電力電子課程設(shè)計(jì)-15秋-電氣1312-2

1、電力電子課程設(shè)計(jì)2015年12月 1、把從電力電子技術(shù)及其它先修課程（電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)等）中所學(xué)到的理論和實(shí)踐知識(shí)，在課程設(shè)計(jì)實(shí)踐中全面綜合的加以運(yùn)用，使這些知識(shí)得到鞏固、提高，并使理論知識(shí)與實(shí)踐技能密切結(jié)合起來。 2、初步樹立起正確的設(shè)計(jì)思想，掌握一般電力電子電路設(shè)計(jì)的基本方法和技能，培養(yǎng)觀察、分析和解決問題及獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力，訓(xùn)練設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新能力。 3、培養(yǎng)具有查閱參考文獻(xiàn)和技術(shù)資料的能力，能熟悉或較熟悉地應(yīng)用相關(guān)手冊(cè)、圖表、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為今后成為一名合格的電氣工程技術(shù)人員進(jìn)行必須的基本技能和基本素質(zhì)訓(xùn)練。課程設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)目的1、根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求正確選擇控制方案，查閱參考資料（

2、注：具體的題目設(shè)計(jì)要求見各設(shè)計(jì)題）；2、繪制電氣控制原理圖，包括主電路圖及觸發(fā)電路圖(或驅(qū)動(dòng)電路圖)，正確選擇或設(shè)計(jì)元器件，訂列元器件目錄清單；3、設(shè)計(jì)部分工藝圖紙（電氣控制圖，電器元件布置圖，安裝接線圖）；4、編制完整的設(shè)計(jì)說明書。課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求封面目錄1、設(shè)計(jì)目的2、設(shè)計(jì)任務(wù)3、主要技術(shù)參數(shù)；4、設(shè)計(jì)內(nèi)容（包括電路的框圖、工作原理、 元器件選擇和設(shè)計(jì)，繪制相關(guān)圖紙）5、設(shè)計(jì)小結(jié)6、參考文獻(xiàn)附錄（電路圖、波形圖、元器件清單）設(shè)計(jì)說明書要求設(shè)計(jì)說明書要求u系統(tǒng)說明設(shè)計(jì)過程中所考慮的問題及一切計(jì)算，包括與計(jì)算有關(guān)的必要簡(jiǎn)圖。u計(jì)算正確完整，文字簡(jiǎn)潔流暢，書寫整齊清晰。u設(shè)計(jì)

3、說明書用16開報(bào)告紙，按規(guī)范的順序與格式書寫，注明頁次并編寫目錄，最后加封面裝訂成冊(cè)。u設(shè)計(jì)說明書中的圖用鉛筆繪制，電氣符號(hào)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，波形圖注意對(duì)應(yīng)關(guān)系。u元器件清單包括名稱、型號(hào)。u設(shè)計(jì)說明書不少于35頁，總字?jǐn)?shù)為60008000字。u設(shè)計(jì)說明書裝訂，材料袋裝。一、直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)一、直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 1. 技術(shù)參數(shù)：裝置輸入電源為三相UL=380V工頻交流電源，輸出直流電壓0200V，輸出電流100A，當(dāng)電流降為5A時(shí)電流開始斷續(xù)，LB=1mH。2. 設(shè)計(jì)要求：u設(shè)計(jì)主電路及電氣控制電路，建議主電路為三相橋式全控整流電路；u選擇主電路所有圖列元件，并給出清單；u選擇觸發(fā)電路及其同步

4、信號(hào)；u繪制裝置總體電路原理圖，繪制電路所有點(diǎn)電壓、電流及元器件(晶閘管等)兩端電壓波形（匯總繪制，注意對(duì)應(yīng)關(guān)系）；u編制設(shè)計(jì)說明書。已知條件：輸入電源：三相UL=380V工頻交流電源，主電路結(jié)構(gòu)：三相橋式全控整流電路負(fù)載性質(zhì)：電動(dòng)機(jī)負(fù)載輸出：直流電壓0200V，電流100A當(dāng)電流降為5A時(shí)電流開始斷續(xù)，LB=1mH。bacTn負(fù)載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1電路結(jié)構(gòu)、工作原理和波形主電路的設(shè)計(jì)整流變壓器額定參數(shù)計(jì)算整流元件的計(jì)算和選擇晶閘管保護(hù)電路的計(jì)算電抗器的參數(shù)計(jì)算主電路計(jì)算主電路計(jì)算u計(jì)算變壓器二次側(cè)電壓和電流U2和I2 計(jì)算變壓器變比 u晶閘管的選擇（額定

