电力电子技术课程设计报告

电力电子技术课程设计报告电镀设备的斩波器设置部门专业贸易班级级别学校编号西方人名的第一个字教师17 2018年5月1目录一、设计目的2二。设计任务21.设计任务22.设计指标2的内容和要求三、电镀装置斩波单元电路设计31.主电路模块设计32.主电路框图33.斩波电路44.整流器电路55.驱动模块66.控制模块7四、构件参数计算91.组件选择10五、proteus仿真11Vi .摘要13七.参考文献14一、设计目的1.培养学生的文献检索能力，特别是如何利用互联网检索所需文献；2.培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力；3.培养学生应用知识和工程设计的能力；4.提高学生对电力电子器件的分析和设计能力；5.提高学生课程设计报告的写作水平。二。设计任务1.设计任务1、确定DC电机的型号；2.主电路、保护电路和控制电路的设计；3.主电路的参数计算和选择；4.平滑反应器的参数计算和选择；5.主电路过压过流保护电路的选择及相应电路元件的计算和选择；6、绘制主电路、保护电路、控制电路设计电气系统示意图；7、编写课程设计实验报告。其中，设计报告包括设计目的、设计原则、设计参数计算、元器件选择、元器件清单、电路图设计说明和设计经验等。2.设计指标内容和要求(1)Ud=50V；必需的；(2)id=500 a的直流电源；(3)现有交流输出电压为240伏；(4)进行合理的主电路设计；(5)控制电路模块，我们的斩波电路由SG3525芯片控制；(6)驱动电路模块，驱动芯片为EXB841。三、电镀装置各单元的斩波电路设计1.主电路模块设计240伏交流电通过整流电路转换成50伏直流电，然后直流电压送至斩波电路，通过脉宽调制控制调节输出电压的平均值。降压斩波电路的设计如图2.2所示：脉宽调制控制信号由IGBT驱动电路发送；该保护电路用于缓冲高频工作环境下，当IGBT关闭时，由于正向电流快速下降，在器件两端的线路电感引起的过电压。2.主电路框图240v交流电源沟通整流电路控制电路保护电路驱动电路哥伦比亚特区斩波电路3.斩波电路图3.1斩波电路图3.2波形图1.工作原理：斩波电路主要用于电力电子设备的供电。它也可以驱动DC电机或负载蓄电池。如图所示，在后两种情况下，负载中会出现反电动势。如果负载中没有反电动势，只要使=0。2.波形图：如图3.1中v的电网电压波形所示，当t=0时，驱动v开启，电源e向负载供电，负载电压=，负载电流按指数曲线上升。此时，控制器V关闭，负载电流续流通过二极管VD，负载电压近似为零，并且负载电流呈指数下降。在一个循环结束时，驱动电压开启，并重复上一个循环的过程。当电路工作在稳态时，一个周期内负载电流的初始值和最终值相等，如图3.2所示。平均负载电压为(2-1)在该公式中，它是当V处于接通状态时的时间、当V处于断开状态时的时间、切换周期、接通占空比或简称为接通比。平均负载电流为：(2-2)当电流中断时，负载电压的平均值将升高，这通常是不希望的。3.斩波电路有三种控制模式：(1)脉宽调制：保持开关周期不变，调整开关的导通时间。(2)调频：保持开关接通时间不变，改变开关周期(3)混合型：和T可调节以改变占空比。这种设计选择第一种控制模式。4.整流电路整流电路采用单相桥式整流电路，控制各导电回路，无续流二极管，无失控现象。该整流电路负载形式多样，整流效果好，波形稳定，应用广泛。在变压器的次级绕组中，正负半周电流方向相反，波形对称，平均值为零，即直流分量为零。变压器不存在直流磁化问题，变压器利用率也很高。单相桥式全控整流电路具有输出电流纹波小、功率因数高的特点。4.1单相桥式整流器电路5.