电力电子课设日志（已完结）

2022-01-05 18:12

启

我听过关于一条鱼的故事。

一条小鱼游到老鱼身边：“我要找他们称之为海洋的东西。”

“海洋？”老鱼问：“你现在就在海洋里啊。”

“这儿？”小鱼说：“这儿是水，我想要的是海洋。”

我们一直在追求一个叫海洋的东西，殊不知我们就生活在海洋里。

我们需要目标，但我们不是为了目标而活。

生命的意义往往不在于结果，而在于前行过程中快乐的瞬间。

珍惜现在的每一分钟，不要错过生活中的小乐趣。

昨天已然过往，当下即为最美好的一天。

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2022-01-05 18:39

课设的起手动作：打开课设PPT

然后出现了下面的这个东西：

what? PPT崩了？这还没开始呢

 点击确定或者叉号都会立即弹出一个相同的窗口，快速点击就快速弹出。

这根本关不掉啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊！！！！！！！！！！！！！！！！！！

百度上说引起这个问题的原因是一个名字叫FM.DLL的文件丢失或者因为某些原因未注册，需要重新下载这个文件。

。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

太麻烦了。不过还好我电脑上有2010和2019两版PPT，既然2010打不开，就试试2019。

问题解决了！

 看一下PPT，前面几十页都是在说仿真的好处和仿真方法简介。

跳过，直奔主题：

 好家伙，每个人还不一样。

 借鉴（chao）都没法借鉴（chao）。

来回翻了几次PPT，要求就只有这两页，后面的全是各种电路的介绍。

word天，

难道还要自己画电路？

可我连算电路都算不太明白呜呜呜呜呜呜呜呜。

 就在我心猿意马之际，我忽然看到了老师给的文件夹中还有这两个文件：

 百度一下，.mdl是可在simulink中的模型文件，.slx是simulink仿真模型文件。

感觉好像没有区别，先打开mdl文件看看：

（注意第一次打开时大概需要半分钟左右的时间，这段时间内MATLAB不会有任何提示正在打开的信息，这时耐心等待即可，不要在MATLAB中打开其他文件，否则就会像我一样直接把电脑干死机）

 弹出了两个奇怪的窗口和一个电路图。

 点了一下Run，没反应，又点了好多下，然后电脑成功死机了。

 重新再操作一遍：点一下Run：

 （前面忘了说了，我的MATLAB是2019b版本的，如果用其他版本的MATLAB的话操界面作可能会有微小的不同）

然后Run就变成了Pause:

 之前那两个窗口又弹了出来，并且开始出现轨迹：

点一下Pause，轨迹生成就会暂停，Pause按钮会变成Continue:

 点一下Stop就会结束轨迹生成。

能看出第一张图第一个轨迹是正弦波，第二个轨迹是两个锯齿波依次叠加，第三个轨迹是两个矩形波依次叠加，第四个轨迹像是余弦交点法获得的PWM波形，最后那个看不出来。

第二张图前三个似乎是在频繁的震荡，第四个不知什么情况突然有了示数并且逐渐增大到一定值后便几乎保持不动，最后的轨迹像是单纯使用KP控制的控制器输出，随着时间的推移逐渐在固定的范围内波动。

看不太懂这些轨迹都是干什么的，所以本着严谨的态度还是需要先查查这些轨迹上面的单词是什么意思，还有这些轨迹都是在电路的哪些位置采样的。

Uac：显然是ac两端的电压

 在电路这个位置，结合正弦波的波形和课设要求的整流电路，推断这应该是交流电压源，前面有个变压器，那Uac这就是变压后的交流电压源波形。

charge1 charge2 rectify Tune：

 没听说过这个名字。

对照他的波形，感觉像是锯齿波发生电路的波形，电源后面可不就得是触发电路嘛。

赶紧翻开书看看：

 和书上的Ue3波形很像，再对照一下电路：

 简直一模一样！！！！！

 突然想到PPT的后面好像是有介绍各个部分的作用，但刚才我没仔细看，现在再回头应该还来的及。

算了，先玩一会。

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 2020-01-05 20:33

插播一条，在玩的时候突然想到老师给了两个文件，一个是slx一个是mdl，顿时感觉心头一紧，不会另一个文件有什么重要的东西吧？

放下手机，打开电脑，关掉mdl文件，打开slx文件，发现两个文件似乎是一样的。

 我预感到这个问题百度应该给不了我答案，所以果断请教了一下大佬：

（这位大佬身高178，芳龄20，男，可爱，单身，实力震古烁今，只需单手便可写出可准确识别猫咪的深度学习代码，电力电子考试有n道题，他只需O(1/n)的时间复杂度就能做完！）

