电力电子课程设计-参考

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1、课课程程设设计计说说明明书书题目名称：1040V 降压直流斩波电路实验装置系 部： 电力工程系 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 张海丽 完成日期： 新新疆疆工工程程学学院院 课课程程设设计计评评定定意意见见设计题目 1040V 降压直流斩波电路实验装置 系 部 电力工程系 专业班级 学生姓名 学生学号 评定意见：评定成绩： 指导教师（签名）： 年 月 日评评定定意意见见参参考考提提纲纲：1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。2、学生的勤勉态度。3、设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。新疆工程学院电力工程 系

2、(部)课程设计任务书学年 第 学期 年 月 日专业班级课程名称电力电子技术设计题目指导教师张海丽起止时间周数1 周设计地点实验楼 A305设计目的：电力电子技术是利用电力电子器件、电路理论和控制技术实现对电能的控制、 变换和传输的学科。通过电力电子技术的课程设计达到以下几个目的：1.培养学生文献检索能力，特别是如何利用网络检索需要的文献资料。2.培养学生综合运用所学电力电子技术相关知识的能力和工程设计解决问题的 能力。3.培养学生确立正确的设计和学科研究的思想，树立实事求是、严肃认真的科 学工作态度。 4.提高学生课程设计报告的撰写水平。设计任务或主要技术指标： 1.明确设计任务 :对所要设计

3、任务进行具体分析，充分了解系统性能，指标要求。 2.制定设计方案。 3.进行具体设计：单元电路的设计；器件的选择；电路原理图。 4.撰写课程设计报告：对电力电子课程设计全过程进行系统总结。设计进度与要求： 第 1 天：根据设计要求搜集资料，查阅相关设计要求； 第 2 天：确定设计电路进行相关器件的选择； 第 3-4 天：综合运用所学知识完成主电路及相关控制电路的设计； 第 5-6 天：撰写课程设计报告，进行查缺补漏。 第 7 天：修改报告，进行答辩。主要参考书及参考资料： 1 王楠，沈倪勇 .电力电子应用技术 M.4 版.北京：机械工业出版社， 2013 2 王兆安，黄俊 .电力电子技术 M.

4、5 版.北京：机械工业出版社， 2009 3 叶斌.电力电子应用技术 M.北京：清华大学出版社， 2006 4 陈伯时.电力拖动自动控制系统 M.2 版.北京：机械工业出版社， 2005 5 陈哲.电力电子技术习题解答、实验与课程设计指导 M.东北大学出版社 , 2007教研室主任（签名） 系（部）主任（签名） 摘 要直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的 DC-DC 变换器 ,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用 .随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路，直流斩波技术已被广泛

5、用于开关电源及直流电动机驱动中，使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。全控型电力电子器件IGBT 在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。 TDC-1 型学习机是为了配合高等工科院校及高等专科技术学校的“电力电子”或“半导体变流技术 ”等课程中的直流斩波电路实验并根据当今电力电子技术的发展方向及应用而设计的新型实验装置。该学习机面板上画有原理图。各测试点均装有测试探头可以钩住的端子。测试电压及波形十分方便。使学生在实验课中安全、方便、直观地观察到各种电压、电流的波形及数据。关键词：直流 电力电子 变换电路 目 录1 绪论.1 1.1 直流斩波电路的介绍 1 1.2

6、 直流斩波电路的发展前景 .1 2 降压直流斩波电路设计 .2 2.1 降压斩波电路工作原理 .2 2.2 主电路元器件参数选择 .5 3 驱动电路的设计 .7 3.1 IGBT 驱动电路选择 7 4 整流电路的设计 .9 4.1 整流电路 9 4.2 工作原理 10 4.3 参数计算 11 4.4 整流电路的选定 .12 5 控制电路的设计 .13 5.1 芯片介绍 13 5.2 IGBT 控制电路的设计 .14 6 保护电路的设计 .15 6.1 保护电路设计基本原则 15 6.2 保护电路的设计 .15 6.2.1 过电压保护电路 15 6.2.2 过电流保护电路 16 7 生成总的电路

7、图 .18 7.1 总原理图 18 7.2 此电路的主要功能 .18 总 结19 致 谢20 参考文献 211040V 降压直流斩波电路实验装置01 绪论1.1 直流斩波电路的介绍直流变换技术已被广泛的应用于开关电源及直流电动机驱动中，如不间断电源（ UPS） 、无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆的无级变速及 20 世纪 80 年代兴起的电动汽车的控制。从而使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。直流变换系统的结构如下图1.1 所示。由于变速器的输入是电网电压经不可控整流而来的直流电压，所以直流斩波不仅能起到调压的作用，同时还能起到有效地抑制网侧谐波电流的作用。