5、電壓、額定電流）考慮裕量u晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)，包括交流側(cè)過電壓保護(hù)和晶閘管兩端的過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)等。 過電壓保護(hù)：阻容保護(hù)； 過電流保護(hù)：熔斷器保護(hù)u電抗器的參數(shù)計(jì)算觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)對(duì)觸發(fā)電路的要求對(duì)觸發(fā)電路的要求KC04集成移相觸發(fā)器集成移相觸發(fā)器可分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖可分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成，脈沖輸出等幾部分電路形成，脈沖輸出等幾部分電路 KC04組成的移相式觸發(fā)電路組成的移相式觸發(fā)電路KC41C原理圖及其外部接線圖原理圖及其外部接線圖 六路雙脈沖發(fā)生器六路雙脈沖發(fā)生器KC41C 腳是六路脈沖輸入腳是六路脈沖輸入端端(如三片如三片KC04的六個(gè)輸出脈

6、的六個(gè)輸出脈沖沖)，每路脈沖由輸入二極管，每路脈沖由輸入二極管送給本相和前相，再由送給本相和前相，再由T1T6組成的六路電流放大器，分六組成的六路電流放大器，分六路輸出。路輸出。T7組成電子開關(guān)，當(dāng)組成電子開關(guān)，當(dāng)控制端腳接低電平時(shí)，控制端腳接低電平時(shí)，T7截截止，腳有脈沖輸出。當(dāng)止，腳有脈沖輸出。當(dāng)腳接高電平時(shí)，腳接高電平時(shí)，T7導(dǎo)通，各導(dǎo)通，各路輸出脈沖被封鎖。路輸出脈沖被封鎖。 三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路三相同步變壓器的接法與鐘點(diǎn)數(shù)三相同步變壓器的接法與鐘點(diǎn)數(shù) （12種）種）同步變壓器選擇輔助電源設(shè)計(jì)（輔助電源設(shè)計(jì)（+15V，-15V）反饋控制電路反

7、饋控制電路電壓負(fù)反饋U*(-)Uf(+)-+R0R0R0R1C1控制電壓,接KC04的UCO端技術(shù)參數(shù)：裝置輸入電源為單相工頻交流電源（220V+20），輸出電壓Vo=24V，輸出電流Io=5A，最大輸出紋波電壓100mV，工作頻率f=100kHz。二、直流開關(guān)電源的設(shè)計(jì)二、直流開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 2、設(shè)計(jì)要求：u設(shè)計(jì)主電路，建議主電路為：整流部分是橋式二極管整流，大電容濾波，DC/DC部分采用半橋變換器，主功率管用MOSFET；u選擇主電路所有圖列元件，并給出清單；u設(shè)計(jì)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路及控制電路；u繪制裝置總體電路原理圖，繪制：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐犯鼽c(diǎn)電壓波形；MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓、全橋電路中

8、各元件的電壓、電流以及輸出電壓波形（將波形分別匯總繪制，注意對(duì)應(yīng)關(guān)系）；u編制設(shè)計(jì)說明書、設(shè)計(jì)小結(jié)。+S1S2VD1VD2LUiN1N2N3+udUo+C1C2W1W3W20.85D 1、確定變比K/2ioLfDVDKVVVVo是輸出電壓，VD是輸出整流二極管的通態(tài)壓降，VLf是輸出濾波電感上的直流壓降 。VLf=0.5V2、濾波電感的計(jì)算、濾波電感的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)算法一般選擇輸出濾波電感電流的脈動(dòng)為最大輸出電流的20%，這樣本模塊電源的輸出濾波電感電流的脈動(dòng)可選為Io *20%= A，也就是當(dāng)輸出電流在IOmin= Io *10%= A時(shí)應(yīng)保證輸出濾波電感電流連續(xù)，輸出濾波電感可按下式計(jì)算： mi