 原来是这样，那放心了，继续玩。

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 2020-01-05 21:08 

我又回来了，但我的电脑电量只剩下了25%，在博学楼充不了电，得赶快写完这段回去了。

接着打开上文说到的PPT，我发现PPT上的电路图和Simulink中的电路图似乎不太一样：

 看着看着PPT我好像懂了，PPT给了三种相控触发电路，

而Simulink中的触发电路是相控触发电路（2）：

 只有一页PPT。。。。。。。。。

看来是让我们看书来理解这个电路了。

对前面内容做了少许修改，现在电脑没电了，得赶快回去了。

总结一下，这是我第一次以日记的形式来记录课设的完成过程，正对应启文中的一句话：生命的意义往往不在于结果，而在于前行过程中快乐的瞬间。

我希望能以这种方式来发现并记录完成课设过程中的心路与灵感，课设的意义也许并不仅仅在于完成课设后所获得的成绩，路途中的风景也同样值得静下心来细细品味。

之前我一直执念于追逐成绩，这种执念往往以梦想的形式出现，越不可得，就越迷人。

这让我在日复一日的折磨中忘记自己，只记得“我需要学习”，执念慢慢变成迷失，成为一大团黑色的迷雾笼罩在我的周围，使我看不到生活本身的喜悦与幸福。

而陶醉，才是生活最美好的样子，陶醉于生活的人，自己本身就是幸福的。

生命流逝的每一秒都不会回头，更重要的是身在其中，放下执念，体验生活中点点滴滴的幸福与喜悦，享受生活本身所带来的愉悦。

不早了，今天就写到这吧。

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2022-01-06 11:47

简单回看了下昨天写的内容，发现文章口语化色彩有些严重，语气词使用过多，并且缺乏长句以及前后具有逻辑关系的上下句。已经完成的内容就不再修改，从接下来的内容起要注意书面语的格式以及对所要表达内容全面且精炼的描述。

承接上文：

tri14 tri23：triangular ware意思是三角波，但仿真图显示的却是方波，可能是老师写错了，或者说这是将输入的三角波转化为方波的电路。

14和23直接观察轨迹图很难判断其具体含义，但结合电路图中该部分电路的输出端连入了单相桥式整流电路，可以推断14和23是指晶闸管序号。

由此可见，charge rectify Tune 和 tri 电路整体构成触发电路，产生控制晶闸管导通的触发脉冲信号。

 rectify rectifyC：rectify中文含义为整流。这两个采样点位于整流电路的输出端，但是轨迹却并非典型的单相桥式整流电路波形。

观察电路图中两个采样点的位置，可以判断出rectify是负载电压，为轨迹图中的黄线，而rectifyC并联在电容两侧，且C是电容的符号，说明这是电容两端电压，为轨迹图中的蓝线。

这让我瞬间想到了电力电子期末考试不做要求的电容滤波的整流电路。

翻看教材，书中仅介绍了电容滤波的不可控整流电路，而电路图中为电容滤波的可控整流电路。但书中提到在交-直-交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合中，大都采用不可控整流电路经电容滤波后提供直流电源，供后级的逆变器、斩波器等使用。在本课设中整流电路之后便是Bust降压斩波电路，因此可以确定之前推断的这处为电容滤波的整流电路是正确的。

由于教材中并未明确教授电容滤波的可控整流电路，所以这部分内容可以先搁置一旁，等需要时再做研究。

值得一提的是，该部分电路整体输出的是电容电压而并非负载电压，因为后续电路接在了电容两端而并非整流电路输出端。

 buckPulse buck buckC：显然这部分为buck降压斩波电路，对应电路图中的这部分电路：

共有三条轨迹：

 放大看可以很明显地看出黄线和红线是由很多个脉冲所组成：

 继续放大可以观察到单个脉冲的形状：

 结合电路图，buckPulse为外部输入的方波信号，其电压值以及频率应当恒为定值，所以轨迹图中的红线为buckPulse。

buckPulse用以控制IGBT的通断，而IGBT后方即接入buck采样点，显然当buckPulse给IGBT的栅极正脉冲时，buck输出便是rectifyC的波形；当buckPulse为0时，buck电压为0。因此可以通过控制buckPulse的占空比来调节buck的电压大小。

