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1、 电力电子技术课程设计报告MOSFET 组成的直流斩波调压调速系统的设计重庆大学自动化学院2011 年 12 月课程设计指导教师评定成绩表优秀 (100x90)良好 (90x80)中等 (80x70)及格 (70x60)不及格 (x60)项目分 值参考标准参考标准参考标准参考标准参考标准评 分学习 态度15学习态度认真， 科学作风严谨， 严格保证设计 时间并按任务 书中规定的进 度开展各项工 作学习态度比较 认真，科学作 风良好，能按 期圆满完成任 务书规定的任 务学习态度尚 好，遵守组 织纪律，基 本保证设计 时间，按期 完成各项工 作学习态度 尚可，能 遵守组织 纪律，能 按期完成 任务学
2、习马虎， 纪律涣散， 工作作风 不严谨,不 能保证设 计时间和 进度技术 水平 与实 际能 力25设计合理、理 论分析与计算 正确，实验数 据准确，有很 强的实际动手 能力、经济分 析能力和计算 机应用能力， 文献查阅能力 强、引用合理、 调查调研非常 合理、可信设计合理、理 论分析与计算 正确，实验数 据比较准确， 有较强的实际 动手能力、经 济分析能力和 计算机应用能 力，文献引用、 调查调研比较 合理、可信设计合理， 理论分析与 计算基本正 确，实验数 据比较准确， 有一定的实 际动手能力， 主要文献引 用、调查调 研比较可信设计基本 合理，理 论分析与 计算无大 错，实验 数据无大 错
3、设计不合 理，理论 分析与计 算有原则 错误，实 验数据不 可靠，实 际动手能 力差，文 献引用、 调查调研 有较大的 问题创新10有重大改进或 独特见解，有 一定实用价值有较大改进或 新颖的见解， 实用性尚可有一定改进 或新的见解有一定见 解观念陈旧论文 (计 算书、 图纸) 撰写 质量50结构严谨，逻 辑性强，层次 清晰，语言准 确，文字流畅， 完全符合规范 化要求，书写 工整或用计算 机打印成文； 图纸非常工整、 清晰结构合理，符 合逻辑，文章 层次分明，语 言准确，文字 流畅，符合规 范化要求，书 写工整或用计 算机打印成文； 图纸工整、清 晰结构合理， 层次较为分 明，文理通 顺，基
4、本达 到规范化要 求，书写比 较工整；图 纸比较工整、 清晰结构基本 合理，逻 辑基本清 楚，文字 尚通顺， 勉强达到 规范化要 求；图纸 比较工整内容空泛， 结构混乱， 文字表达 不清，错 别字较多， 达不到规 范化要求； 图纸不工 整或不清 晰指导教师评定成绩：指导教师签名： 年 月 日I自动化学院自动化学院 2009 级自动化专业级自动化专业 电力电子技术课程设计任务书电力电子技术课程设计任务书一、课程设计的教学目的和任务一、课程设计的教学目的和任务电力电子技术是研究利用电力电子器件、电路理论和控制技术，实现对电能的控制、变换和传输的科学，其在电力、工业、交通、通信、航空航天等很多领域具
5、有广泛的应用。电力电子技术不但本身是一项高新技术，而且还是其它多项高新技术发展的基础。因此，提高学生的电力电子领域综合设计和综合应用能力是教学计划中必不可少的重要一环。通过电力电子技术的课程设计达到以下几个目的：1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用 Inter 网检索需要的文献资料。2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。4、提高学生的电力电子装置分析和设计能力。5、提高学生课程设计报告撰写水平。二、课程设计的基本要求二、课程设计的基本要求1. 教师确定方向，在教师的指导下，学生自立题目教师确定方向，在教师的指导下，学生自立题目注意
6、事项： 所立题目必须是某一电力电子装置或电路的设计，题目难度和工作量要适应在一周内完成，题目要结合工程实际。学生也可以选择规定题目方向外的其他电力电子装置设计，如开关电源、镇流器、UPS 电源等，但不允许选择其他班题目方向的内容设计（复合变换除外）。 通过图书馆和 Inter 网广泛检索和阅读自己要设计的题目方向的文献资料，确定适应自己的课程设计题目。自立题目后，首先要明确自己课程设计的设计内容。要给出所要设计装置（或电路）的主要技术数据（如输入技术数据，输出技术数据，装置容量的大小以及装置要具有哪些功能）。如：直流电动机调压调速可控整流电源设计直流电动机调压调速可控整流电源设计主要技术数据主
7、要技术数据输入交流电源：三相 380V10% f=50Hz直流输出电压：0220V50220V 范围内，直流输出电流额定值 100AII直流输出电流连续的最小值为 10A设计内容：设计内容：整流电路的选择整流变压器额定参数的计算晶闸管电流、电压额定的选择平波电抗器电感值的计算保护电路的设计触发电路的设计画出完整的主电路原理图和控制电路原理图列出主电路和控制电路所用元器件的明细表2. 在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力。要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。具体电路元器件的选择应有计算和说明。课程设计从确定方案到整个系统的设计，
8、必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经过剖析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。课程设计中要不断提出问题，并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。（注意：注意：所确定的主电路方案如果没有论证说明，成绩不能得优；设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于 5 篇，且文中有引注，否则也不能得优）。3. 在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能力。要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路和控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型），严禁抄袭。4. 课程设计的主要内容是主电路的设计，主电路的分析说明，主电路元器件的计算和选型，以及控制电路设计。5. 课程设计
