81电力电子技术课程设计

-1-****大学*******学院****************系《电力电子技术课程设计》题目：电镀装置专业：电气工程及其自动化班级：***姓名：****学号：*************指导教师：________****__________-2-任务书题目电镀装置，要求提供Ud=50V、Id=500A的直流电源，现有交流器输出电压240V。试为电镀装置设计一斩波器（包括主电路、保护电路、换相电路及平波电抗）。时间安排第16周目的：1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Inter网检索需要的文献资料；2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力；3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力；4、提高学生的电力电子装置分析和设计能力；5、提高学生课程设计报告撰写水平。要求：1、确定直流电动机型号；2、主电路、保护电路、控制电路设计；3、主电路的参数计算与选择；4、平波电抗器的参数计算与选择；5、主电路中过电压过电流保护电路的选择及相应电路元件的计算与选择；6、绘制主电路、保护电路、控制电路设计电气系统原理图；7、写出课程设计实验报告。其中设计报告包括有设计的目的，设计原理，设计参数的计算，元器件选型，器件表，电路图的设计说明以及设计的心得等；设计报告2000字以上。总体方案实现：根据课程设计课题的需要：1.做出合理的主电路设计；2.控制电路模块，这里我们的斩波电路由SG3525芯片控制；3驱动电路模块，驱动芯片选用EXB841。指导教师评语：评分等级：（）指导教师签名：-3-目录目的和要求……………………………………………………04方案的论证……………………………………………………04主电路模块设计…………………………………………04控制电路模块……………………………………………06驱动电路模块……………………………………………08元件参数计算…………………………………………………09元器件清单……………………………………………………10心得体会………………………………………………………10参考文献………………………………………………………10-4-1.目的和要求目的：1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Inter网检索需要的文献资料；2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力；3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力；4、提高学生的电力电子装置分析和设计能力；5、提高学生课程设计报告撰写水平。要求：1.确定直流电动机型号；2.主电路、保护电路、控制电路设计；3.主电路的参数计算与选择；4.平波电抗器的参数计算与选择；5.计算整流变压器参数、选择其容量和规格；6.主电路中过电压过电流保护电路的选择及相应电路元件的计算与选择；7.绘制主电路、保护电路、控制电路设计电气系统原理图；8.写出课程设计实验报告。其中设计报告包括有设计的目的，设计原理，设计参数的计算，元器件选型，器件表，电路图的设计说明以及设计的心得等；设计报告2000字以上；9.每位同学独立完成1个题的设计；2.方案的论证：【1】主电路的模块设计直流电压送入降压斩波电路，通过脉宽调制控制调节输出电压平均值，在经过LC滤波电路是电压稳定。降压斩波电路设计如右图：-5-脉宽调制控制信号由IGBT驱动电路发出；RCD保护电路用以缓冲IGBT在高频工作环境下关断时因为正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。工作时的波形图如右：此电路使用一个全控型器件V，图中为IGBT，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。并设置了续流二极管VD，在V关断时给负载中电感电流提供续流。工作原理：当t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升。当t=t1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降，通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。此电路的基本数量关系为：（1）电流连续时负载电压的平均值为式中，ton为V处于通态的时间，toff为V处于断态的时间，T为开关周期，为导通占空比，简称占空比或导通比。负载电流平均值为（2）电流断续时，负载电压uo平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。斩波电路有三种控制方式：-6-①脉冲宽度调制（PWM）：保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton；②频率调制：保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T；③混合型：ton和T都可调，使占空比改变。【2】控制电路模块斩波电路由SG3525芯片控制.芯片SG3525功能介绍SG3525是电流控制型PWM控制器，是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。SG3525引脚功能及特点简介引脚功能引脚1：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。