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1、电力电子课程设计2010年6月 1、把从电力电子技术及其它先修课程（电工基础、电子技术、电机学等）中所学到的理论和实践知识，在课程设计实践中全面综合的加以运用，使这些知识得到巩固、提高，并使理论知识与实践技能密切结合起来。 2、初步树立起正确的设计思想，掌握一般电力电子电路设计的基本方法和技能，培养观察、分析和解决问题及独立设计的能力，训练设计构思和创新能力。 3、培养具有查阅参考文献和技术资料的能力，能熟悉或较熟悉地应用相关手册、图表、国家标准，为今后成为一名合格的电气工程技术人员进行必须的基本技能和基本素质训练。课程设计目的课程设计目的1、根据设计题目要求正确选择控制方案，查阅参考资料（注
2、：具体的题目设计要求见各设计题）；2、绘制电气控制原理图，包括主电路图及触发电路图(或驱动电路图)，正确选择或设计元器件，订列元器件目录清单；3、设计部分工艺图纸（电气控制图，电器元件布置图，安装接线图）；4、编制完整的设计说明书。课程设计任务及要求课程设计任务及要求封面目录1、设计目的2、设计任务3、主要技术参数；4、设计内容（包括电路的框图、工作原理、 元器件选择和设计，绘制相关图纸）5、设计小结6、参考文献附录（电路图、波形图、元器件清单）设计说明书要求设计说明书要求u系统说明设计过程中所考虑的问题及一切计算，包括与计算有关的必要简图。u计算正确完整，文字简洁流畅，书写整齐清晰。u设计说
3、明书用16开报告纸，按规范的顺序与格式书写，注明页次并编写目录，最后加封面装订成册。u设计说明书中的图用铅笔绘制，电气符号符合国家标准，波形图注意对应关系。u元器件清单包括名称、型号。u设计说明书不少于30页，总字数为60008000字。u设计说明书装订，材料袋装。一、直流稳压电源的设计一、直流稳压电源的设计 1. 技术参数：装置输入电源为三相UL=380V工频交流电源，输出直流电压0200V，输出电流100A，当电流降为5A时电流开始断续，LB=1mH。2. 设计要求：u设计主电路及电气控制电路，建议主电路为三相桥式全控整流电路；u选择主电路所有图列元件，并给出清单；u选择触发电路及其同步信
4、号；u绘制装置总体电路原理图，绘制电路所有点电压、电流及元器件(晶闸管等)两端电压波形（汇总绘制，注意对应关系）；u编制设计说明书。已知条件：输入电源：三相UL=380V工频交流电源，主电路结构：三相桥式全控整流电路负载性质：电阻电感负载输出：直流电压0200V，电流100A当电流降为5A时电流开始断续，LB=1mH。电路结构、工作原理和波形主电路的设计整流变压器额定参数计算整流元件的计算和选择晶闸管保护电路的计算电抗器的参数计算主电路计算主电路计算u计算变压器二次侧电压和电流U2和I2 计算变压器变比 u晶闸管的选择（额定电压、额定电流）考虑裕量u晶闸管保护环节，包括交流侧过电压保护和晶闸管
5、两端的过电压保护、过电流保护等。 过电压保护：阻容保护； 过电流保护：熔断器保护u电抗器的参数计算触发电路的设计触发电路的设计对触发电路的要求对触发电路的要求KC04集成移相触发器集成移相触发器可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成，脉冲输出等几部分电路形成，脉冲输出等几部分电路 KC04组成的移相式触发电路组成的移相式触发电路KC41C原理图及其外部接线图原理图及其外部接线图 六路双脉冲发生器六路双脉冲发生器KC41C 脚是六路脉冲输入脚是六路脉冲输入端端(如三片如三片KC04的六个输出脉的六个输出脉冲冲)，每路脉冲由输入二极管，每路脉冲由输入二极管送给本相