9、n1222oofisoLfDVVLVfIVVK規(guī)定輸出電壓的最大紋波值為V= mV，則可由下式確定輸出濾波電容的大?。?3、濾波電容的計(jì)算、濾波電容的計(jì)算2(1)822oofifsLfDVVCVLfVVVK三、直流變換器的設(shè)計(jì)三、直流變換器的設(shè)計(jì)(1)：技術(shù)參數(shù)：輸入直流電壓Vin=42V，輸出電壓Vo=12V，輸出電流Io=3A，最大輸出紋波電壓50mV，工作頻率f=100kHz。2、設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)主電路，建議主電路為：采用BUCK變換器，主功率管用MOSFET；選擇主電路所有圖列元件，并給出清單；設(shè)計(jì)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路及控制電路；繪制裝置總體電路原理圖，繪制： MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓、BU

10、CK電路中各元件的電壓、電流以及輸出電壓波形（波形匯總繪制，注意對(duì)應(yīng)關(guān)系）；編制設(shè)計(jì)說明書、設(shè)計(jì)小結(jié)。濾波電容的計(jì)算濾波電容的計(jì)算inoLfsfVViD TL濾波電感的計(jì)算濾波電感的計(jì)算0.2LfoiI2(1)8ooffsD VVL C f四、直流變換器的設(shè)計(jì)四、直流變換器的設(shè)計(jì)(2) 技術(shù)參數(shù)：輸入直流電壓24V，輸出電壓Vo=54V，輸出電流Io=10A，最大輸出紋波電壓200mV，工作頻率f=100kHz。 2、設(shè)計(jì)要求：u設(shè)計(jì)主電路，建議主電路為：采用BOOST變換器，主功率管用MOSFET；u選擇主電路所有圖列元件，并給出清單；u設(shè)計(jì)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路及控制電路；u繪制裝置總體電路

11、原理圖，繪制：MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓、BOOST電路中各元件的電壓、電流以及輸出電壓波形（波形匯總繪制，注意對(duì)應(yīng)關(guān)系）；u編制設(shè)計(jì)說明書、設(shè)計(jì)小結(jié)。五、直流變換器的設(shè)計(jì)五、直流變換器的設(shè)計(jì)(3)：技術(shù)參數(shù)： 脈寬調(diào)制型橋式直流變換器中，輸入直流電壓Vin=300V，副邊電路為全波整流方式，輸出電壓Vo=54V，額定輸出電流Io=5A，主功率管為MOSFET，工作頻率f=50kHz。設(shè)計(jì)要求：u設(shè)計(jì)主電路，主功率管用MOSFET，選擇主電路所有圖列元件，并給出清單；u設(shè)計(jì)輸出濾波電感（或設(shè)計(jì)高頻變壓器）u采用鐵氧體材料的EE型磁芯；確定磁芯型號(hào)、尺寸；計(jì)算繞組匝數(shù)，選定導(dǎo)線線徑，校核窗口系數(shù)；u繪

12、制主電路圖、磁芯結(jié)構(gòu)圖，繪制橋式直流變換器所有點(diǎn)電壓、電流波形及元件的電壓、電流波形；u編制設(shè)計(jì)說明書、設(shè)計(jì)小結(jié)。濾波電感的計(jì)算濾波電感的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)算法一般選擇輸出濾波電感電流的脈動(dòng)為最大輸出電流的20%，這樣本模塊電源的輸出濾波電感電流的脈動(dòng)可選為Io *20%= 2 A，也就是當(dāng)輸出電流在IOmin= Io *10%= 1 A時(shí)應(yīng)保證輸出濾波電感電流連續(xù)，輸出濾波電感可按下式計(jì)算： DLfinoosofVVKVVIfVL122min規(guī)定輸出電壓的最大紋波值為V= 100 mV，則可由下式確定輸出濾波電容的大?。?2、濾波電容的計(jì)算、濾波電容的計(jì)算2(1)82oofinfsLfDVVCVLfV

13、VVK磁芯型號(hào)和尺寸選擇繞組計(jì)算校驗(yàn)窗口4oLfDssemVVVNfAB0.15mBT0.85D 注意：原副邊的匝數(shù)應(yīng)取整。變壓器設(shè)計(jì)1、確定變比KinoLfDVDKVVV2、初選磁芯尺寸鐵氧體材料Ae為磁芯的有效導(dǎo)磁面積（m2） psNK NVo是輸出電壓，VD是輸出整流二極管的通態(tài)壓降，VLf是輸出濾波電感上的直流壓降 。VLf=0.5V電感的設(shè)計(jì)3、確定繞組線徑確定繞組線徑 考慮高頻時(shí)導(dǎo)線的集膚效應(yīng)，導(dǎo)線的穿透深度 sf222將銅導(dǎo)線的電導(dǎo)率=58106/m，磁導(dǎo)率=0=410-7H/m，工作頻率fs=50kHz代入上式，得： 0.2955mm 繞組線徑線徑應(yīng)小于2=0.591mm。2o