引脚2：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。引脚3：振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。引脚4：振荡器输出端。引脚5：振荡器定时电容接入端。引脚6：振荡器定时电阻接入端。引脚7：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构成放电回路。引脚8：软启动电容接入端。该端通常接一只5的软启动电容。-7-引脚9：PWM比较器补偿信号输入端。在该端与引脚2之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。引脚10：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。引脚11：输出端A。引脚11和引脚14是两路互补输出端。引脚12：信号地线。引脚13：输出级偏置电压接入端。引脚14：输出端B。引脚14和引脚11是两路互补输出端。引脚15：偏置电源接入端。引脚16：基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的基准电压。SG3525特点如下：（1）工作电压范围宽：8—35V。（2）5.1（11.0%）V微调基准电源。（3）振荡器工作频率范围宽：100Hz—400KHz。（4）具有振荡器外部同步功能。（5）死区时间可调。（6）内置软启动电路。（7）具有输入欠电压锁定功能。（8）具有PWM琐存功能，禁止多脉冲。（9）逐个脉冲关断。（10）双路输出（灌电流/拉电流）：mA(峰值)。SG3525的工作原理。SG3525内置了5.1V精密基准电源，微调至1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内，无须外接分压电组。SG3525还增加了同步功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在CT引脚5和Discharge引脚7之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节功能。由于SG3525内部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。SG3525的软启动接入端（引脚8）上通常接一个5uF的软启动电容。上电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容接入端相连的PWM比较器反向输入端处于低电平，PWM比较器输出高电平。此时，PWM琐存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。只有软启动电容充电至其上的电压使引脚8处于高电平时，SG3525才开始工作。由于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致PWM比较器输出为正的时间变长，PWM琐存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出-8-电压回落到额定值，实现了稳态。反之亦然。外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当Shutdown（引脚10）上的信号为高电平时，PWM琐存器将立即动作，禁止SG3525的输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程。注意，Shutdown引脚10不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响SG3525的正常工作。欠电压锁定功能同样作用于输出级和软启动电路。如果输入电压过低，在SG3525的输出被关断同时，软启动电容将开始放电。此外，SG3525还具有以下功能，即无论因为什么原因造成PWM脉冲中止，输出都将被中止，直到下一个时钟信号到来，PWM琐存器才被复位。控制电路图【3】驱动电路模块驱动芯片EXB841功能介绍引脚功能-9-驱动电路图检测及保护电路图3.元件参数计算：设计输入电流为频率50Hz的三相380V交流电，其脉冲周期为：经过整流后得到的是只有正半部分的正弦波幅值与输入电压一样，但周期为输入电压一一半，即：-10-设计输出电压为直流Ud=50V稳压，电流为Id=500A直流。输入电压为240V稳压，占空比α=50/240=0.21。因为Ud=50V，取3倍裕量，选耐压为150V以上的IGBT；由于IGBT是以最大标注且稳定电流与峰值电流间大致为4倍关系，所以应选用4倍额定负载电流的IGBT为宜；因此选用额定电流2000A,额定电压150V左右的IGBT。4.元件清单：名称数量名称数量晶闸管4电容若干变压器1电感若干电阻若干EXB841芯片1SG3525芯片1续流二极管15.心得体会：通过这一次的课程设计，我对电力电子的相关知识有了深刻的认识，加深了对电镀装置斩波器等知识的了解和掌握，从得到课题时的一脸茫然到通过查资料、与同学探讨、经老师指导后，自己设计并写出这份报告，心中充满了成就感。通过课程设计还拓宽了知识面，学到了很多课本上没有的知识，报告只有自己去做能加深对知识的理解，任何困难只有自己通过努力去克服才能收获成功的喜悦。同时在设计的过程中我发现自己对课本知识的理解不够深刻，掌握的不牢靠，以后定会努力温习以前的知识，只有这样才能做到温故而知新，掌握所学的知识，做到活学活用。6.参考文献：《煤矿电工手册》，煤炭工业出版社《电力电子设备设计和应用手册》《电气传动自动化技术手册》，机械工业出版社《最新电工·电子器件手册》，山西科学技术出版社《电力电子技术》，机械工业出版社