由于buck的输出为脉冲波，为了保证波形的顺滑，在其后并联一电容滤波，并以电容电压buckC为buck降压斩波电路的输出，对应轨迹图中的蓝线。

 整体观察整个斩波电路，根据其元器件位置可以明确地判断其为典型的buck降压斩波电路，说明之前推理过程正确。

 到此为止，Scope图中的所有轨迹已经全部明确其具体意义，休息一下，接下来分析Scope1中的轨迹图。

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 2022-01-06 13:12

 mudulator carrier：mudulator意思为调制器，carrier为载体，所以可以理解为mudulator是调制信号，carrier为载波。

  将图像放大可以明显观察到蓝色三角波中有黄色正弦波，根据调制信号与载波的定义，蓝色线是接受调制的信号，为载波；黄色线是希望输出的波形，为调制信号。

电路图如下图所示：

 将鼠标移动到对应元器件的位置，就会在一旁显示出该元器件的用途以及输入输出参数：

 该元件为比较运算符，用以比较载波和调制信号的大小，输出为布尔类型的值。当载波电压值小于等于调制信号时，输出为1；当载波电压值大于调制信号时，输出为0。

 之后两个元件为与零比较的比较运算符，当输入为1时，{>0}输出为1，{==0}输出为0；当输入为0时，{>0}输出为0，{==0}输出为1。该布尔类型的输出值经过convert转换器后转换为电压值给IGBT的栅极供电。

结合后面逆变电路的电路图可知，当载波（三角波）电压小于等于调制信号（正弦波）电压时，IGBT1和IGBT4导通；当当载波（三角波）电压大于调制信号（正弦波）电压时，IGBT2和IGBT3导通，分别对应轨迹图中的IGBT14和IGBT23。我们可以通过改变载波比来调节IGBT栅极电压IGBT1234的频率。

从图中可以很明显观察到三者在载波与调制信号交点处的电压变化，IGBT14与UGBT23波形也完全互补。

IGBT_V IGBT_I：结合电路图，该部分为典型的单相电压型全桥逆变电路，通过控制四个IGBT周期性的通断来将直流电转换为交流电，IGBT_V为逆变电路输出电压，IGBT_I为逆变电路输出电流，具体逆变过程可以参考教材，这里不做过多解释。

 将波形图放大，可以分别将黄线和蓝线分别对应到IGBT_V和IGBT_I。

 注意到该电路中在电阻的两端并联了一个电容，并取电阻（或电容）两端的电压为输出电压。在不并联电容时，电阻两端电压波形根据公式U=IR可知即为IGBT_I的波形，而电容具有稳压的作用，可以将电阻两端电压波形变平滑，由此便得到了输出电压Vout的波形：

 该波形十分接近正弦波，说明逆变成功。

 综上也便可解答出最开始分析波形时发现的波形在刚开始形成时变化情况没有周期性的原因。因为在电路刚启动时，电路中含有的电感和电容并未建立稳定的充放电状态，需要一定时间来建立电路的稳态运行，电路稳定运行后各曲线也就呈现出周期性的特点。

在博学楼自习的一大缺点就是电脑无法进行充电，每次使用电脑时间只能限制在两个半小时左右。到此整体电路已经全部分析完毕，根据课设要求，接下来便需要调整电路中各项元件的参数以达到所需的各项电路指标。等我回宿舍把电脑充满电后再总结一下各个波形的用途并进行接下来的调参工作。

