电力电子课程设计-15秋-电气1312-2

电力电子课程设计2015年12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1、根据设计题目要求正确选择控制方案，查阅参考资料（注：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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。计算正确完整，文字简洁流畅，书写整齐清晰。设计说明书用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。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。元器件清单包括名称、型号。设计说明书不少于35页，总字数为6000～8000字。设计说明书装订，材料袋装。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0～200V，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：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；选择主电路所有图列元件，并给出清单；选择触发电路及其同步信号；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）；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：电动机负载输出：直流电压0～200V，电流100A当电流降为5A时电流开始断续，LB=1mH。bacTn负载iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1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计算变压器二次侧电压和电流U2和I2计算变压器变比晶闸管的选择（额定电压、额定电流）考虑裕量晶闸管保护环节，包括交流侧过电压保护和晶闸管两端的过电压保护、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电抗器的参数计算触发电路的设计对触发电路的要求KC04集成移相触发器可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成，脉冲输出等几部分电路KC04组成的移相式触发电路KC41C原理图及其外部接线图六路双脉冲发生器KC41C①～⑥脚是六路脉冲输入端(如三片KC04的六个输出脉冲)，每路脉冲由输入二极管送给本相和前相，再由T1～T6组成的六路电流放大器，分六路输出。T7组成电子开关，当控制端⑦脚接低电平时，T7截止，⑾～⒃脚有脉冲输出。当⑦脚接高电平时，T7导通，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同步变压器的接法与钟点数（12种）同步变压器选择辅助电源设计（+15V，-15V）+7815+15V交流18V反馈控制电路电压负反馈U*(-)Uf(+)-++R0R0R0R1C1控制电压,接KC04的UCO端1.技术参数：装置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2、设计要求：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；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：①单相桥式整流电路各点电压波形；②MOSFET驱动电压、全桥电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形（将①②波形分别汇总绘制，注意对应关系）；编制设计说明书、设计小结。+交流电源++S1S2VD1VD2LUiN1N2N3+udUo+C1C2W1W3W20.85D1、确定变比K/2ioLfDVDKVVV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=0.5V2、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：min1222oofisoLfDVVLVfIVVK规定输出电压的最大纹波值为ΔV=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2(1)822oofifsLfDVVCVLfVVVK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，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。EVRLVDuoC滤波电容的计算inoLfsfVViDTL滤波电感的计算0.2LfoiI2(1)8ooffsDVVLCf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200mV，工作频率f=100kHz。2、设计要求：设计主电路，建议主电路为：采用BOOST变换器，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、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）；编制设计说明书、设计小结。REVLVDCuo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。设计要求：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；设计输出滤波电感（或设计高频变压器）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；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；编制设计说明书、设计小结。TrDR2DR1LfCfRLdVo+-***Q1Q3Q2Q4LlkVinipAB1.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%=2A，也就是当输出电流在IOmin=Io*10%=1A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：DLfinoosofVVKVVIfVL122min规定输出电压的最大纹波值为ΔV=100mV，则可由下式确定输出滤波电容的大小：2、滤波电容的计算2(1)82oofinfsLfDVVCVLfVVVK磁芯型号和尺寸选择绕组计算校验窗口4oLfDssemVVVNfAB0.15mBT0.85D注意：原副边的匝数应取整。变压器设计1、确定变比KinoLfDVDKVVV2、初选磁芯尺寸铁氧体材料Ae为磁芯的有效导磁面积（m2）psNKN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、确定绕组线径考虑高频时导线的集肤效应，导线的穿透深度sf222将铜导线的电导率=58106/·m，磁导率=0=410-7H/m，工作频率fs=50kHz代入上式，得：0.2955mm绕组线径应小于2△=0.591mm。2osIIssIsJ24dpsdmaxooopininPVIIVVppIsJ原副边电流的有效值原副边导线的截面积导线电流密度J=(3-5)A/mm2计算导线直径dppdpsns4、窗口校核2dpppdsssuWsnNsnNKA0.4uK电感设计1、初选磁芯尺寸2.初选气隙初选气隙δ=1mm，计算绕组匝数。根据下列公式计算电感量：20LfefNAL0fLfeLNA匝数应取整20LfefNAL实际气隙3、核算磁芯最高工作磁通密度Bm0omNLfIB0.5mBT4、计算绕组的线径和股数5、窗口校核同变压器设计（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=310Ｖ，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：分析变换器的工作原理计算各元器件承受的电压、电流，选择合适的元器件，列出清单；给出主功率管、整流二极管的损耗计算公式；计算各元器件的损耗及变换器的效率；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；编制设计说明书、设计小结。IUtrtf2()onrmsdsonPIRMOSFET的损耗计算00(1)(1)1()6frtoffswsfftonsrrswrfsUtPftIdttttIPswfUtdtttPUIttfRds(ON)：场效应管FET漏极D与源极S之间导通时D、S之间的电阻IKrr.IUtrr2oonDDFFIPIVV0(1)16rrtswDsrrrrrrrrrrsttPfKIUdtttKUItf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。二极管损耗计算交流输入电压一次整流滤波电路直流输入电压逆变器二次整流滤波占空比控制电路误差放大电路比较器基准电压输入滤波器直流输出电压DC/DC变换器开关电源组成框图控制芯片SG3525TL494TL1451MC34060UCC3842UCC3895等基准电压欠压锁定振荡器分相器PWM锁存器比较器关闭软启动同相输入反相输入补偿放电同步地输出A输出B15123657912810141113Vcc1UR164震荡器输出RS+--URRtCt-+接内部电路=1=1QQVcc2SG3525内部框图UfPWM信号QQUAUBSG3525工作波形图SG3525及外围电路SG3525125678161514131211109输出105pF105pF103pFRD100ΩRt6KΩ47µF/25V5.1VVccBGNDAENA-+CtRtRdCs12V1kΩ输出Uo+-驱动电路SG352512VABGSGSS1S2推荐参考书及相关网站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