電力電子技術課程設計.doc

*大學 *學院*系電力電子技術課程設計題 目： 電鍍裝置 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： * 姓 名： * 學 號： * 指導教師：_ *_任務書題 目電鍍裝置，要求提供Ud=50V、Id=500A的直流電源，現(xiàn)有交流器輸出電壓240V。試為電鍍裝置設計一斬波器（包括主電路、保護電路、換相電路及平波電抗）。 時 間安排第16周 目 的：1、培養(yǎng)學生文獻檢索的能力，特別是如何利用Inter網(wǎng)檢索需要的文獻資料； 2、培養(yǎng)學生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力；3、培養(yǎng)學生運用知識的能力和工程設計的能力；4、提高學生的電力電子裝置分析和設計能力；5、提高學生課程設計報告撰寫水平。 要 求：1、確定直流電動機型號；2、主電路、保護電路、控制電路設計；3、主電路的參數(shù)計算與選擇；4、平波電抗器的參數(shù)計算與選擇；5、主電路中過電壓過電流保護電路的選擇及相應電路元件的計算與選擇；6、繪制主電路、保護電路、控制電路設計電氣系統(tǒng)原理圖；7、寫出課程設計實驗報告。其中設計報告包括有設計的目的，設計原理，設計參數(shù)的計算，元器件選型，器件表，電路圖的設計說明以及設計的心得等；設計報告2000字以上?？傮w方案實現(xiàn)：根據(jù)課程設計課題的需要：1.做出合理的主電路設計；2.控制電路模塊，這里我們的斬波電路由SG3525芯片控制；3驅(qū)動電路模塊，驅(qū)動芯片選用EXB841。指導教師評語：評分等級：（ ）指導教師簽名： 目錄目的和要求04方案的論證04主電路模塊設計04控制電路模塊06驅(qū)動電路模塊08元件參數(shù)計算09元器件清單10心得體會10參考文獻101.目的和要求目 的：1、培養(yǎng)學生文獻檢索的能力，特別是如何利用Inter網(wǎng)檢索需要的文獻資料； 2、培養(yǎng)學生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力；3、培養(yǎng)學生運用知識的能力和工程設計的能力；4、提高學生的電力電子裝置分析和設計能力；5、提高學生課程設計報告撰寫水平。要求：1.確定直流電動機型號；2.主電路、保護電路、控制電路設計；3.主電路的參數(shù)計算與選擇；4.平波電抗器的參數(shù)計算與選擇；5.計算整流變壓器參數(shù)、選擇其容量和規(guī)格；6.主電路中過電壓過電流保護電路的選擇及相應電路元件的計算與選擇；7.繪制主電路、保護電路、控制電路設計電氣系統(tǒng)原理圖；8.寫出課程設計實驗報告。其中設計報告包括有設計的目的，設計原理，設計參數(shù)的計算，元器件選型，器件表，電路圖的設計說明以及設計的心得等；設計報告2000字以上；9.每位同學獨立完成1個題的設計；2.方案的論證：【1】主電路的模塊設計直流電壓送入降壓斬波電路，通過脈寬調(diào)制控制調(diào)節(jié)輸出電壓平均值，在經(jīng)過LC濾波電路是電壓穩(wěn)定。降壓斬波電路設計如右圖：脈寬調(diào)制控制信號由IGBT驅(qū)動電路發(fā)出；RCD保護電路用以緩沖IGBT在高頻工作環(huán)境下關斷時因為正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。工作時的波形圖如右：此電路使用一個全控型器件V，圖中為IGBT，若采用晶閘管，需設置使晶閘管關斷的輔助電路。并設置了續(xù)流二極管VD，在V關斷時給負載中電感電流提供續(xù)流。工作原理：當t=0時刻驅(qū)動V導通，電源E向負載供電，負載電壓uo=E，負載電流io按指數(shù)曲線上升。當 t=t1時控制V關斷，二極管VD續(xù)流，負載電壓uo近似為零，負載電流呈指數(shù)曲線下降，通常串接較大電感L使負載電流連續(xù)且脈動小。 此電路的基本數(shù)量關系為：（1）電流連續(xù)時 負載電壓的平均值為 式中，ton為V處于通態(tài)的時間，toff為V處于斷態(tài)的時間，T為開關周期，a為導通占空比，簡稱占空比或?qū)ū取Ｘ撦d電流平均值為 （2）電流斷續(xù)時，負載電壓uo平均值會被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。 斬波電路有三種控制方式： 脈沖寬度調(diào)制（PWM）：保持開關周期T不變，調(diào)節(jié)開關導通時間ton； 頻率調(diào)制：保持開關導通時間ton不變，改變開關周期T； 混合型：ton和T都可調(diào)，使占空比改變?！?】控制電路模塊斬波電路由SG3525芯片控制.芯片SG3525功能介紹SG3525是電流控制型PWM控制器，是按照接反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。SG3525引腳功能及特點簡介 引腳功能引腳1：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補償信號輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。引腳2：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號。根據(jù)需要，在該端與補償信號輸入端（引腳9）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。引腳3：振蕩器外接同步信號輸入端。該端接外部同步脈沖信號可實現(xiàn)與外電路同步。引腳4：振蕩器輸出端。