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1、辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：升降压直流斩波实验装置院（系）：电气工程学院专业班级：电气学号：学生姓名：指导教师：起止时间：2015-12-24至2016-1-3课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气号学置装验波斩流自压降升课程设计论文任务、乞各斩W试r234技波左进度计划整器11:一山天：第4无、；第7仍1;第说血#;撰案设4并方路缈&机总3驱&第丘9M;6第朋第皿收#;M&舲砸2tsm第X中58集第第&#;1近选辩第路体昔指导教师评语及成绩日月灿年指辩也成旳总注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算20世纪80年代以来，信息电子技术和电
2、力电子技术在各自发展的基础上相结合而产生了一代高频化，全控型的电力电子器件，典型代表有门极可关断晶闸管，电力晶体管，电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管。利用全控型器件可以组成变流器。直流一直流（DCDC）是电力变换四大类之一，也指一种电压（或电流）的直流变为另一种电压（或电流）的直流，可用斩波电路来实现。直流斩波电路种类：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Spic斩波电路，Zeta斩波电路等六种。升降压直流斩波电路实验装置是使学生通过该装置测试、观察升降压直流斩波电路的各个参数及波形，应用此装置可验证升降压斩波的相关理论知识。此装置运用了整流电路，驱动电路和斩波电路三
3、大部分，将单相220V交流电压变换为10100V直流可调电压。关键词：斩波电路；整流电路；驱动电路；直流变直流（DCCD）目录第1章绪论11.1电力电子技术概况11.2本文设计内容2第2章升降压直流斩波实验装置电路设计32.1升降压直流斩波实验装置总体设计方案32.2具体电路设计32.2.1主电路设计32.2.2整流电路32.2.3驱动电路设计52.2.4升降压斩波电路的设计72.2.5保护电路设计92.3元件器参数计算与型号选择92.3.1整流电路的参数计算与选择92.3.2升降压斩波电路的参数计算与选择102.3.3元器件的型号选择112.4系统调试及仿真112.4.1MATLAB/Sim
4、ulink仿真软件简介112.4.2升降压直流斩波实验装置总电路图及仿真模型建立122.4.3升降压直流斩波实验装置仿真波形及数据分析13第3章课程设计总结16参考文献17第1章绪论1.1电力电子技术概况电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅。它的理论基础为半导体物理学，它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。电力电子电路
5、吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。顾名思义，可以认为，所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。电子技术包括信息电子技术和信息电子技术和电力电子技术两大分支。具体的说，电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。目前所用电力电子器件均由半导体制成，故也称为电力半导体器件。电力电子技术所变换的“电力”，功率可以大到数百兆瓦甚至吉瓦，也可以小至数瓦甚至毫瓦级。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换，这是二者本质上的不同。电力
6、有交流和直流两种。电力变换通常可分为四大类，即交流变直流（ACDC）,直流变交流（DCAC）,直流变直流（DCDC）和交流变交流（ACAC）。交流变直流称为整流，直流变交流称为逆变。交流变交流可以是电压或电力的变换，称作交流电力控制，也可以是频率或相数的变换。直流变直流是指一种电压（或电流）的直流变为另一种电压（或电流）的直流，可用直流斩波电路实现。电力电子是国民经济和国家安全领域的重要支撑技术。它是工业化和信息化融合的重要手段，它将各种能源高效率地变换成为高质量的电能，将电子信息技术和传统产业相融合的有效技术途径。同时，还是实现节能环保和提高人民生活质量的重要技术手段，在执行当前国家节能减排
7、、发展新能源、实现低碳经济的基本国策中起着重要的作用。1.2本文设计内容设计题目为升降压直流斩波实验装置，其功能实现是为了电力电子技术课程的教学实验，设计此装置，使学生通过该装置测试、观察升降压直流斩波电路的各个参数及波形，应用此装置可验证升降压压斩波的相关理论知识。使同学可以更好的学习电力电子技术这门课程。本课题给出的参数是：1、交流电源：单相220V。2、前级整流输出电压限制在50V以内。3、斩波输出电流最大值2A。4、负载：纯电阻。5、斩波输出直流电压在10100V左右可调。升降压直流斩波实验装置电路设计第2章升降压直流斩波实验装置电路设计2.1升降压直流斩波实验装置总体设计方案升降压直
8、流斩波实验装置是应用于实验室的装备，应满足便于操作，安全系数高等特点。其电源为单相220V交流电，所以需通过整流电路将其交流电变换为直流电后，直流变直流用升降压直流斩波电路调节其电压，实验装置中还需加入驱动电路，控制斩波电路的IJBT开通或关断，绘制出合理的电路图，最终在实验室进行调试并更正。图2.1总体设计方案交流=2.2具体电路设计构成此实验装置的总电路图大概分为三大部分，分别为整流电路、斩波电路和驱动电路。2.2.1主电路设计整流电路、斩波电路和驱动电路。依次将交流电源变为直流电源，前级整流输出电压限制在50V以内，再将直流电通过升降压斩波电路进行升降压的选择,斩波输出电流最大值2A，斩