6、和前相，再由送给本相和前相，再由T1T6组成的六路电流放大器，分六组成的六路电流放大器，分六路输出。路输出。T7组成电子开关，当组成电子开关，当控制端控制端脚接低电平时，脚接低电平时，T7截截止，止，(10)(10)(15)(15)脚有脉冲输出。脚有脉冲输出。当当脚接高电平时，脚接高电平时，T7导通，导通，各路输出脉冲被封锁。各路输出脉冲被封锁。 三相全控桥整流电路的集成触发电路三相全控桥整流电路的集成触发电路三相同步变压器的接法与钟点数三相同步变压器的接法与钟点数 （12种）种）同步变压器选择辅助电源设计（辅助电源设计（+15V，-15V）反馈控制电路反馈控制电路电压负反馈1.技术参数：装置
7、输入电源为单相工频交流电源（220V+20），输出电压Vo=24V，输出电流Io=5A，最大输出纹波电压100mV，工作频率f=100kHz。二、直流开关电源的设计二、直流开关电源的设计 2、设计要求：u设计主电路，建议主电路为：整流部分是桥式二极管整流，大电容滤波，DC/DC部分采用半桥变换器，主功率管用MOSFET；u选择主电路所有图列元件，并给出清单；u设计MOSFET驱动电路及控制电路；u绘制装置总体电路原理图，绘制：单相桥式整流电路各点电压波形；MOSFET驱动电压、半桥电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形（将波形分别汇总绘制，注意对应关系）；u编制设计说明书、设计小结。1、确定
8、变比KVo是输出电压，VD是输出整流二极管的通态压降，VLf是输出滤波电感上的直流压降 。VLf=0.5V2、滤波电感的计算、滤波电感的计算经验算法一般选择输出滤波电感电流的脉动为最大输出电流的20%，这样本模块电源的输出滤波电感电流的脉动可选为Io *20%= A，也就是当输出电流在IOmin= Io *10%= A时应保证输出滤波电感电流连续，输出滤波电感可按下式计算： 规定输出电压的最大纹波值为V= mV，则可由下式确定输出滤波电容的大小： 3、滤波电容的计算、滤波电容的计算三、直流变换器的设计三、直流变换器的设计(1)：1.技术参数：输入直流电压Vin=42V，输出电压Vo=12V，输
9、出电流Io=3A，最大输出纹波电压50mV，工作频率f=100kHz。2、设计要求：设计主电路，建议主电路为：采用BUCK变换器，大电容滤波，主功率管用MOSFET；选择主电路所有图列元件，并给出清单；设计MOSFET驱动电路及控制电路；绘制装置总体电路原理图，绘制： MOSFET驱动电压、BUCK电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形（波形汇总绘制，注意对应关系）；编制设计说明书、设计小结。滤波电容的计算滤波电容的计算滤波电感的计算滤波电感的计算四、直流变换器的设计四、直流变换器的设计(2) 1.技术参数：输入直流电压24V，输出电压Vo=54V，输出电流Io=10A，最大输出纹波电压20
10、0mV，工作频率f=100kHz。设计要求：u设计主电路，建议主电路为：采用BOOST变换器，主功率管用MOSFET；u选择主电路所有图列元件，并给出清单；u设计MOSFET驱动电路及控制电路；u绘制装置总体电路原理图，绘制：MOSFET驱动电压、BOOST电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形（波形汇总绘制，注意对应关系）；u制设计说明书、设计小结。五、直流变换器的设计五、直流变换器的设计(3)：1.技术参数：脉宽调制型桥式直流变换器中，输入直流电压Vin=300V，副边电路为全波整流方式，输出电压Vo=54V，额定输出电流Io=5A，主功率管为MOSFET，工作频率f=50kHz。设计要
11、求：u设计主电路，主功率管用MOSFET，选择主电路所有图列元件，并给出清单；u设计输出滤波电感（或设计高频变压器）u采用铁氧体材料的EE型磁芯；确定磁芯型号、尺寸；计算绕组匝数，选定导线线径，校核窗口系数；u绘制主电路图、磁芯结构图，绘制桥式直流变换器所有点电压、电流波形及元件的电压、电流波形；u编制设计说明书、设计小结。1.滤波电感的计算滤波电感的计算经验算法一般选择输出滤波电感电流的脉动为最大输出电流的20%，这样本模块电源的输出滤波电感电流的脉动可选为Io *20%= A，也就是当输出电流在IOmin= Io *10%= A时应保证输出滤波电感电流连续，输出滤波电感可按下式计算： 规定