驱动电路模块驱动芯片EXB841功能介绍EXB系列驱动器的各引脚功能如下：引脚1:连接用于反向偏置电源的滤波电容；脚2:电源(+20V)；脚3:驱动输出；引脚4:用于连接外部电容，防止过流保护电路故障(多数情况下不需要该电容)；脚5:过电流保护输出；引脚6:集电极电压监控；脚7和8:未连接；脚9:电源；脚10、11:未连接；脚14和15:驱动信号输入(1，);IGBT只能承受10us的短路电流，所以它必须有快速保护电路。EXB系列驱动器配有电流保护电路，根据驱动信号和集电极之间的关系检测过电流，如所示。当集电极电压较高时，虽然增加的信号也认为有过流，但如果发生过流，驱动器的低速截止电路将缓慢关闭IGBT，从而确保1GBT不会被损坏。如果以正常速度切断过电流，集电极产生的电压尖峰足以摧毁IGBT。驱动电路的IGBT要求(1)触发脉冲应该具有足够快的上升和下降速度，即脉冲的前边缘和后边缘应该很陡；(2)栅极串联电阻Rg应该合适。Rg太小，关断时间太短，关断期间产生的集电极尖峰电压太高；如果Rg过大，器件的开关速度会降低，开关损耗会增加。(3)电网电压应适当。增加栅控正向偏置有利于降低导通损耗和导通损耗，但也会缩短管承受短路电流的时间，增加续流二极管的反向恢复过电压。因此，正偏压应该是合适的，通常为15V。为了确保在直流/直流噪声发生在直流-直流之间时可靠停机，停机期间必须向电网施加负偏置电压，以防止误操作，并在受到干扰时加快停机速度，减少停机损失。振幅一般为-(5 10)v；(4)当IGBT处于负载短路或过流状态时，通过在IGBT允许的时间内逐渐降低栅极电压，可以自动抑制故障电流，实现IGBT的软关断。驱动电路的软关断过程不应受输入信号消失的影响。当然，驱动电路还应注意其他问题，如防止栅极过压。日本富士公司的EXB841芯片具有单电源、正负偏压、过流检测、保护、软关断等主要特点。这是一个典型的驱动电路。其功能相对完善，已在国内外得到广泛应用。驱动芯片EXB841的控制原理图5.1 ex b 841的工作原理图5.1显示了EXB841的驱动原理。主要有三个工作过程：正常开启过程、正常关闭过程和过流保护动作过程。脉宽调制控制信号施加在针脚14和15之间。当触发脉冲信号施加到引脚14和15时，在通用电气上产生约16V的IGBT导通电压。当触发控制脉冲被取消时，在通用电气上产生-5.1V的IGBT关断电压。过电流保护操作过程基于根据CE电极间电压的大小IGBT是否过电流，并且由二极管Vd7检测。当IGBT开启时，如果发生负载短路等大电流故障，电压将大幅上升，导致Vd7关断，使EXB841的6条支路“悬空”，B、C点的电位将从6V左右开始上升，V6上段将开启，从而导致IGBT GE间电压下降，实现软关断，完成SG3525是一个电流控制的脉宽调制控制器，它根据反馈电流调节脉冲宽度。在脉宽比较器的输入端，流过输出电感线圈的信号直接与误差放大器的输出信号进行比较，以调整占空比，使输出电感峰值电流随误差电压的变化而变化。1)简述1)SG3525引脚的功能和特点示意图如下：Pin功能Inv .输入(引脚1):误差放大器反向输入。在闭环系统中，此引脚连接到反馈信号。在开环系统中，该端子连接到补偿信号输入端子(引脚9)，形成一个跟随器。同相输入(引脚2):误差放大器同相输入。在闭环和开环系统中，这种终端都会终止给定的信号。根据需要，在该端子和补偿信号输入端子(引脚9)之间连接不同类型的反馈网络，以形成比例、比例积分和积分型调节器。同步(引脚3):振荡器外部连接到同步信号输入。终止的外部同步脉冲信号可以实现与外部电路的同步。奥斯卡。输出(引脚4):振荡器输出。电流互感器(引脚5):振荡器定时电容接入端子。RT(引脚6):振荡器定时电阻接入端子。放电(引脚7):振荡器放电端子。放电电阻器外部连接在端子和引脚5之间，以形成放电回路。软启动(引脚8):软启动电容接入端子。该端子通常连接到一个5软启动电容。