感觉刚才写的文字缺乏生动性，读者阅读时可能略显枯燥乏味，看来还得在接下来的内容里进行改进。

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2022-01-06 15:26

对所有电路波形的分析做下总结：

Uac：变压后的输入电压

charge1 charge2 rectify Tune：交错产生的锯齿波电压，用以生成方波

tri14 tri23：交错产生的方波电压，用于整流电路IGBT触发信号

rectify rectifyC：黄线为整流电路负载电压；蓝线为电容电压，为该电路输出端电压波形

buckPulse buck buckC：红线为输入触发脉冲信号；黄线为buck电路负载电压；蓝线为buck电路电容电压，为该电路的输出端电压波形

mudulator carrier：蓝线为载波；黄线为调制信号

IGBT14：逆变电路IGBT1，IGBT4栅极控制电压

IGBT23：逆变电路IGBT2，IGBT3栅极控制电压

IGBT_V IGBT_I：黄线为逆变电路负载电压，蓝线为逆变电路负载电流

Vout：逆变电路电阻（电容）两端电压

PPT中给出的课设要求不全，要想找到完整的课设要求需要找到一个word版的《电力电子课程设计报告 要求》

根据《要求》中的要求，所需要设计的指标分为以下7个：

1.可控整流输出电压（V）

2.可控整流软启动时间（s）

3.降压斩波输出电压（V）

4.降压斩波开关频率（KHz）

5.逆变输出频率（Hz）

6.逆变输出幅值（V）

7.逆变开关频率（KHz）

总结一下便是：

1、搭建整流电路，输入为50Hz有效值为220V的交流电，利用分立元件能利用可调电阻改变整流α实现软起动（2.0~3.8秒）。最后输出电压150V~190V的直流电。

2、搭建Buck降压电路，开环控制，输出70~100V，开关频率13kHz~20kHz。

3、搭建逆变电路，采用PWM调制输出150Hz~190Hz,幅值32~50V交流电。

不妨从电源开始设计：

要求输入为50Hz，有效值为220V的交流电。

双击一下电源便可以调整其参数：

双击它

 然后：

 老师已经调整好了，所以不需要对电源再做改动。

接下来设计可控整流输出电压，按照要求我应该控制其为185V。

该处电压应为rectifyC的电压，可知其幅值受到两个因素的影响：

1.输入电压的幅值

2.晶闸管触发角

可以控制改变的只有触发角。

这里稍微耽误了一点时间，因为我发现正常运行时Simulink画曲线的速度实在太慢了，一点也不符合我们多快好省的理念，光等他把图画完都得一分多钟。

所以我查了一下百度，发现这里有个按键可以加快运行速度：

分别为Normal（正常）、Accelerator（快）、Repid Accelerator（贼快）

Normal是指MATLAB解释一句，操作系统执行一句，自然不会太快；

Accelerator则是把一部分共享模块编译为库文件，例如dll进行调用，相当于混合模式，既有解释-执行，也有直接调用，速度会稍微快一些；

Rapid Accelerator则是把整个模型编译为操作系统下独立运行的程序，少了Simulink解释给操作系统的工作，自然运行速度快，代价则是需要一定的时间来编译模型。

果断选择贼快的运行速度，并且把Stop Time改为0.5，毕竟课设要求软启动时间就要好几秒。

结果光编译就花了半分钟。。。

 运行速度感觉快了那么一点点，但又感觉没快。。

 还是Normal吧。

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2022-01-08 15:20

这摆烂  多是一件美事

 虽然我昨天没写，但是昨天我也是做了很多工作的。

只可惜我记不太得想了什么了。

今天就直接从调参开始。

注意到电路图中有一 solver configuration（解决方案模块）：

 该模块用以设置一些特殊的仿真信息，比如说算法、系数精度等信息，具体设置对初级的仿真作用不大，在仿真时没有必要修改。

在对触发电路调参之前，确实有必要知道触发电路的工作原理。

B站上讲电力电子技术触发电路的连接我放在这里了，因为手写的话很麻烦，所以在这里不做过多解释。

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2022-01-08 16:55

看了一会表示看不懂，并且书上的电路图与MATLAB中的电路图有很大的不同，不能完全等价，所以还是需要对MATLAB中的电路图进行分析。

为了得到需要的185V可控整流输出电压，我们需要计算触发电路的触发角α。

在电路图中可以观察得到，该电路为电感负载的单相桥式整流电路，所以可以直接套用公式：

其中  为输入电压的有效值，也就是220V，计算得到 α 的值为 20.88°。

下面对触发电路进行分析：

 在输入电压Uac后方接入了两个相同的比较器，上方的比较器正极接入Uac，负极接地，下方的比较器正好相反。

也就是说，当输入电压Uac大于对地电压，也就是大于0时，上方的比较器输出为正，下方的比较器输出为0，反之则相反。

通过比较器的参数可知：输出高电压为10V。

input offset voltage是指两个输入电压产生5mV的差值时，比较器才能够识别出来，由于该数值较小，所以可以忽略不计。

该电路图有两个完全相同的锯齿波发生电路，以上方的电路为例：

 当输入电压为正（10V）时，电容不断充电，电压表的示数上升，输出电压上升；当输入电压为0时，晶体管导通，电容通过晶体管放电，同时此时的输出电压为晶体管导通压降，由于该电压很小，所以可以忽略不计。

