電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì).doc

*大學(xué) *學(xué)院*系電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目： 電鍍裝置 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： * 姓 名： * 學(xué) 號(hào)： * 指導(dǎo)教師：_ *_任務(wù)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(shè)計(jì)一斬波器（包括主電路、保護(hù)電路、換相電路及平波電抗）。 時(shí) 間安排第16周 目 的：1、培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Inter網(wǎng)檢索需要的文獻(xiàn)資料； 2、培養(yǎng)學(xué)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(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)的能力；4、提高學(xué)生的電力電子裝置分析和設(shè)計(jì)能力；5、提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫水平。 要 求：1、確定直流電動(dòng)機(jī)型號(hào)；2、主電路、保護(hù)電路、控制電路設(shè)計(jì)；3、主電路的參數(shù)計(jì)算與選擇；4、平波電抗器的參數(shù)計(jì)算與選擇；5、主電路中過電壓過電流保護(hù)電路的選擇及相應(yīng)電路元件的計(jì)算與選擇；6、繪制主電路、保護(hù)電路、控制電路設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)原理圖；7、寫出課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。其中設(shè)計(jì)報(bào)告包括有設(shè)計(jì)的目的，設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算，元器件選型，器件表，電路圖的設(shè)計(jì)說明以及設(shè)計(jì)的心得等；設(shè)計(jì)報(bào)告2000字以上?？傮w方案實(shí)現(xiàn)：根據(jù)課程設(shè)計(jì)課題的需要：1.做出合理的主電路設(shè)計(jì)；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(dòng)電路模塊，驅(qū)動(dòng)芯片選用EXB841。指導(dǎo)教師評(píng)語：評(píng)分等級(jí)：（ ）指導(dǎo)教師簽名： 目錄目的和要求04方案的論證04主電路模塊設(shè)計(jì)04控制電路模塊06驅(qū)動(dòng)電路模塊08元件參數(shù)計(jì)算09元器件清單10心得體會(huì)10參考文獻(xiàn)101.目的和要求目 的：1、培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Inter網(wǎng)檢索需要的文獻(xiàn)資料； 2、培養(yǎng)學(xué)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(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)的能力；4、提高學(xué)生的電力電子裝置分析和設(shè)計(jì)能力；5、提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫水平。要求：1.確定直流電動(dòng)機(jī)型號(hào)；2.主電路、保護(hù)電路、控制電路設(shè)計(jì)；3.主電路的參數(shù)計(jì)算與選擇；4.平波電抗器的參數(shù)計(jì)算與選擇；5.計(jì)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(hù)電路的選擇及相應(yīng)電路元件的計(jì)算與選擇；7.繪制主電路、保護(hù)電路、控制電路設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)原理圖；8.寫出課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。其中設(shè)計(jì)報(bào)告包括有設(shè)計(jì)的目的，設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算，元器件選型，器件表，電路圖的設(shè)計(jì)說明以及設(shè)計(jì)的心得等；設(shè)計(jì)報(bào)告2000字以上；9.每位同學(xué)獨(dú)立完成1個(gè)題的設(shè)計(jì)；2.方案的論證：【1】主電路的模塊設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)如右圖：脈寬調(diào)制控制信號(hào)由IGBT驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出；RCD保護(hù)電路用以緩沖IGBT在高頻工作環(huán)境下關(guān)斷時(shí)因?yàn)檎螂娏餮杆俳档投删€路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。工作時(shí)的波形圖如右：此電路使用一個(gè)全控型器件V，圖中為IGBT，若采用晶閘管，需設(shè)置使晶閘管關(guān)斷的輔助電路。并設(shè)置了續(xù)流二極管VD，在V關(guān)斷時(shí)給負(fù)載中電感電流提供續(xù)流。工作原理：當(dāng)t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。當(dāng) t=t1時(shí)控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降，通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。 此電路的基本數(shù)量關(guān)系為：（1）電流連續(xù)時(shí) 負(fù)載電壓的平均值為 式中，ton為V處于通態(tài)的時(shí)間，toff為V處于斷態(tài)的時(shí)間，T為開關(guān)周期，a為導(dǎo)通占空比，簡稱占空比或?qū)ū?。?fù)載電流平均值為 （2）電流斷續(xù)時(shí)，負(fù)載電壓uo平均值會(huì)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(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton； 頻率調(diào)制：保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton不變，改變開關(guān)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(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)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(diǎn)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(hào)。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)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(hào)。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，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(hào)輸入端。該端接外部同步脈沖信號(hào)可實(shí)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(shí)電容接入端。引腳6：振蕩器定時(shí)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(dòng)電容接入端。該端通常接一只5 的軟啟動(dòng)電容。引腳9：PWM比較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，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(guān)斷信號(hào)輸入端。該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。引腳11：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。引腳12：信號(hào)地線。引腳13：輸出級(jí)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(bǔ)輸出端。引腳15：偏置電源接入端。引腳16：基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)電壓。SG3525特點(diǎn)如下：（1）工作電壓范圍寬：835V。（2）5.1（11.0%）V微調(diào)基準(zhǔn)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(shí)間可調(diào)。（6）內(nèi)置軟啟動(dòng)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(gè)脈沖關(guān)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(zhǔn)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(shí)鐘信號(hào)同步，為設(shè)計(jì)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(gè)電阻就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。SG3525的軟啟動(dòng)接入端（引腳8）上通常接一個(gè)5uF的軟啟動(dòng)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(dòng)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(shí)，PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個(gè)或非門加到輸出晶體管上，使之無法導(dǎo)通。只有軟啟動(dòng)電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時(shí)，SG3525才開始工作。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)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(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致PWM比較器輸出為正的時(shí)間變長，PWM瑣存器輸出高電平的時(shí)間也變長，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。 外接關(guān)斷信號(hào)對(duì)輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路都起作用。當(dāng)Shutdown（引腳10）上的信號(hào)為高電平時(shí)，PWM瑣存器將立即動(dòng)作，禁止SG3525的輸出，同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷信號(hào)結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過程。注意，Shutdown引腳10不能懸空，應(yīng)通過接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號(hào)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(jí)和軟啟動(dòng)電路。如果輸入電壓過低，在SG3525的輸出被關(guān)斷同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。 此外，SG3525還具有以下功能，即無論因?yàn)槭裁丛蛟斐蒔WM脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來，PWM瑣存器才被復(fù)位。 控制電路圖【3】驅(qū)動(dòng)電路模塊驅(qū)動(dòng)芯片 EXB841功能介紹引腳功能驅(qū)動(dòng)電路圖檢測(cè)及保護(hù)電路圖3.元件參數(shù)計(jì)算：Tm=1fm=150=0.02s設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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?yàn)閁d=50V，取3倍裕量，選耐壓為150V以上的IGBT；由于IGBT是以最大標(biāo)注且穩(wěn)定電流與峰值電流間大致為4倍關(guān)系，所以應(yīng)選用4倍額定負(fù)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(huì)：通過這一次的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)電力電子的相關(guān)知識(shí)有了深刻的認(rèn)識(shí)，加深了對(duì)電鍍裝置斬波器等知識(shí)的了解和掌握，從得到課題時(shí)的一臉茫然到通過查資料、與同學(xué)探討、經(jīng)老師指導(dǎo)后，自己設(shè)計(jì)并寫出這份報(bào)告，心中充滿了成就感。通過課程設(shè)計(jì)還拓寬了知識(shí)面，學(xué)到了很多課本上沒有的知識(shí)，報(bào)告只有自己去做