补偿(引脚9):脉宽调制比较器补偿信号输入。不同类型的反馈网络连接在该端子和引脚2之间，形成比例、比例积分和积分型调节器。关断(引脚10):外部关断信号输入。当该端接为高电平时，控制器输出被禁用。该端子可与保护电路连接，实现故障保护。输出A(引脚11):输出A。引脚11和引脚14是两个互补的输出。接地(引脚12):信号接地。Vc(引脚13):输出级偏置电压接入端。输出B(引脚14):输出B。引脚14和引脚11是两个互补的输出。Vcc(引脚15):偏置电源接入终端。Vref(引脚16):基准电压源输出。该端子可以输出具有出色温度稳定性的基准电压。2)SG3525的工作原理SG3525内置一个5.1V精密基准电压源，可微调至1.0%。在误差放大器的共模输入电压范围内，无需在外部对压电组进行分压。SG3525还增加了同步功能，可在主从模式下工作或与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在电流互感器引脚和放电引脚之间增加一个电阻，可以实现死区时间的调节功能。由于软启动电路集成在SG3525中，因此只需要一个外部时序电容。SG3525的软启动接入终端(引脚8)通常与一个5软启动电容相连。在上电过程中，由于电容器两端的电压不会突然改变，连接到软启动电容器接入端的脉宽调制比较器的反向输入端处于低电平，脉宽调制比较器输出高电平。此时，脉宽调制锁存器的输出也处于高电平，通过两个或非门施加到输出晶体管，使其不导通。在软启动电容向其充电的电压将引脚8拉高之前，SG3525不会开始工作。实际上，参考电压通常连接到误差放大器的非反相输入端，而输出电压的采样电压施加到误差放大器的反相输入端。当输出电压由于输入电压的上升或负载的变化而上升时，误差放大器的输出将减小，这将导致脉宽调制比较器输出正信号的时间更长，脉宽调制锁存器输出高电平信号的时间更长，因此输出晶体管的导通时间最终将变短，从而导致输出电压回落到额定值并实现稳定状态。反之亦然。外部关断信号作用于输出级和软启动电路。当关断信号(引脚10)为高电平时，脉宽调制锁存器将立即动作，禁用SG3525的输出，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将完全放电，并且不会重新进入软启动过程，直到关闭信号结束。请注意，关机引脚不能挂起。应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合影响SG3525的正常运行。欠压锁定功能也作用于输出级和软启动电路。如果输入电压过低，软启动电容将开始放电，同时SG3525的输出关闭。此外，SG3525还具有以下功能：无论是什么导致脉宽调制脉冲停止，输出将停止，脉宽调制锁存器将不会复位，直到下一个时钟信号到达。四、构件参数计算：设计输入电流为频率为50Hz的三相380伏交流电，其脉冲周期为：整流后，只有正半正弦波幅度与输入电压相同，但周期是输入电压的一半，即：设计输出电压为DC稳定，电流为DC。输入电压为240伏，占空比稳定。因为，拿3倍的差额，选择IGBT；耐受电压为150伏或以上；由于IGBT标有最大值，稳定电流和峰值电流之间的关系约为4倍，因此选择额定负载电流为4倍的IGBT是合适的。因此，选择额定电流为2000安、额定电压为150伏的IGBT。计算：公式将、代入上述公式表明，虽然电感L的值越大，得到的图形越稳定，但在该电路中，需要看到稳定的波，因此可以根据计算值设置参数。计算：公式电容值越大，得到的图形越稳定。1.组件选择名字量名字量IGBT1电容一些变压器1感应系数一些抵抗一些EXB841芯片1半导体闸流管4续流二极管1SG3525芯片1五、Proteus仿真1.控制电路图2.保护电路图MATLAB六.摘要通过本次电力电子课程设