MATLAB仿真在电力电子实践教学中的应用.pdf

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1、国吨力毅奄2014年第12期DOI编码：10．3969／j．issn．1007-0079．2014．12．060MATLAB仿真在电力电子实践教学中的应用屈克庆摘要：以直流稳压闭环控制系统的数字仿真为例，分析了电力电子系统的MATLAB建模方式，内容有主电路设计与参数分析、控制系统设计、仿真实现。此模型运用PID控制器能方便地调节PWM调制中占空比，实现了对电压输出的稳定控制，有助于促进学生更快更好地理解、分析和掌握电力电子技术，在实践中增强教学效果。关键词iMATLAB建模；PWM；闭环控制；电力电子仿真教学作者简介：屈克庆(1970一)，男，河南洛阳人，上海电力学院电气工程学院

2、，副教授。(上海200090)中图分类号：G642．0文献标识码：A文章编号：1007—0079(2014)12-0126—02在高校电气专业的课程中，“电力电子技术”是一门理论2．主电路设计与参数分析性和实践性都很强的重要课程，既涵盖电路、电子、控制理论、电机学、电力系统等多学科课程交叉内容，又有整流、逆变、斩波、调压调频等独特多样的理论，课程涉及内容纷繁多样。与其他课程相比较而言，这门课程的突出特点之一是采用了多种电路来分析不同波形。如果采用计算机模拟电力电子电路，既能省去诸多实际困难，便于搭建复杂电路，又能使学生抓住电路本质特点，给学生带来深刻的实践体验，因此对教和学这两方面

3、都十分方便。电力电子技术的计算机仿真软件有多种，比如MATLAB、图1稳压电路系统框图PSPICE、SABER和PSCAD等，都是功能强大、操作方便的科在总体方案明确的基础上，要求学生自己搭建Matlab仿真学与工程计算软件。但各有特点，其中MATLAB适合于较为复电路。设计方案要求为：将一个输入电压在90—210V的不稳定电杂的控制系统建模，在国内外电力电子教学中已得到广泛应源电压升到稳定的310V，纹波电压低于0．5％，负载电阻为5n，用。MATLAB中具有以Simulink为运行环境的电力系统工具箱开关管为MOSFET，其开关频率为20kHz。(SimpowerSystemB

4、lockset)，包含了电路、电力电子、电机等电图2为Boost主电路仿真图。为了便于分析，本案例使用了交气工程学科中常用的元件模型库，以及强大的分析功能。流电源和二极管构成的不控整流器，模拟输人具有不稳定电压现代电力电子技术以MOSFET、IGBT为主要器件，以脉冲宽的直流电源。因电源的参数为150(1+0．4sincot)V，可知输入直流度调制(PWM)的斩控方式展开的，其中DC／DC变换是基本的电压的变化范围在90～210V。变换方式，也是实践中最为普遍的应用方式之一。从系统的角度学好这种变换形式将为全面掌握现代电力电子技术奠定良好的基础。随着开关电源的应用，以及光伏、燃料电

5、池等新能源发电、智能电网的迅速发展，通过建立一套直流稳压闭环控制的电力电子变换系统，结合MATLAB牦进行讲解，有利于提高学生兴趣和掌握这门课程基础。下面以此为教学应用案例加以阐述。一、直流斩波器及闭环控制系统图2Boost主电路图1．总体设计方案在以光伏、风力和燃料电池等新能源发电过程中，由于受主电路采用由电感、MOSFET管、二极管构成的Boost升压到环境因素的影响，输出的直流电压将在一定范围内波动，并且电路。在电流连续模式下进行计算，可求出各参数如下：电压较低，这样就需要先将不稳定的低压直流电转换为稳定的(1)占空比的变化范围。由Boost电路升压公式，得到占空比较高电压直

6、流电，再通过逆变环节供给交流负载。可用升压型与输入和输出电压的关系为：(Boost)DC／DC电路作为主电路，并采用PI调节器自动调节占空D-卜㈩比，输出稳定的直流电压，这样就能构成一个直流稳压闭环控制系统。图1为稳压电路系统框图，从中可知该系统中由新能源发将输入最低电压=90V和最高电压=210~代人上出的不稳定的直流电源，经过由PID控制器和PWM发生器构式，可分别求出最大和最小占空比值分别约为：D。=0．71；成的闭环控制系统，发出适当占空比不同的PWM驱动信号，驱Di=0．32。它们将作为PI控制中的占空比幅值的限定值。动DC／DC变换器后，从而可获得稳定的输出电压。(2)

7、临界电感值。根据电感电流临界连续条件：126