电力电子课程设计

课程设计说明书NO.1直流斩波电路给蓄电池充电设计一、设计目的1、直流斩波电路的选择2、主电路的设计3、晶闸管电流、电压额定的选择4、驱动电路的设计5、保护电路的设计6、画出完整的主电路原理图和控制电路原理图7、掌握两种基本斩波电路的工作状态8、了解电路图的波形情况二、设计方案1主电路的设计图1主电路图图1为直接接电网的直流斩波电路的结构图。开关器件V采用IGBT,驱动电路采用EXB841,PWM脉宽调制电路采用494芯片,负载为蓄电池和滤波电抗器L2。LEM微电流传感器。PWM电路的输出u为频率恒定脉宽可调的脉冲列信号。脉宽受u控制,u最大为15V,最小值为零伏。随u的减小,u的脉宽增加。u经驱动电路中的光电隔离后变换成波形与u相同的驱动信号u。但u的高电平为+15V,低电平为-15V。沈阳大学课程设计说明书NO.2改变U的大小可以改变PWM电路的输出脉冲的宽度，即改变p，从而改变直流斩波电路输出电压的平均值U0。直流斩波主电路的设计包括IGBT元件、续流二极管VD、滤波电抗器L1和L2、滤波电容的设计。1.1IGBT元件和二极管VD的选择由于IGBT的过载能力和承受过电压的能力很差,所以在选择IGBT元件时要留有一的裕量。IGBT元件的额定电流通常是指模块外壳的温度为25℃（西门子产品例外）时的允许值,当外壳温度达到80℃时,允许的电流值要下降30%左右。所以IGBT元件的额定电流比实际通过的电流大一倍左右。另外,IGBT的定电压要比元件实际承受的电压大一倍左右。由于续流二极管VD的开关频率与IGBT相同,所以选用一个二单元的IGBT模块是想的选择。这样既缩小装置的体积,又减小连线造成的感应过电压。1.2输出滤波电抗器L2的设计由于充电机的负载为蓄电池,而斩波器输出电压为脉冲电压,为限制充电电流的脉动分量要在输出端串联滤波器L。串联L后负载电流i的波形如图2所示。为简化对问题的分析,在V导通和关断期间,认为i是线性变化的。L2的计算可根据电感的储能作用来分析。1.3滤波电容C的设计滤波电容C有两个作用,其一是起滤波作用,它可以减小交流电流的谐波分量;其二是降低在V关断时因线路电感产生的过电压。在V截止时,电容充到电源电压Us。2．驱动电路驱动电路采用厚膜电路EXB8411，此电路举有以下特点:（1）使控制电路与主电路之间实现弱电和强电的隔离，以利提高抗扰性能。（2）驱动电路可靠，驱动脉冲波形好。驱动脉冲时，驱动电路输出-5V电平，使IGBT元件可靠关断。(3)具有过载保护功能，过载时，能慢速关断IGBT元件。同时发出一个过载信号。沈阳大学课程设计说明书NO.3图四驱动电路3．供电电路设计图五供电电路沈阳大学课程设计说明书NO.44.IGBT的保护措施4.1过电压保护（1）设置过电压洗手电路，针对直接接电网的斩波电路。可在电解电容器两端并联无感电容座位高频下的过电压吸收电路。（2）主电路各元件之间的连线应尽量短。因为在高速开关状态，过长的连线会导致因存在较大的线路电感而产生感应过电压。经验表明，将滤波电解电容C.开关管V和续流二极管VD三个元件做在一块印刷电路板上是明智的选择。4.2过电流保护（1）在驱动电路中已含有过载检测电路，过载时发出过载信号，通过PWM电路封锁脉冲、（2）在IGBT回路中设置电流检测元件LEM，将检出的电流信号U0经过一个高速比较器得到一个过载信号。此信号送给PWM电路，以便发出封锁脉冲指令。实践表明，此方法有效。其中，保护电路设计如下：图六保护电路三、设计结果与分析在u为高电平时,IGBT导通,斩波器输出电源电压U。在u为低电平时,斩波器输出电压为零。于是在负载两端得到脉冲电压u,u波形如图2所示。为IGBT导通时间,为IGBT关断时间。输出的电压u的平均值为sonUTtU0式中：沈阳大学课程设计说明书NO.5T-IGBT的工作周期T=f1f-IGBT的工作频率Hzρ-占空比，ρ=Tton=2/5SU-三相滤波器经滤波后的直流电源电压平均值220V02.0501Tsont=2/5TsonUTtU0=88V设R=880Ω0I=RU0=0.1A波形如图2所示沈阳大学课程设计说明书NO.6在充电的蓄电池两端并联一个电压表，可测的蓄电池经充电后电压为15V四、设计体会通过一周对电力电子课程设计的研究与学习，懂得了如何设计直流斩波电路和如何对其进行分析和给蓄电池充电。本装置是直接接电网，电压的变换是靠整流电路来实现，所以体积小，重量轻。功率因数高。IGBT的驱动电路采用进口厚膜电路，驱动可靠，线路简化，体积小，滤波电容和IGBT.续流二极管之间的连线尽量短，有力减小开关状态的过电压幅值和能量。设置快速可靠的过电流保护电路，提高了整个装置的可靠性。通过对电路图的绘制，还学会了用protel软件的画图。由于我知识的限制，设计还有很多不足之处，希望老师指出并教导。通过对电路图的研究，也增强了我们的思考能力。课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。很感激学校给了我们这次动手实践的机会，让我们学生有了一个共同学习，增长见识，开拓视野的机会。也感谢陈老师对我们无私忘我的指导，我会以这次课程设计作为对自己的激励，继续学习。五、参考文献[1]梁延贵主编,现代集成电路实用手册可控硅触发电路分册,北京:科学技术文献出版社.2002.2[2]王兆安主编,电力电子技术.第四版.北京:机械工业出版社.2004.1[3]王云亮主编,电力电子技术.第一版.北京.电子工业出版社.2004.8[4]张青等，电气传动.北京：机械工业出版社.1994.4[5]吴忠智等，电力电子技术.西安：西安交通大学.1994.4沈阳大学