因此，该电路联结前方的比较器的输出特性可以表示为：

当输入电压Uac为正时，输出电压charge1以倾斜直线的方式上升；当输入电压为负时，输出电压charge2为0。charge2正好相反。

这里需要纠正前面分析时的一个错误：

之前误以为charge rectify tune为一个词组，但经评论区大佬指正，charge1 charge2为两个锯齿波，而 rectify tune 的值从这里得到：

这条线所采样的电压为变阻器的输出电压，变阻器的输入端接在了一个10V的电压源两端。

也就是说，变阻器的输出电压（rectify tune）是根据变阻器滑块的位置取值为0-10V之间的数。

 在变阻器上方有一个x，x上方有一个写着数字的框，名字为constant。这个名字很有迷惑性，他不表示一个常数，而是用来控制电阻器滑块的位置。

 比如当数字为0.25时，滑块的位置就在25％处，输出电压就是10 x 0.25=2.5V。

电脑没电了，晚上回来写。

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2020-01-09

提前报个喜，所有设计要求已经基本完成了，接下来的工作就是对电路进行微调让波形更加好看。

软启动在这里没加，但实际上很简单，我会在之后的文章里介绍。

解释一下为什么这么长时间没有更新：

毕竟边写日志边调参太耽误时间了，很多时候往往有了好的灵感需要去实现，而没有时间来写前面工作的日志，所以断更了一段时间。

不过既然已经完成了基本内容，可以静下心来总结下前面的成果。

只不过不再是日志，而更像是回忆录了。

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2020-01-09 20:11

简单回顾一下昨天的内容，之前我们讲解完了这部分内容：

 已经得到charge1 2的输出为斜率固定的锯齿波，且charge1波形在电源电压Uac波形的正半周期上升，charge2波形在Uac的负半周期上升。

变阻器的输出电压 rectify tune为10V x 滑块位置，滑块位置由位于上方的constant决定，constant取值为0~1，意为输出电压占10V电压的百分比。

以charge1为例，charge1在接下来的电路中会和rectify tune接入同一个比较器用以比较两个电压值的大小。

 这并不是一个直接的比较器，而是一个运算放大器，输出值为 增益A x (同相输入端电压-反向输入端电压)。

因为该运算放大器增益极大，且其存在最大和最小输出电压，分别为15V和0V。

所以当同相输入端电压稍大于反相输入端时，输出电压即为15V，反之则为0V

 自此我们可以得知：

当charge1的电压值大于 rectify tune的电压值时，输出值为15V，当当charge1的电压值小于 rectify tune的电压值时，输出值为0V。

由此我们便构造出了一个可以波形正跃变时间的触发电路。

解释一下：

因为charge为工作在半个周期内的锯齿波，在该半周期内从0V线性上升到10V，而rectify tune是0~10V之间的一个电压，当charge上升到rectify tune的电压值时，触发电路便会产生正跃变，即产生触发信号使晶闸管导通。

因为半个周期的角度是180°，因此导通角占半个周期的比例为： 导通角/180°

 这个比例也恰好是charge上升到rectify tune所需的时间与整个charge上升时间的比例。

由于charge是线性的，很容易得出该比例也为rectify tun电压值与10V的比例。

通过简单比例计算便可以得到，导通角与180°的比值便是constant的值。

设计参数指定可控整流输出电压为185V。整流电路为带阻感负载的单相桥式可控整流电路。通过公式

 得到控制角α为20.88°，constant值为0.116。

这里还需要对负载特性作出一些解释：

观察电路图中的整流电路与教材中的整流电路

 我们可以将后方的斩波电路看做负载，整流电路输出电压rectifyC即为并联一个电容的负载电压。

由于未知斩波电路的负载特性，所以我尝试在电容两端并联一个1欧的电阻来降低后方电路负载对于该电路输出电压的影响。

下面分别为有无额外电阻时的rectifyC波形：

有额外电阻

无额外电阻

无额外电阻的波形在刚启动时会出现比较奇怪的形状，这可能是由后方电路的负载特性所决定的。在加上额外电阻后，负载特性由电阻主导，所以启动时间很快，能很快出现周期性。

对比两个图，可以看到加上额外电阻后的rectifyC虽然平均值也为185V，但是波动较大，波形并不完美；而原先的电路图在经过漫长的启动阶段之后到达平稳，平稳期的波形相对于加上额外电阻的波形要更加平滑，因此我们舍弃额外电阻，采用原始电路来作为整流电路。

