基于SIMULINK的仿真分析.docx

目录摘要1Abstract2第1章绪论311研究背景、目的和意义31.1.1 研究背景31.1.2 研究目的31.1.3 研究意义312研究的目标和内容4121研究的目标41.2.2研究的内容413论文的组织结构4第2章PFC技术及Boost变换器基础61. 1PFC技术简介62. 2Boost变换器技术概况63. 3PFC与Boost变换器的关系84. 6本章小结8第3章Boost变换器的PFC的设计93.1基于Boost变换器的PFC的主电路设计93. 2基于Boost变换器PFC的控制策略设计175. 3本章小结22第4章基于Simulink的仿真分析246. IMatIab与Simulink仿真介绍247. 2SimUIink仿真模型的建立248. 3仿真参数的设置269. 4仿真结果和分析2910. 4本章小结32结论33参考文献34致谢35摘要目前，主要有六种主要的基本斩波器电路，其中一种是BoOSt升压电路，它是一种开关式直流升压电路，它能够确保输出电压高于输入电压。升压电路的主要应用是单相功率因数校正（PFC）电路、直流电动机的驱动器或其他交流/直流电源系统。在国家节能减排委员会的发起下，通过采用对功率因素校正变换器的设计与管理，能够减少谐波污染，从而减少了能量消耗，并产生良好的社会经济效益和环保价值。但因为传统供电装置的复杂性，易于产生谐波，危害电网的能源品质，因此传统变换器也并没有很好处理该问题,而这些问题可以通过设计带有升压转换器的PFC来解决。首先，本文分别描述了升压电路和功率因数校正技术，描述了升压转换器和功率因数校正技术之间的关系，并研究了该电路在不同工作模式下的运行。其次，设计了一种基于BoOSt的变换器的PFC电路。在一般电网中，可能会接进许多整流负载，并且会造成输入电流会带来很多谐波的问题等，而谐波分量过大会导致电源输入功率过低，谐波电流会加剧电网中配电设备的损耗，降低设备的寿命，也会降低功率因数，影响其他连接在负载端用电设备的正常使用，并且会对电磁形成干扰，过低的功率因数会浪费设备容量、加重配电设备传输的损耗等困扰。可以说PFC是改善负载功率因数的一种方法。最后，用MatIab中的SimUlink搭建仿真模型，实现BoOSt变换器的PFC仿真试验，通过分别调试，获得不同工作状态下的实验波形以及相关数据后，对试验结果进行分析说明，从而验证理论分析的正确性和有效性。关键词；Boost；功率因数校正；谐波；MatlabAbstractBoostcircuitisoneofthesixbasicchoppercircuits.ItisaswitchedDCBoostcircuit,whichcanmaketheoutputvoltagehigherthantheinputvoltage.ItismainlyusedinDCmotordrive,single-phasepowerfactorcorrection(PFC)circuitandotherACandDCpowersupplies.Undertheinitiativeofenergyconservationandemissionreduction,thedesignandcontrolofpowerfactorcorrectionconvertercanreduceharmonicpollutionandenergyloss,whichhasgoodeconomicandenvironmentalvalue.Duetothediversityofelectricalequipment,itiseasytoproduceharmonicsandaffectthepowerqualityofthepowergrid.Thetraditionalconvertercannotsolvethisproblemwell.ThiskindofproblemcanbewellsolvedbyusingBoostconvertertodesignPFC.Firstly,thispaperintroducestheresearchbackground,basicprincipleandbasicstructureofthepowerfactorcorrectioncircuitofBoostconverter,expoundstheBoostcircuitandpowerfactorcorrectiontechnologyrespectively,calculatestherelevantparametersofthemaincircuit,andstudiestheworkingmodeofthecircuitandtheparametersofinductanceandcapacitanceundervariousworkingmodes.Secondly,aPFCcircuitofBoostbasedconverterisdesigned.Inthegeneralpowergrid,manyrectifierloadsmaybeconnected,andthebigproblemisthattheinputcurrentwillbringalotofharmonics,andtheexcessiveharmoniccomponentwillleadtothelowinputpowerofthepowersupply.Theharmoniccurrentwillaggravatethelossofdistributionequipmentinthepowergrid,interferewiththenormaloperationofotherelectricalequipmentconnectedtotheloadend,andalsocauseelectromagneticinterference.ThelowpowerfactorwillalsocausethewasteofequipmentcapacityThetransmissionlossofdistributionequipmentincreases.Therefore,PFCisameanstoimprovethepowerfactoroftheload.Finally,thesimulationmodelisbuiltwithSimulinkinMATLABtorealizethePFCsimulationtestofBoostconverter.Throughstep-by-stepdebugging,theexperimentalwaveformandrelevantdataofworkingstateareobtained,andthetestresultsareanalyzed.Thecorrectnessandeffectivenessofthetheoreticalanalysisareverified.Keywords:Boost;powerfactorcorrection;harmonic;matlab第1章绪论1.1 研究背景、目的和意义1.1.1 研究背景如今世界，随着经济的飞速增长，化石能源的利用在推动了世界经济的蓬勃发展的同时对环境造成了不可逆的污染，大量的二氧化碳的排除，加快了对环境的破坏，形成了比如气候变暖、海平面上升和恶劣气候等现象，对人类的生活带来了严重破坏。因此，节能减排已经成为世界各国关注的议题，各国开始提倡合理节约能源，大力发展新能源科技，这当中要数太阳能发电与风力发电受到了各国的大力推广。电是最广泛使用的能源之一，由于它的使用，人类已经能够进入今天先进的工业和计算机社会。随着时间的推移，电力的发展在其生产、传输和应用方面已经达到了很高的水平，但为了更有效地使用它，仍有许多问题需要克服。电力电子技术从诞生到发展，一直影响着人们的用电方式。在当今的电力电子领域，谐波和无功功率是一个非常难以解决的问题。由于开关电源的环境要求，有源功率因数校正技术己成为现代电力电子学的一项重要技术，以减少谐波电流污染，提高电能质量。1.1.2 研究目的在节能减排的发起下，通过对功率因数校正变换器的设计和控制，可以使谐波污染减小，并降低能源损耗，具有良好的经济与环境价值。由于用电设备的多样性，因而容易产生谐波，影响电网的电能质量，传统变换器并不能很好解决该问题。通过使用BOOSt变换器的PFC设计，可以很好地解决此类问题。电子设备的普及使模拟控制的PFC技术越来越成熟，尽管在某些领域仍然存在限制。然而，在某些领域仍然存在局限性。与模拟控制的PFC相比，数字控制的PFC具有控制灵活、便于携带和易于调试等优点。这就是为什么有必要将数字控制引入PFC技术的原因。将数字控制引入PFC技术，从而利用数字控制实现PFC算法，已经成为当今功率因数校正领域的一个重要研究领域。1.1.3 研究意义通过研究Boost电路的PFC设计可大大减小电网中的整流负载带来的输入电流中的谐波，减小谐波电流，增加电源的输入的有功功率，用以降低电网中配电设备的损耗，不会干扰挂接在负载端其他用电设备的正常工作，并且降低电磁干扰、避免过低的功率因数对设备容量的浪费、减少配电设备传输损耗等影响。BOOSt升压电路通常是PFC转换器的基本拓扑结构，这是因为升压电路设计和控制电路结构简单，而且产生的输出纹波明显减少。通过将多个BOOSt和PFC电路交错串联，不仅可以提高功率水平，减少大功率器件的电流消耗，还可以减少输入和输出产生的输出电压纹波，减少滤波电容的尺寸。所以,在大功率使用情况下使用这种电路结构的优越性很大。在当今国家提倡的节能减排的决议下，通过对功率因数校正变换器的设计和控制,可以减小谐波污染，降低能源损耗，从而达到能源利用最大化，具有良好的经济与环境价值。1.2 研究的目标和内容1.2.1 研究的目标1、理解功率因数校正的原理。2、掌握BOOSt变换器的工作原理。3、掌握PWM控制技术的工作原理。4、设计基于BOOSt变换器的PFC闭环控制算法，并对算法进行分析。5、使用Matlab实现Boost变换器的PFC仿真试验，并对试验结果进行分析。1.2.2 研究的内容本文首先分别介绍了升压转换器和PFC技术的基本理论、工作原理和相关结构框图，并详细介绍了升压转换器的两种模式：CCM和DCM,以了解升压转换器和PFC技术的技术原理，并为今后的研究奠定基础。通过对BoOSt变换器PFC设计进行建模，解读了建模原理，列举了研究中会用到的相关公式。最后，在Matlab上的Simulink进行了仿真。介绍了Matlab与其一项可视化工具Simulink,接着Matlab上搭建Boost变换器的PFC的模型，进行仿真，得到波形图，并进行分析得到结论。1.3 论文的组织结构(1)第一章为绪论，其中囊括了本篇文章的研究背景、研究目的及研窕意义，标出了研究目标和内容，并且介绍了论文每一章的内容。（2）第二章为PFC技术及BoOSt变换器基础，在这章中分别介绍了PFC技术简介、BOoSt变换器的工作原理和PFC与BOoSt变换器的关系，为后续的研究奠定了理论基础。（3）第三章是对后续实验的设计，先是对于主电路进行了设计，其次是对控制策略进行了设计，为第四章的仿真实验做好了前期的准备。（4）第四章为模拟仿真及分析，在matlab上进行建模仿真，通过改变不同的数据从而得出不一样的波形，从而验证了实验与理论的可行性。第2章PFC技术及Boost变换器基础2.1PFC技术简介功率因数(P