直流斩波可逆调速系统课程设计

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1、电力电子课程设计报告直流斩波可逆调速系统学院：信息科学与工程学院班级：姓名：学号：指导教师：完成时刻：2020年 6月 26日 电力电子课程设计的意义：电力电子课程设计是电气工程及其自动化专业学生在整个学习进程中一项 综合性实践环节，温习巩固本课程及其他课程的有关内容，对学生的实践能力的 培育和实践技术的训练具有相当重要的意义。通过设计取得电力电子技术必要的 大体理论、大体分析方式和大体技术的培育和训练，为学习后续课程和从事与电 气工程及其自动化专业有关的技术工作和科学研究打下必然的基础，也便于学生 加深明白得和灵活运用所学的理论，提高学生独立分析问题、解决问题的能力， 为毕业后的工程实践打下

2、良好的基础。直流斩波可逆调速系统简介：自从全控型电力电子器件问世以后，就显现了采纳脉冲宽度调制的高频开关 操纵方式，形成了脉宽调制变换器直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统或直流PWM调速系统。与VM系统相较，PWM系统在很多方面有较大的优越 性：1. 主电路简单，需用的功率器件少；2. 开关频率高，电流容易持续，谐波少，电机损耗及发烧都比较小；3. 低速性能好，稳态精度高，调速范围宽，可达 1:10000 左右；4. 假设是与快速响应的电机配合，那么系统频带宽，动态响应快，动态抗 干扰能力强；5. 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关 损耗也不大，因此装置效率高

3、；6. 直流电流采纳不控整流，电网功率因素比相控整流器高。由于以上优势直流 PWM 系统应用日趋普遍，专门是在中小容量的高动态性能 系统中，已完全取代了 VM系统。为达到更好的机械特性要求，一样直流电动 机都是在闭环操纵下运行，且常常采纳的闭环系统有转速负反馈和电流截止负反 馈。目录：一、课程设计内容与要求 4二、主电路 52.1 主电路的设计 5主电路器件选择与参数计算 8电动机参数计算 8整流电路变压器的选择 9电力二极管参数 10滤波电容选择 102.2.5 MOSFET 的选择10续流二极管的选择11主电路电感的选择11三、缓冲电路与爱惜电路123.1 缓冲电路12缓冲电路设计12缓冲

4、电路元件选择13爱惜电路14四、驱动电路16五、操纵策略的选择20系统的操纵方式205.2 H型变换器的操纵方式选择22操纵电路设计25转速调剂器，25电流调剂器25波发生器26六、系统工作原理分析28七、波形分析与MATLAB仿真29八、总结34九、参考文献35十、附图35一、课程设计内容与要求题目：直流斩波可逆调速系统的设计1. 直流电动机的参数： P=1.5KW, U=220V, I=8.7A, N=1500; 他逆，励磁电压U=200V,电动机最大起动电流倍数2. 设计内容 主回路设计，参数计算，开关器件选择； 缓冲电路及爱惜电路的设计和元件的选择； 驱动电路的设计； 操纵策略选择；

5、系统工作原理分析及波形分析。3. 设计大体要求依照设计题目要求，认真温习教材，阅读有关文献，设计手册及资料，独立 按时完成任务，设计说明书要求简练，通顺，计算正确，图表、图纸标准， 符合工程设计要求。4. 编写课程设计说明书：1.前言 2.目录 3.正文 4.结论 5.参考文献。二、主电路2.1 主电路的设计直流斩波可逆调速系统第一要取得直流电源，因此在主电路中，要有将电网 的交流电变换为直流电的整流电路。整流电路的选择：整流电路有单相半波、单相全波、单相桥式、三相半波、三相桥式等多种整 流电路。其中单相半波整流电路简单，但变压器二次侧电流中含有直流分量，造 成变压器铁心直流磁化，因此不采纳；

6、单相全波、单相桥式整流电路也有电路简 单的优势，可是输出脉动大。三相半波整流电路的要紧缺点也是其变压器二次侧 电流中含有直流分量，为此很少应用。选择电容滤波的三相桥式不可控整流电路，其电路图如下：TVD1 乂 VD3立 VD5+udVD4 且 VD6 盘 VD2图 2-1 三相桥式不可控整流电路可逆PWM变换器主电路选择:可逆PWM变换器主电路的结构形式有H型、T型等，T型电路由两个可控电 力电子器件和两个续流二极管组成，所用元件少，线路简单，组成系统时便于引 出反馈，适用于作为电压低于50V的电动机的可控电压源；可是T型电路需要正 负对称的双极性直流电源，电路中的电力电子器件要求经受两倍的电

7、源电压，在 相同的直流电源电压下，其输出电压的幅值为H型电路的一半。T型电路图如下：Ub1M.; -U+UUb2ZiVT2VT1VT1图2-2 T型电路H型电路是事实上普遍应用的可逆PWM变换器电路，它由四个可控电力电子器件和四个续流二极管组成的桥式电路，这种电路只需要单极性电源，所需电力电子器件的耐压相对较低，可是组成调速系统的电动机电枢两头浮地。H型电路图如下:VT3VT1Ub1Ub3VT4Ub4Ub2图2-3 H型电路因此整体主电路由电容滤波三相不可控整流电路和H型可逆PWM变换器电路组成。整体主电路图如下:I VT4图2-3主电路图VT3Ub3Ub4主电路器件选择与参数计算电动机参数计