12、输出电压的最大纹波值为V= mV，则可由下式确定输出滤波电容的大小： 2、滤波电容的计算、滤波电容的计算磁芯型号和尺寸选择绕组计算校验窗口注意：原副边的匝数应取整。变压器设计1、确定变比K2、初选磁芯尺寸铁氧体材料Ae为磁芯的有效导磁面积（m2） Vo是输出电压，VD是输出整流二极管的通态压降，VLf是输出滤波电感上的直流压降 。VLf=0.5V电感的设计3、确定绕组线径确定绕组线径 考虑高频时导线的集肤效应，导线的穿透深度 将铜导线的电导率=58106/m，磁导率=0=410-7H/m，工作频率fs=50kHz代入上式，得： 绕组线径线径应小于2=0.591mm。原副边电流的有效值原副边导线
13、的截面积导线电流密度J=(3-5)A/mm2 计算导线直径d4、窗口校核、窗口校核 电感设计电感设计1、初选磁芯尺寸 2. 初选气隙初选气隙 初选气隙=1mm，计算绕组匝数。根据下列公式计算电感量： 匝数应取整实际气隙 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 4、计算绕组的线径和股数、计算绕组的线径和股数 5、窗口校核、窗口校核 同变压器设计（六）、损耗分析（六）、损耗分析1、技术参数：脉宽调制型桥式直流变换器，输入直流电压Vin=310，副边电路为全波整流方式，输出电压Vo=54V，额定输出电流Io=10A，主功率管为MOSFET，工作频率f=50kHz。2、设计要求：u
14、分析变换器的工作原理u计算各元器件的电压、电流应力，选择合适的元器件，列出清单；u给出主功率管、整流二极管的损耗计算公式；u计算各元器件的损耗及变换器的效率；u绘制桥式直流变换器所有点电压、电流波形及元件的电压、电流波形；u编制设计说明书、设计小结。 MOSFET的损耗计算Krr二极管电流反向恢复系数，Krr=0.4trr二极管电流反向恢复时间。二极管损耗计算开关电源组成框图控制芯片SG3525 TL494 TL1451 MC34060 UCC3842等 SG3525内部框图内部框图 SG3525工作波形图工作波形图 SG3525及外围电路及外围电路 驱动电路驱动电路推荐参考书及相关网站推荐参
15、考书及相关网站 1直流开关电源的软开关技术 阮新波 严仰光编著，科学出版社； 2电力电子技术 丁道宏主编，航空工业出版社；3电力电子技术 任国光主编，上海科技文献出版社；4现代电力电子技术 何希才主编，国防工业出版社；5晶闸管变流技术 莫正康主编，机械工业出版社；6电力电子技术 王兆安、黄俊主编, 机械工业出版社；7电气制图用新旧图形符号对照 科学出版社；8.电气制图及图形符号国家标准 计量出版社。9. 晶闸管变流技术题例及电路设计 栗书贤，石玉编 机械工业出版社（功率器件）（功率器件）（功率器件）（功率器件）14.www.mag- (磁芯) (磁芯)（电容） （控制芯片）设计题目安排严格遵照
16、安排的题目设计严格遵照安排的题目设计学号学号题号题号171319253137431281420263238442391521273339453410162228344046451117232935414756121824303642486设计工作安排日期日期工作内容工作内容备注备注6.21-22讲解课程设计有关内容、要求、设计思路，设讲解课程设计有关内容、要求、设计思路，设计说明编制方法等。然后由学生选题，查阅资计说明编制方法等。然后由学生选题，查阅资料，选择方案。料，选择方案。6.23-24学生进行所选课题的方案设计。学生进行所选课题的方案设计。6.25-28学生进行所选课题的线路设计、元件选择。学生进行所选课题的线路设计、元件选择。6.29-30学生进行课题相关图表的编制。学生进行课题相关图表的编制。6.31-7.2学生完成设计说明书、设计小结、小组答辩等学生完成设计说明书、设计小结、小组答辩等设计地点：博雅楼300设计时间：上午7：50-11：30 下午2：00-5：00设计独立完成，不得抄袭！
