电力电子实训20111650

电气工程学院2011级电力电子与电力传动实训报告项目名称：直流降压斩波电压源(110v/500w)项目负责人：伍翔20111650项目成员：吴兵彭开晟负责老师：郭育华卢国涛指导老师：郭育华2014年12月31项目成绩：评阅人：指导老师：年月日项目负责人：姓名伍翔学号20111650项目成员：姓名吴兵学号20111647项目成员：姓名彭开晟学号20111662摘要本项目完成了110V/534W直流降压（Buck电路）斩波实验中电压的开环和闭环控制实验。实验项目初始阶段主要进行Buck降压电路方案的理论研究以及电路初始设计。接着利用Matlab/Simulink仿真软件进行仿真，通过对电路参数多次的调整和修正，最后得到符合要求的仿真波形。完成仿真设计后经预约进入实验室，对电路设计进行实物验证。在实验台进行电路实物连接，并不断调试，最终得到电压开环和闭环控制较为稳定的输出。最后测量所需的实验数据，并记录相应的实验波形。关键字：Buck电路开环闭环直流降压斩波实验２电力电子与电力传动实训报告目录１、项目技术目标............................................................................................................11.1指标................................................................................................................................1２、项目的主电路设计....................................................................................................1２.１方案确定.....................................................................................................................1２.２主电路设计方案.........................................................................................................2２.３工作原理.....................................................................................................................3２.4参数选择......................................................................................................................4３、项目的控制电路设计................................................................................................6３.１控制电路方案.............................................................................................................6３.２控制电路工作原理...................................................................................................10４、系统仿真..................................................................................................................104.1开环控制.....................................................................................................................10４.２闭环控制...................................................................................................................125、实验分析...........................................................................................................................135.１实验平台介绍.............................................................................................................135.1.1系统参数..................................................145.1.2系统构成..................................................155.2斩波控制箱接线.............................................165.3开环实验......................................................................................................................195.4闭环实验......................................................................................................................206实验总结体会......................................................................................................................22直流斩波电压源1电力电子与电力传动实训报告１、项目技术目标本项目为降压型斩波实验，实验目标为将输入电压源降压后输出，并稳定输出电压，负载大小变化和输入电压产生较大波动时，依旧能够保持负载两端的电压稳定。采用电压反馈控制模式实现稳压。1.1指标系统的输入输出参数目标：输入电压：DC200V，电压波动±15%输出电压：DC110V,输出功率：1kW恒压精度：优于5%电压调整率：优于5%负载整率：优于5%２、项目的主电路设计２.１方案确定电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路、保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。由信息电子电路组成的控制电路按照系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或者关断来完成整个系统的功能，当控制电路所产生的控制信号能够足以驱动电力电子开关时就无需驱动电路。根据降压斩波电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路，设计出降压斩波电路的结构框图如图2-1所示。直流斩波电压源2电力电子与电力传动实训报告图2.1Buck斩波电路结构框图在图1结构框图中，控制电路是用来产生降压斩波电路的控制信号，控制电路产生的控制信号传到驱动电路，驱动电路把控制信号转换为加在开关控制端，可以使其开通或关断的信号。通过控制开关的开通和关断来控制降压斩波电路的主电路工作。控制电路中的保护电路是用来保护电路的，防止电路产生过电流现象损害电路设备。２.２主电路设计方案根据所选课题设计要求设计一个降压斩波电路，可运用IGBT开关来控制电路的通断即改变占空比，从而获得我们所想要的电压。这就可以根据所学的Buck降压电路作为主电路，这个方案是较为简单的方案，直接进行直直变换简化了电路结构。Buck降压电路如图2-2所示：SLRCDE图2.2Buck降压电路直流斩波电压源3电力电子与电力传动实训报告２.３工作原理直流降压斩波主电路使用一个全控器件IGBT控制导通。用控制电路和驱动电路来控制IGBT的通断，当t=0时，驱动IGBT导通，电源E向负载供电，负载电压，电感电流I上升。电路工作时波形图如图2-3所示：tOOOEOtttEMiGttTiGtontoffioi1i2I10I20t1uoa)b)OOTEEiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uo图2.3Buck降压电路波形图工作状态1（0～t1时段）：开关S处于t0时刻接通，并保持通态到t1时刻，在这一阶段，电感点段的电压UL=Ui-Uo，由于UiUo，故电感L的电流不断增长。二极管处于断态。工作状态2（t1～t2时段）：开关S于t1时刻断开，二极管D导通，电感两端的电压UL=-Uo，电感通过D徐留，电感电流不断减小。直到t2时刻开关S再次接通，下一个开关周期开始。根据上面的分析可得出电感两端的电压平均值为SoffoonoiLTtUtUUU(2-1)0uE直流斩波电压源4电力电子与电力传动实训报告式中，UL为电感两端的电压在一个开关周期内的平均值；TS为开关周期，TS=ton+toff；ton为开关处于通态的时间。根据稳态条件下电感两端电压在一个开关周期内平均值为零的基本原理，在电感电流连续的条件下，可以推导出降压型直直变换器电路的输出、输入电压比与开关通、断时间比间的关系。令SoffoonoiLTtUtUUU=0有DTtUUSonio（2-2）式中，D为占空比，定义为开关到同时间与开关周期的比，即D=ton/TS。由于10D，因此，降压型电路的输出电压不可能高于其输入电压，且与输入电压极性相同。２.4参数选择考虑到实验安全性的原则加上现已有实验设备各元件参数，结合电路需要进行各元件参数选择。2.4.1电源电压源：200V2.4.2开关直流斩波电压源5电力电子与电力传动实训报告电子开关：选用已有的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为开关。因IGBT综合了双极性GTR导通压降低、阻断电压高、电流容量大以及单极性PMOSFET驱动功率小、开关频率高、热稳定好的优点，目前已广泛应用于500kw以下的中等功率变换器，如逆变器、高频整流器、直流稳压电源以及UPS系统中。IGBT的单管容量可达400A-600A/1200V-1800V，开关频率可达20KHz，通态压降可降至1.5V。大容量、高频化是IGBT发展的主要方向本次实验取2.4.3二极管其承受最大反压200V，其承受最大电流趋近于10A，考虑2倍裕量，故需选择VUN400，AIN20的二极管。这里取选用快速恢复二极管。2.4.4电感根据电感电流连续时电感量临界值条件()()⁄经过闭环电路的调试L取6mh可以基本达到要求2.4.5电容由于本次实验要求电压波动±15%，根据电压波动公式2()/8UcUoUdUoLCfUd直流斩波电压源6电力电子与电力传动实训报告得经过调试取L=510uf2.4.6负载因为当输出电压为110V左右时，假设输出2-5A由可得负载电阻阻值22-55欧姆之间，取实验室最小负载25Ω2.4.7限幅额度上阈值1V，下阈值0V。2.4.8三角波频率频率取值为1kHz３、项目的控制电路设计３.１控制电路方案控制电路需要实现的功能是产生控制信号，用于控制斩波电