9、报告要求图表规范，文字通顺，逻辑性强。6. 课程设计报告字数要求为 6000 字左右。（A4 纸打印 8 页左右）三、课程设计的工作计划三、课程设计的工作计划课程设计时间 5 天。第 1 天上午，指导教师向学生讲授课程设计的目的、任务、设计方法和注意事项。第 1 天下午和第 2 天学生到图书馆和 Inter 网上按照指导教师的要求查找所需要的文献，并在阅读分析中确定自己的研究题目、技术数据和设计内容，交指导教师审阅。第 3 天学生的主要任务是确定方案。第 4 天和第 5 天，学生的任务是综合所学知识，进行主电路和控制电路的设计，撰写课程设计报告。III四、各班的题目方向四、各班的题目方向6 班
10、题目方向：相控整流技术的工程应用7 班题目方向：斩波技术的工程应用8 班题目方向：交流调压的工程应用IV目录目录1 引言12 主电路的设计32.1 斩波电路的选择32.2 直流电机额定参数的计算52.3 电力 MOSFET 电流、电压额定的选择52.4 平波电抗器电感值的计算63 保护电路的设计74 驱动电路的设计10课程设计总结12参 考 文 献13附 录14MOSFET 组成的直流斩波调压调速系统的设计 11 引言在近代工业生产中，随着电力电子器件的发展，电力电子技术被广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器领域中也有着广泛的应用。电力电子技
11、术不但本身是一项高新技术，而且还是其它多项高新技术发展的基础。直流斩波电路（DC Chopper）是电力电子电路中一个重要的电路，它的主要功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直流-直流变换器（DC/DC Converter）。一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流交流直流。直流斩波电路的种类较多，包括 6 种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、 升降压斩波电路、Cuk 斩波电路、Sepic 斩波电路和 Zeta 斩波电路。另外利用不同结构的基本斩波电路组合可构成复合斩波电路，利用相同结构的基本斩波电路组合可以构成多相多重斩波电路。1为了使生产机械以合理的速度进行
12、工作，从而提高生产率和保证产品具有较高的质量，大量的生产机械（如各种机床，轧钢机、造纸机、纺织机械等），要求在不同的情况下以不同的速度工作。这就要求我们采用一定的方法来改变生产机械的工作速度，以满足生产的需要，这种人为地改变电动机的转速通常称为调速。2过去使用相控调速，但其调速性能较差，电网功率因数低，对电网的谐波污染大，特别是在低速（低电压时），转矩脉动大，多使用晶闸管。而直流斩波调速系统是电力拖动控制系统的一个重要的研究方向。斩波调速又称脉宽调速，是斩波器的三种工作方式应用最广泛的，是通过控制 MOSFET 器件或者 IGBT 的通断，改变加到直流电动机电枢两端的电压脉冲宽度，即所谓占空比
13、，以调节电枢端电压数值大小，达到调压调速的目的。直流斩波技术已被广泛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。连续改变电枢供电电压，可以使直流电动机在很宽的范围内实现无级调速。本次设计一个用直流斩波实现直流调压，控制直流电动机的转速的电路。电路由主电路、控制电路组成。主电路主要环节是：复合斩波电路及保护电路。控制电路主要环节是：触发电路、驱动电路、检测与故障保护电路。斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可电动运行，又可再生制动。降压斩波电路能使电动机工作于第 1 象限。升压斩波电路能使电动机工作于第 2 象限。而电流可逆斩波电路是降压斩波电路与升压
14、斩波电路的组合。此电路电动机的电枢电流可正可负，但电压只能是一种极性，故其可工作于第 1 象限和第 2 象限。因此，MOSFET 组成的直流斩波调压调速系统的设计 2使用复合斩波电路，既满足了以上条件的同时，又能够节省能量，并且通过再生制动使得电机减速更快。主电路电力电子开关器件要采用 MOSFET，并且系统具有完善的保护。设计中应用的主要技术数据：控制直流电机的额定参数如下：额定功率：16KW额定电压：160V额定电流：100A额定转速：2000r/min电枢电阻：0.377所用直流电源的额定参数如下：适用电压：220V 最大功率：16KWMOSFET 组成的直流斩波调压调速系统的设计 32
15、 主电路的设计2.1 斩波电路的选择斩波调压主电路如下图 2.1 所示：直流电动机的几个基本方程式，转速特性方程式为式中 U 为电枢端电压； 为电枢电流；R 为电枢电路总电阻；为电动势常数；为励磁磁通。所以改变电机转速的方法有一是调节电枢电压，二是调节励磁电流，三是混合调压法。调压法调速，具有如下优点：保持他励直流电动机磁通为额定值不变，电枢回路不串电阻，降低电枢的电源电压为不同大小时，电动机拖动者负载运行于不同的转速上。 降低电源电压，电动机机械特性的硬度不变。这样，比起电枢回路串电阻调速使机械特性变软这一点，降低电源电压可以使电动机在低速范围运行时，转速随负载变化而变化的幅度较小，转速稳定性要好得多。 当电源电压连续变化时，转速的变化也是连续的，这种调速称为无级调速，与串电阻调速 ( 有级调速 ) 相比，这种速度调节要下滑得多，并且还可以得到L1R6MRsRsC3C4VDsVDsL2L3VDiVDiRiRiZD1ZD2Q1Q2图 2.1 斩波调压主电路 = Vd1Vd2MOSFET 组成的直流斩波调压调速系统的设计 4任意多级的转速。因此降低电源电压从基速向下调速的调速方法，在直流电力拖动系统中被广泛采用。用直流斩波器代替变阻器来调节电压可节约电能(2030)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源)，同时还能起到有