原始电路的波形也告诉了我们软启动的重要性，如果对电路直接进行启动，那么整流电路的输出电压有可能会远大于设定的电压，导致电路损坏。

（有关软启动的问题会在文章末尾讲到，因为软启动相对于电路中其他参数是独立的，且软启动的仿真时间较长，所以不适合于在一开始便加上。软启动需要对电路进行少许改动，原理很简单，现在不必对其过多纠结。）

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2020-01-09 23:32

其实我刚才讲的内容中有一个巨大的坑。。。。。。。。。。。。。。。。。

无额外电阻

就是这个波形。

仔细观察可以发现他稳定后的rectifyC电压大概为290V，远大于设定的185V。

很奇怪。

因为整流电路后方的电路太过复杂，所以很难直接算出其等效感抗。

因此我把整流电路后方的电路断开，仅保留整流电路以及触发电路，观察在电感电容负载情况下rectifyC的值。

从理论上分析，该电路在启动时会同时给电感和电容充电，电感电流与电容电压不断增大。当电容电压大于输入电压时，电感开始放电，电感电流逐渐减小至零，此时由于电感电流依然为正，所以电容电压依旧不断增大，直到电感电流减小到零为止。

此时，因为晶闸管无法通过反向电流，所以电感的电流会恒定为零，电路中不存在电流，电容会维持比电源电压更高的电压不变。

 已经请教老师了，等明天的答复吧。

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2022-01-10 20:19

 老师一波魔鬼三连问直接把我的想法否决了。

又回到了原来的起点。

还是整流电路，为了让他的输出更加平滑且降低后方电路对其负载特性的影响，通过试验将各元件参数值设定为：

L=100mH        C=4uF          R=1Ω

 因为斩波电路也存在同样的负载，所以用同样的方法改造斩波电路负载。

自此整流电路便已完成。

对于buck降压斩波电路，根据理论知识是要通过控制晶闸管触发脉冲的占空比来调节降压比。

根据设计需求，降压斩波输出电压为95V， 降压斩波开关频率为19kHz，其中降压斩波开关频率指触发脉冲的频率。

根据公式：

可以算出触发脉冲的一个正信号占一个触发脉冲周期的百分比，即脉冲宽度，本文中为51.35%。

触发脉冲周期为开关频率的倒数。

 因为Simulink并不在意晶闸管门极的触发电压大小，只需要给门极正电压晶闸管便会导通，所以触发脉冲的振幅amplitude可设定任意正值。

对于逆变电路，共有三个指标：

逆变输出频率：185Hz

逆变开关频率： 23KHz

逆变输出幅值： 46V

其中逆变输出频率指逆变器的输出同时也是全部电路输出波形的频率，逆变开关频率是指用以控制逆变器工作的信号频率。

这两个频率调节需要用到电路上方的PWM波形调制：

 工作原理我好想已经说过了，又好像没说过。

但我不想讲了，很简单。

 总之就是开关频率对应载波频率，输出频率对应调制信号频率。

由于载波是三角波，该模块不仅能输出三角波，也可以输出其他波形，所以我们需要表达出其峰值的时间和整个周期的时间：

[0:0.000021739:0.00004348]：0.00004348为一个周期的时间；0.000021739为峰值时间，是周期时间的一半。

幅值大小对于该电路同样没有影响。

载波

调制信号

 而对于输出电压幅值，我采用的方法是电阻分压：

将与电压表并联的一个电阻拆为两个。

因为逆变电路的输入电压即为斩波电路的输出电压，这里为95V。 

逆变电路只能将直流电变交流而不能改变其电压峰值，所以逆变电路的整体输出电压也为95V。

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2022-01-10 21:10

很好，写着写着又发现了不对劲的地方。

电阻分压这个方法不对，错在了原理上。

输出电压值应该由信号波幅值调节。

信号波幅值/载波幅值=输出电压/输入电压。

具体原因之后再讲，先记住调好就行了。

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2022-01-10 21:21

接下来进行降压斩波和输出逆变的闭环控制。

对已经设定好所有参数的电路进行仿真，可以发现曲线电压并不能完美地与计算值相符，总会有些许误差，这是以下三个原因造成的：

1.晶闸管上有导通压降

2.二极管有导通压降

3.电路中电感电容电阻有误差

因此我们需要加装反馈环节，对电路进行闭环控制。

打开器件库：

