压探头(从节点到接地)选择仿真控制,设置总时间为0.06,打印步长为1,然后进行运行仿真得到所需波形图。

心得体会

通过线上的PSIM软件进行仿真实验,认识了许多电路元件的国际符号,也锻炼了自己的自学能力,在通过观看教学视频后,能自己掌握软件的基本使用方法,完成课程实验。

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