9、波输出直流电压在10100V左右可调。2.2.2整流电路整流电路尤其是单相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应用最为广泛的电路。不仅应用于工业，也广泛应用于交通运输，电力系统，通信系统，能源系统等其他领域。本实验装置采用单相桥式全控整流电路（所接负载为纯电阻负载）图22单相桥式整流电路图当变压器2次级电压u2为正半周时，即a端电压为正，b端电压为负，二极管VT1、VT3承受正向电压而导通，二极管VT2、VT4承受反向电压截止，电流通道为：afV1fRfV3fb完成回路，于是负载R上得到一组半波电压。当U2电压为负半周时，变压器次级的a端电位为负，b端电位为正，二极管VT2、VT4承
10、受正向电压而导通，而VI、V3承受反向电压截止，电流通道为bfV2fRfV4fa完成回路，负载上又得到一个与上半周相同方向的半波电压。这样，在一个周期内，负载R上得到了两个半波。如下图所示为单相桥式整流的电压电流波形图。图2.3单相桥式整流电路电压电流波形图整流电路平均电压均值为：Ud=0.9U2（2-1）流过晶闸管的电流平均值为ld=Ud/R（2-2）向负载输出的直流电流平均值为：ldvt=0.5Id（2-3）二极管所受的最大反向电压Uvtm=1.41U2（2-4）题目中要求前级整流输出电压限制在50V以内，输入电压U1为220V,贝U输入电压U2最大为55V，变压器匝数比N1:N2=4:1
11、。2.2.3驱动电路设计驱动电路使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率，可靠性和安全性都有重要的意义。可分为：电压型驱动电路和电流型驱动电路。用IJBT驱动电路来控制主电路的升降压斩波电路IJBT的开通和关断。IGBT是三端器件，具有栅极g，集电极c和发射极e。它是个场控器件，通断由栅射极电压Uge决定。Uge大于开启电压Uge（th）时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。通态时电导调制效应使电阻R减小，使通态压降减小。当栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。本文用M5
12、7962L型IJBT驱动器做驱动电路，下图所示：5 %8故障指示6图2.4M57962L型IJBT驱动器的原理图*47kQM57962Lioour快恢复缶0.2s30V31QQ4-15V丄0-10V图2.5M57962L型IJBT驱动电路图M57962LX作程序：当电源接通后，首先自检，检测IGBT是否过载或短路。若过载或短路，IGBT的集电极电位升高，经外接二极管流入检测电路的电流增加，栅极关断电路动作，切断IGBT的栅极驱动信号，同时在“8”脚输出低电平“过载/短路”指示信号。IGBT正常时，输入信号经光电耦合接口电路，再经驱动级功率放大后驱动IGBT。图2.6M57962L驱动器芯片内部
13、驱动电路的基本任务：将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间。可以使其开通或关断的信号：对半控型器件只需提供开通控制信号，对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节。一般采用光隔离或磁隔离：光隔离一般采用光耦合器，磁隔离的元件通常是脉冲变压器。224升降压斩波电路的设计升降压斩波电路的原理图如图所示。设电路中电感L值很大，电容C值也很大。使电感电流iL和电容电压及负载电压Uo基本为恒值。该升降压占波电路由绝缘栅双极晶体管来控制。绝缘栅双极晶体管简称IGBT，是由MOSFET和晶体管技术结
14、合而成的复合型器件，是80年代出现的新型复合器件，在电机控制、中频和开关电源，以及要求快速、低损耗的领域备受青睐。IGBT升降压斩波电路就是直流斩波中最基本的一种电路，是用IGBT作为全控型器件的升降压斩波电路，用于直流到直流的升降压变换。IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件。它既有MOSFET易驱动的特点，又具有功率晶体管电压、电流容量大等优点。其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十千赫兹频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。所以用IGBT作为全控型器件的升降压斩波电路就有了IGBT易驱动，电压、电流容量大的优点。IGBT降压斩波电路由于易驱
15、动，电压、电流容量大在电力电子技术应用领域中有广阔的发展前景，也由于开关电源向低电压，大电流和高效率发展的趋势，促进了IGBT降压斩波电路的发展。该电路的基本工作原理是：当可控开关IJBT处于通态时，电源E经IJBT向电感L供电使其储存能量，此时电流为i1。同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。此后，使V关断，电感L中储存的能量向负载释放，电流为i2。可见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反。稳态时，一个周期T内电感L两端电压U对时间的积分为零，即：TtonT0ULdt=oULondtt/Loffdt二Eton-Uotff=0（2-5）当V处于通态期间，UL=E；而当V处于断态期间，UL=_Uo。于是Etn-Uotoff所以输出电压为u厂俎e乩EEtof