 找到 PID Controller; sum; Constant; PWM Generator; Voltage Measurement

 ​​​​​

 将求和运算改为求差运算：

这样接线便构造出了一个简单的闭环反馈框架：

 其中电压表接入输出电压。

对PID各参数进行设置：

KP的设置方法为：计算1V电压所对应的占空比，为0.624,；再将该占空比乘10倍

KI的设置方法为：因为KP的含义为在1秒内的微分器对输入的改变量，为了追求良好的性能，将其设定为KP的100倍

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2022-01-13 10:22

我回来了。

解释一下断更的原因。

毕竟是要写设计报告的。

所以没时间继续更新了。

大概说一下接下来要注意的问题。

1.PI调参那里需要给PI限幅，因为PWM只能输入0-1之间的数。

2.没加软启动时这套反馈控制可以很好运行，加入软启动时因为启动时间很长，积分时会产生很大的偏差，导致调节时间过长。因此需要让I在系统接近稳定时启动，这样能更快且更高的消除稳态误差。

3.软启动是将触发电路变阻器幅值那里的常数输入改为线性输入，并给他限幅，控制α角在启动时间内从90度到设定的度数转变，启动时间的80％就是软启动时间。需要注意斜率为负，且线性输入的值不是直接的α角，而是控制α角的滑块位置。

4.

 这个参数写错了，电容应该是4000uF。。。

5.写设计报告时不要说并联了个小电阻，毕竟负载要比这个电阻小得多，功率浪费严重。。。

其实标准方法还是应该直接反复调参数。

ddl要到了。

good luck.

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2022-01-26

成绩出来了。

90分

是个不错的成绩呢

给大家看一下我的设计报告呀：）

电力电子技术课程设计

一、选题背景

随着电力电子技术的高速发展, 电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切, 而电子设备的工作电压和频率往往与电源电压参数不符，这就需要我们应用电力电子元器件对电源电压进行整流、斩波、逆变。

本次设计采用电容滤波的单相桥式可控整流电路、Buck降压斩波电路、全桥逆变电路实现电源电压的交-直-交转换, 经过转换后的电压可用于科研设备、LED 照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热等领域, 在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

二、方案论证

设计整体框架：

设计指标：

可控整流输出电压（V）：   185 

       可控整流软启动时间(S)：   3   

       降压斩波输出电压(V)：    95 

       降压斩波开关频率(KHz)：   19

       逆变输出频率（Hz）：      185    

       逆变输出幅值(V)：     46   

       逆变开关频率(KHz)：    23     

因为整流电路输入为单相交流电，所以采用带阻感负载的单相桥式全控整流电路，整流电路的输出端为电阻电压，并并联一个电容以稳定输出电压。

降压斩波电路可以采用最常用的buck斩波电路，该电路结构简单，且控制方便。

逆变电路采用全桥逆变电路，同时因为需要对电路的输出电压幅值进行控制，所以我们采取PWM控制技术对逆变电路的触发脉冲进行调制，在保证输出频率正常的同时实现输出电压幅值的改变。由于直接输出电阻两端电压会含有较多高次谐波，所以我们对电阻两端并联电容，以消除高次谐波。

     为了符合软启动的时长要求，设定仿真时间为4.5s。

三、过程论述

1.可控整流仿真simulink图与仿真波形

输入电压为220V，输出电压为185V，软启动时间为3s。

由于整流电路的负载为buck斩波电路，该电路参数会对整流电路的负载特性产生影响，所以我在整流电路输出端并联一电阻以维持整流电路负载的电阻性，再通过电容滤波维持电阻负载两端的电压稳定。

调节输出电压幅值需要调节晶闸管导通角α，调节方式为控制变阻器滑块位置以控制触发电路脉冲产生的时间。

计算α角的公式为：

软启动需要让输出电压由小到大升压至所设定电压。由于整流电路为阻感负载，输出电压在α等于90°时为零，通过控制晶闸管导通角在启动时间内线性从90°变化到计算得到的α角，启动时间的80%即为软启动时间要求。