8、图 1.1 直流变换系统结构1.2 直流斩波电路的发展前景 直流传动是斩波电路应用的传统领域，而开关电源则是斩波电路应用的新领域，前者的应用是逐渐萎缩，而后者的应用方兴未艾、欣欣向荣，是电力电子领域的一大热点。DC/DC 变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。直流变换电路的用途非常广泛，包括直流电动机传动、开关电源、单相功率因数校正，以及用于其他领域的交直流电源。斩波器的工作方式有：脉宽调制方式（不变，改变）和频率调制方式（不变，改变）两种。TontontT前者较为通用，后者容易产生干扰。当今世界软开关技术使得DC/DC 变换器发生了质得变化和飞跃。美国VICOR 公司设

9、计制造得多种 ECI 软开关DC/DC 变换器，最大输出功率有 300W、600W、800W 等，相应得功率密度为（6.2、10、17），效率为（ 8090）%。日本 NemicLambda 公司最3/cmW新推出得一种采用软开关技术得高频开关电源模块RM 系列，其开关频率为200300KHz,功率密度已达 27，采用同步整流器（ MOS-FET 代替肖3/cmW特基二极管） ，使整个电路效率提高到 90%。1040V 降压直流斩波电路实验装置12 降压直流斩波电路设计 2.1 降压斩波电路工作原理完整的降压斩波电路除起降压器作用的主电路之外还要有驱动电路，控制电路和保护电路。其结构框图如图2

10、.1 所示。图 2.1 电路结构框图在图 2.1 结构框图中，控制电路是用来产生IGBT 的控制信号的，控制电路产生的信号传到驱动电路，驱动电路把控制信号转换成电压信号加在IGBT 的控制端跟公共端之间，使其开通或关断，达到控制主电路的目的。电路的原理图及工作波形如图 2.2 所示。 1040V 降压直流斩波电路实验装置2图 2.2 降压斩波电路主电路及工作波形此电路使用一个全控型器件 IGBT，图中为 V，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。并设置了续流二极管VD，在 IGBT 关断时给负1040V 降压直流斩波电路实验装置3载中电感电流提供通道。主要用于电子电路的供电电源，也可拖动

11、直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图2.2中 Em 所示。 工作原理：当时刻驱动 IGBT 导通，电源 E 向负载供电，负载电压0t，负载电流按指数曲线上升。Euooi当 时控制 IGBT 关断，二极管 VD 续流，负载电压近似为零，1tt ou负载电流呈指数曲线下降，通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。基于分时段线性电路这一思想，按IGBT 处于通态和处于断态两个过程来分析，初始条件分电流连续和断续。 电流连续时得出：负载电压的平均值为： 式中为 IGBT 处于通态的时间，为 IGBT 处于EETtEtttUonoffonon Oontofft断态的时

12、间，为开关周期，为导通占空比，简称占空比或导通比。负T载电流平均值为。 REUImo o；。式中，REmeeII 11 10minREmeeII 1120maxTton，,。把上式用泰勒级数近似，可得TRLEEmm。平波电抗器 L 为无穷大，此时负载电流最大值、最oIREmII2010小值均等于平均值。从能量传递关系简单地推得，一个周期中，忽略电路中的损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等，即。则。假设电源电流平均值为，则有TIETRItEIomoono2 REEIm o1I其值小于等于负载电流ooonIITtI10I电流断续的条件：。输出电压平均值为：11 eem TEttTEtUMxo

13、nono负载电流平均值为：。电流断续时，负载电压平均值会被REUImo o抬高，一般不希望出现电流断续的情况。 斩波电路有三种控制方式： 1040V 降压直流斩波电路实验装置4（1）脉冲宽度调制：保持开关周期不变，调节开关导通时间Tont（2）频率调制：保持开关导通时间不变，改变开关周期。 ontT（3）混合型：和都可调，使占空比改变。 ontT2.2 主电路元器件参数选择 主电路中需要确定参数的元器件有直流电源、 IGBT、二极管、电感、电容、电阻，其参数选择如下说明： 1、直流电源。由直流电源提供。 VUd1002、电阻 R。取导通占空比，则，已知输出功率%90 VUo90300W， 则

14、。 AUPIoo310 9030027oo IUR3、IGBT。当时，取 2 倍裕%90 VUo90 ARUIo33. 32790max量，。IGBT 承受的最大截止电压为输入电压 AIN66. 6233. 3，取 2 倍裕量则。由此两数据选择 IGBT 型 VUd100 VUN2002100号为 GT8Q101。 4、二极管 VD。VD 承受最大反相电压为 100V，即为其最大工作电压。最大工作电流为由于需要瞬间导通，二极 VUN100 ARUIN N70. 327100管的开关速度大，则选择续 8A/200V 型号 SF84 的快速恢复二极管。其开关频率为 5KHZ。 5、电感 L。选择大电感，使得电路能够续流。此时的临界电感为（设输出电压为 60V）：，考虑裕量后取mHmHIfUUUULododo36. 0106 . 366. 6100500026010060 24.mHL16、电容 C。由输出电压脉率要求小于 10%，选择电容（输出电压为60V），所以选择常用FFUULfUUUCdCodo2 . 1102 . 11001 . 05000186010060 86 22电容。FC2