8、算PN；UN = 220V; IN =;nN = 1500rpm; 他励励磁方式，励磁电压UL =200V;最大起动电流倍数为九= 1.5。那么有：1)估算电枢电阻R:a1 U I -P X103R U (N-NNa 21 ( 220 x 8.7 1.5 X103 2)计算CeNUC二fe N nN3)计算CTNI2N8.72Q = 2.730220 一 87 X I 273 = 0.131500C =9.55C =1.24T Ne N4) 计算空载转速 n0220心n rpm 1692rpmo C 0.13eN(5)计算启动电流I2.2.2整流电路变压器的选择 变压器变比U = 220 考虑

9、占空比为90 d则U =U /0.8=275VSd取USU2U2=USV考虑到10的裕量U2V一、 二次线圈电流I I * 0.8=A2d变比K=U1/U2I=I /K=A12考虑空载电流取I1A 变压器容量计算S1=3*U1I1VAS2=3*U2I2VAS=(S1 + S2)/2=2060VA丄乙取变压器容量为Sn=2000VA 变压器连接方式变压器一次侧接成三角形，幸免3次谐波电流流入电网，变压器二次侧接成星形，即选用D/Y接法。2.2.3电力二极管参数 电力二极管的反向重复峰值电压URRM由以上计算U2V,电力二极管经受的反向重复峰值电压为倍U2,同时考虑23 倍的平安裕量，那么URRM

10、 =3*2.45*129.3=950V.RRM取QOOOV。 电力二极管的正向平均电流IF如八F(AV)该电路整流输出接有大电容，而且负载也不是纯电感负载，但为了简化计算， 仍可按电感计算，只是电流裕量要适当取大些。II*0.8=4.02ADdIF(AV)=2*IDA2.2.4滤波电容选择q样依照放电的时刻常数计算，负载越大，要求纹波系数越小，一样不做 严格计算，多取2000 口F以上。因该系统负载不大，故取q为2500 口F。电容 的额定工作电压，U N取倍电压峰值。即：U =1.5V3V .取U、=500V .N2NMOSFET的选择MOSFET所经受的最大正反电压：u = V6*u =V

11、6v m2考虑到3倍余量有，MOSFET的电压定额为:U =3u=3*302.6=908VVT m通过MOSFET的平均电流为Id=V09*In，因此流过MOSFET的电流有效值为A, 考虑到2倍的电流余量，那么MOSFET的电流定额为：IVT=2*ID因此，选择MOSFET的参数为，其电压定额为大于等于846V，电流定额大于等于 A 的 MOSFET 即可。续流二极管的选择MOSFET所经受的最大正反电压：u = V6*U =V6*129.3=302.6V m2考虑到3倍余量有，MOSFET的电压定额为：U =3u =3*302.6=908VVT m考虑 2 倍余量有，续流二极管额定电流为：

12、IV(AT)=2 *亦*鼻/1.57=因此，续流二极管能够选择其额定电压大于等于A,额定电压大于等于846V。主电路电感的选择为保证直流电机在可逆调速进程中电流持续范围比较大，能够选择电感值较 大的电感，那个地址咱们选择30mH的大电感。三、缓冲电路与爱惜电路3.1缓冲电路缓冲电路设计加入缓冲电路前后，MOSFET开通与关断时输出特性如以下图所示:MOSFET的经常使用缓冲电路有以下两种形式LiRigL3L4 - L2VDMOSFETMOSFETI-R2图3-3图3-2开通缓冲电路的选择器件开通时，串联电感能够抑制电流的上升率di/dt,减少开关损耗，可是 由于电感元器件体积庞大，一样情形下M

13、OSFET开关电路的集电极不需要串联电 感，其开通损耗能够通过改善栅极驱动条件来加以改善。关断缓冲电路结构的选择 一样而言，在桥式功率电路中，应该选择桥式缓冲电路，以简化电路结构， 改善缓冲成效。关于不同功率品级的应用，应考虑选择不同的缓冲电路结构，尽 可能使电路结构简化。在中小功率容量的应用中，往往可并联一个吸收电容。假 设线路电感较小，也能够只在直流侧加du/dt抑制电路。设计如以下图所示的缓冲电路3.1.2缓冲电路元件选择为了避免因电路存在杂散电感L而产生的瞬时过电压，应在漏极和源极两头S采纳RC缓冲电路进行过电压的爱惜。如以下图所示，用于MOSFET漏源过电压爱 惜的缓冲电路的电路图。

14、该电路中利用电容两头电压不能突变的特点，来起到缓 冲作用。其中所串的电阻r2用于限制缓冲电路所许诺的最大电流。1. 缓冲二极管的选择：缓冲二极管是 RCD 缓冲电路中的关键器件。缓冲二极管的选择错误，可能产 生较高的尖峰电压并在缓冲二极管反向恢复时，电压产生震荡。缓冲二极管必需 选择快恢复二极管，要选择过渡正向电压低、逆向恢复时刻短、逆向恢复特性较 软的快恢复二极管。关于额定电流，至少不小于主电路期间的 1/10。因此选择 额定电流为2A的快恢复二极管。2. 缓冲电容的选择：缓冲电容及缓冲电阻的取值可实验确信也能够参考工程手册。缓冲电容要选 用高频特性优良的电容如薄膜电容器。一样而言，除需要知足必需的电压品级之 外，缓冲电容所必需的容量值可按下式估算C = LI0S (UCEF-U)2公式中：L是主电路的散布电感；10是MOSFET关断时的集电极电流；UCEF是缓冲0CEF电容电压的最终值；U是直流母线电压。3. 缓冲电阻的选择：关于缓冲电阻性能的要求是：在MOSFET进行