引腳5：振蕩器定時電容接入端。引腳6：振蕩器定時電阻接入端。引腳7：振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。引腳8：軟啟動電容接入端。該端通常接一只5 的軟啟動電容。引腳9：PWM比較器補償信號輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。引腳10：外部關斷信號輸入端。該端接高電平時控制器輸出被禁止。該端可與保護電路相連，以實現(xiàn)故障保護。引腳11：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補輸出端。引腳12：信號地線。引腳13：輸出級偏置電壓接入端。引腳14：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補輸出端。引腳15：偏置電源接入端。引腳16：基準電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準電壓。SG3525特點如下：（1）工作電壓范圍寬：835V。（2）5.1（11.0%）V微調(diào)基準電源。（3）振蕩器工作頻率范圍寬：100Hz400KHz。（4）具有振蕩器外部同步功能。（5）死區(qū)時間可調(diào)。（6）內(nèi)置軟啟動電路。（7）具有輸入欠電壓鎖定功能。（8）具有PWM瑣存功能，禁止多脈沖。（9）逐個脈沖關斷。（10）雙路輸出（灌電流/拉電流）：mA(峰值)。SG3525的工作原理。SG3525內(nèi)置了5.1V精密基準電源，微調(diào)至 1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無須外接分壓電組。SG3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時鐘信號同步，為設計提供了極大的靈活性。在CT引腳5和Discharge引腳7之間加入一個電阻就可以實現(xiàn)對死區(qū)時間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動電路，因此只需要一個外接定時電容。SG3525的軟啟動接入端（引腳8）上通常接一個5uF的軟啟動電容。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動電容接入端相連的PWM比較器反向輸入端處于低電平，PWM比較器輸出高電平。此時，PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個或非門加到輸出晶體管上，使之無法導通。只有軟啟動電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時，SG3525才開始工作。由于實際中，基準電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當輸出電壓因輸入電壓的升高或負載的變化而升高時，誤差放大器的輸出將減小，這將導致PWM比較器輸出為正的時間變長，PWM瑣存器輸出高電平的時間也變長，因此輸出晶體管的導通時間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。 外接關斷信號對輸出級和軟啟動電路都起作用。當Shutdown（引腳10）上的信號為高電平時，PWM瑣存器將立即動作，禁止SG3525的輸出，同時，軟啟動電容將開始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動電容將充分放電，直到關斷信號結(jié)束，才重新進入軟啟動過程。注意，Shutdown引腳10不能懸空，應通過接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號耦合而影響SG3525的正常工作。 欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級和軟啟動電路。如果輸入電壓過低，在SG3525的輸出被關斷同時，軟啟動電容將開始放電。 此外，SG3525還具有以下功能，即無論因為什么原因造成PWM脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個時鐘信號到來，PWM瑣存器才被復位。 控制電路圖【3】驅(qū)動電路模塊驅(qū)動芯片 EXB841功能介紹引腳功能驅(qū)動電路圖檢測及保護電路圖3.元件參數(shù)計算：Tm=1fm=150=0.02s設計輸入電流為頻率50Hz的三相380V交流電，其脈沖周期為：T=Tm2=0.02s2=0.01s經(jīng)過整流后得到的是只有正半部分的正弦波幅值與輸入電壓一樣，但周期為輸入電壓一一半，即：設計輸出電壓為直流Ud=50V穩(wěn)壓，電流為Id=500A直流。輸入電壓為240V穩(wěn)壓，占空比=50/240=0.21。因為Ud=50V，取3倍裕量，選耐壓為150V以上的IGBT；由于IGBT是以最大標注且穩(wěn)定電流與峰值電流間大致為4倍關系，所以應選用4倍額定負載電流的IGBT為宜；因此選用額定電流2000A,額定電壓150V左右的IGBT。4.元件清單：名稱數(shù)量名稱數(shù)量晶閘管4電容若干變壓器1電感若干電阻若干EXB841芯片1SG3525芯片1續(xù)流二極管15.心得體會：通過這一次的課程設計，我對電力電子的相關知識有了深刻的認識，加深了對電鍍裝置斬波器等知識的了解和掌握，從得到課題時的一臉茫然到通過查資料、與同學探討、經(jīng)老師指導后，自己設計并寫出這份報告，心中充滿了成就感。通過課程設計還拓寬了知識面，學到了很多課本上沒有的知識，報告只有自己去做