整流电路及触发电路电路图：

软启动及变阻器控制参数设置：

输出波形：

从图中看出在2.7s和3.5s时波形产生了波动，这正好对应斩波电路闭环的P与I输出变化，说明后方电路参数变化会对前方电路产生影响。

取稳定后的一段波形，求得输出波形参数：

输出电压平均值为186V，与设计电压相差1V，相对误差为0.541%，符合设计要求。

在3s时的输出电压为：

设计软启动时间3s，在3s时电路电压为143V，占设计电压的78.29％，误差为2.14％，符合设计要求。

2.Buck斩波仿真simulink图与波形

输入电压为185V，输出电压为95V，开关频率为19kHz。

开关频率即为晶闸管的触发脉冲频率。

为将输入电压降为95V，需要控制晶闸管导通时间的占空比。

计算占空比的公式为：

为了保证斩波电路的输出电压稳定在95V，需要对其进行闭环控制。本设计采用PI控制的方法，让斩波电路输出电压与95V求差作为偏差信号，调节PI参数使输出稳定。

因为I是对波形在时间上的积分，在软启动阶段会有较大的偏差，导致PI控制器的输出在短时间内无法达到稳定，所以我选择P控制从0时刻开启，在3.5s时开启I控制。

buck斩波电路电路图：

PI参数设置：

开关频率：

PI控制器输出波形：

输出波形：

在2.7s左右P控制器的输出改变，在3.5s时I控制启动，对应波形中两个突变。

仿真波形参数：

可以看出最终输出值为95.15V，与设计输出电压相差0.15V，误差为0.158%，符合设计要求。

3.单相逆变仿真simulink图与波形

输入直流电压为95V，输出交流电压幅值为46V，频率为185Hz，开关频率为23KHz。

开关频率为PWM载波频率，输出频率为PWM信号波频率，输出电压的幅值与输入电压的幅值比等于信号波与载波的幅值比。

降压斩波电路电路图：

信号波（右）参数设置：

载波（左）与

仿真波形：

仿真波形参数：

 从图中可以得到，电压输出值为46.57V，与设计电压相差0.57V，相对误差为1.24%，满足设计要求。

逆变电路的输出频率为185.000Hz，符合设计要求。

4.综合仿真simulink图与波形

整体电路图：

整体输出波形：

四、结果分析

对上述仿真结果进行分析：从测量值中可以看出，整流电路的输出值为186.0V，与目标输出值差为1V，相对误差为0.541%。软启动时间的相对误差为2.14％。

斩波电路的输出值为95.1V，与目标输出电压差为0.1V，相对误差为0.105%，可以明显看出加装闭环反馈后的斩波电路能将输出值控制在更精确的范围内。

逆变电路输出电压幅值为46.57V，与期望输出电压相差0.57V，相对误差为1.24%，由于各元件参数的误差为5%，所以该输出误差在误差允许范围之内。

逆变电路的输出频率为185.000Hz，符合设计要求。

五、课程设计总结

这次课设让我对电子元件及电力电子电路有了一定的感性和理性的认识 ，对培养和锻炼我们的实际动手能力有极大的帮助。在以前我们学的都是一些理论知识，这一次的实践更多的是要我们去做，很多内容看起来十分简单，看着电路图就能懂，但亲自去操作时，就会发现理论与实践是有很大区别的。理解理论知识比较简单，但在实际操作中就是有许多要注意的地方，很多情况也与预期不一样。在理论知识与实践充分结合的过程中，不仅需要专业知识的指导，还需要具有较强的实践动手能力，能分析问题并解决问题，这能帮助我们为我们以后进一步的实践作好准备。

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选题背景是网上抄的，设计总结也是网上抄的，但是网上的那些总结口语化色彩都比较严重，这怎么能符合我一贯严肃认真的风格呢

所以稍加改动便成了我的选题背景和总结。

结

自此电力电子的课程设计也就全部结束，本篇文章也要进入尾声了。

一切表述都是自说自话，只有受众接受了才有意义。你所见怎样的我，便是过往怎样的你。你在你的基础上读我，便是读己。

你看这字，既是看我，也是看己。

自当默念，今日之我非昨日之我，今日之他人亦非昨日之他人。万不可形秽，亦不可菲薄。

克服“从来如此”的惯性，

克服“不过如此”的骄矜，

克服“既已如此”的程式，

克服“必定如此”的短视，

每一天都有86400次机会改变轨迹，已逝的悉数敛在身后，何须追悔，亦何须贪念。

那便非要向基因宣战，逆流而上寻出个不一样的波纹来。