14、sII ssIsJ24dpsdmaxooopininPVIIVVppIsJ原副邊電流的有效值原副邊導(dǎo)線的截面積導(dǎo)線電流密度J=(3-5)A/mm2 計(jì)算導(dǎo)線直徑dppdpsns4、窗口校核、窗口校核 2dpppd sssuWsnNsn NKA0.4uK 電感設(shè)計(jì)電感設(shè)計(jì)1、初選磁芯尺寸 2. 初選氣隙初選氣隙 初選氣隙=1mm，計(jì)算繞組匝數(shù)。根據(jù)下列公式計(jì)算電感量： 20LfefNAL0fLfeLNA匝數(shù)應(yīng)取整20LfefNAL實(shí)際氣隙 3、核算磁芯最高工作磁通密度、核算磁芯最高工作磁通密度Bm 0omNLf IB0.5mBT4、計(jì)算繞組的線徑和股數(shù)、計(jì)算繞組的線徑和股數(shù) 5、窗口校核、窗口校

15、核 同變壓器設(shè)計(jì)（六）、損耗分析（六）、損耗分析1、技術(shù)參數(shù)：脈寬調(diào)制型橋式直流變換器，輸入直流電壓Vin=310，副邊電路為全波整流方式，輸出電壓Vo=54V，額定輸出電流Io=10A，主功率管為MOSFET，工作頻率f=50kHz。2、設(shè)計(jì)要求：u分析變換器的工作原理u計(jì)算各元器件承受的電壓、電流，選擇合適的元器件，列出清單；u給出主功率管、整流二極管的損耗計(jì)算公式；u計(jì)算各元器件的損耗及變換器的效率；u繪制橋式直流變換器所有點(diǎn)電壓、電流波形及元件的電壓、電流波形；u編制設(shè)計(jì)說明書、設(shè)計(jì)小結(jié)。 2()onrmsds onPIRMOSFET的損耗計(jì)算00(1)(1)1()6frtoffsws

16、fftonsrrswrfsUtPft IdttttIPswfUtdtttPU Ittf Rds(ON)：場(chǎng)效應(yīng)管FET漏極D與源極S之間導(dǎo)通時(shí)D、S之間的電阻 2oon DDFFIPIVV0(1)16rrtsw DsrrrrrrrrrrsttPfK IUdtttKU I tf Krr二極管電流反向恢復(fù)系數(shù)，Krr=0.4trr二極管電流反向恢復(fù)時(shí)間。二極管損耗計(jì)算交流輸入電壓一次整流濾波電路直流輸入電壓逆變器二次整流濾波占空比控制電路誤差放大電路比較器基準(zhǔn)電壓輸入濾波器直流輸出電壓DC/DC變換器開關(guān)電源組成框圖控制芯片SG3525 TL494 TL1451 MC34060 UCC3842 UCC3895等 SG3525內(nèi)部框圖內(nèi)部框圖 SG3525工作波形圖工作波形圖 SG3525及外圍電路及外圍電路 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路推薦參考書及相關(guān)網(wǎng)站推薦參考書及相關(guān)網(wǎng)站 1直流開關(guān)電源的軟開關(guān)技術(shù) 阮新波 嚴(yán)仰光編著，科學(xué)出版社； 2電力電子技術(shù) 丁道宏主編，航空工業(yè)出版社；3電力電子技術(shù) 任國(guó)光主編，上?？萍嘉墨I(xiàn)出版社；4現(xiàn)代電力電子技術(shù) 何希才主編，國(guó)防工業(yè)出版社；5晶閘管變流技術(shù) 莫正康主編，機(jī)械工業(yè)出版社；6電力電子技術(shù) 王兆安、黃俊主編, 機(jī)械工業(yè)出版社；7電氣制圖用新舊圖形符號(hào)對(duì)照 科學(xué)出版社；8.電氣制圖