10~100V升降壓直流斬波實驗裝置

1、業(yè)大學電力電子技術(shù)課程設(shè)計（論文）題目 10100V升降壓直流斬波實驗裝置院（系）：電氣工程學院專業(yè)班級: 學 號: 學生姓名:（簽字）指導(dǎo)教師: 起止時間:本科生課程設(shè)計（論文） II課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學院教研室：電氣學生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計10100V升降壓直流斬波實驗裝置課題完成的設(shè)計任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參數(shù)實現(xiàn)功能為了電力電子技術(shù)課程的教學實驗，設(shè)計此裝置，使學生通過該裝置測試、 觀察升降壓直流斬波電路的各個參數(shù)及波形，應(yīng)用此裝置可驗證升降壓壓斬波的 相關(guān)理論知識。設(shè)計任務(wù)1、方案的經(jīng)濟技術(shù)論證。2、整流電路設(shè)計。3、通過計算選擇整流器件的 具體型號。4、斬

2、波電路設(shè)計。5、驅(qū)動電路設(shè)計或選擇。6、繪制相關(guān)電路圖。要求1、文字在4000字左右。2、文中的理論分析與計算要正確。3、文中的圖表工整、規(guī)范。4、元器件的選擇符合要求。技術(shù)參數(shù)1、交流電源：單相220乂 2、前級整流輸出電壓限制在 50V以內(nèi)。3、斬波 輸出電流最大值2A。4、負載：純電阻。5、斬波輸出直流電壓在10100V左右 可調(diào)。第1天：集中學習；第2天：收集資料；第3天：方案論證；第4天：整流 電路設(shè)計；第5天：斬波電路設(shè)計；第6天：驅(qū)動電路設(shè)計；第7天：元器件具 體選擇；第8天：在實驗室調(diào)試；第9天：總結(jié)并撰寫說明書；第10天：答辯平時:總成績:論文質(zhì)量:答辯:指導(dǎo)教師簽字:注：成

3、績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20%以百分制計算&啜Z V我哮本科生課程設(shè)計（論文） 10100V升降壓直流斬波實驗裝置是一種將固定電壓的交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)殡?壓可調(diào)的直流電能的高效節(jié)能電力電子裝置。自晶閘管問世以來，直流斬波器已 經(jīng)在工業(yè)部門的很多領(lǐng)域獲得了成功的應(yīng)用。盡管如此，適合電力電子課程實驗 教學需要的直流斬波裝置卻不多見。為了滿足教學需要，我們研制了10100V升降壓直流斬波實驗裝置。此裝置運用了整流電路，驅(qū)動電路和斬波電路三大部 分，可將單相220V交流電源變換成10至100V不等的直流電，并在示波器中給 予顯示?？勺寣W生客觀的了解電力變換的形式，更加強了學生的動手動腦能力。關(guān)

4、鍵詞：晶閘管；整流電路；斬波電路；占空比 a第1章緒論1.1電力電子技術(shù)概況1.2本文設(shè)計內(nèi)容第2章10100V升降壓直流斬波實驗裝置電路設(shè)計2.12210100V升降壓直流斬波實驗裝置總體設(shè)計方案具體電路設(shè)計2.2.1主電路設(shè)計 22.2.2整流電路設(shè)計錯誤！未定義書簽。2.2.3驅(qū)動電路設(shè)計 錯誤！未定義書簽。2.2.4升降壓電路的設(shè)計錯誤！未定義書簽。元器件型號選擇92.3.1整流電路的參數(shù)計算 92.3.2升降壓斬波電路的參數(shù)計算 10系統(tǒng)調(diào)試或仿真、數(shù)據(jù)分析 1122.32.414第3章課程設(shè)計總結(jié)參考文獻15本科生課程設(shè)計（論文） &啜Z V我哮本科生課程設(shè)計（論文） 第1章緒論1

5、.1電力電子技術(shù)概況所謂電力電子技術(shù)就是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。電子技術(shù)包括信息電子 技術(shù)和信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。具體的說，電力電子技術(shù)就是使 用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)。目前所用電力電子器件均由半導(dǎo) 體制成。電力電子技術(shù)所變換的“電力”，功率可以大到數(shù)百兆瓦甚至吉瓦，也可 以小至數(shù)瓦甚至毫瓦級。信息電子技術(shù)主要用于信息處理，而電力電子技術(shù)則主 要用于電力變換，這是二者本質(zhì)上的不同。電力變換的技術(shù)稱為變流技術(shù)。電力變換通?？煞譃樗拇箢悾唇涣髯冎绷鳎ˋC-DC）,直流變交流（DC-AC ），直流變直流（DC-DC）和交流變交流（AC-AC ）。 交流變直流稱為整流

6、，直流變交流稱為逆變。交流變交流可以是電壓或電力的變 換，稱作交流電力控制，也可以是頻率或相數(shù)的變換。直流變直流是指一種電壓（或電流）的直流變?yōu)榱硪环N電壓（或電流）的直流，可用直流斬波電路實現(xiàn)。電力電子技術(shù)是20世紀后半葉誕生和發(fā)展的一門嶄新技術(shù)。可以預(yù)見，在 21 世紀電力電子技術(shù)仍將以迅猛的速度發(fā)展。以計算機為核心的信息科學將是21世紀起主導(dǎo)作用的科學技術(shù)之一，這是毫無疑問的。有人預(yù)言，電力電子技術(shù)和 運動控制一起，將和計算機技術(shù)共同成為未來科學技術(shù)的兩大支柱。由此可見， 電力電子技術(shù)在21世紀中將會起著十分重要的作用，有著十分光明的未來。1.2本文設(shè)計內(nèi)容本文設(shè)計題目為10100V升降壓

7、直流斬波實驗裝置，其功能實現(xiàn)是為了 電力電子技術(shù)課程的教學實驗，設(shè)計此裝置，使學生通過該裝置測試、觀察升降 壓直流斬波電路的各個參數(shù)及波形，應(yīng)用此裝置可驗證升降壓壓斬波的相關(guān)理論 知識，使同學可以更好的學習電力電子技術(shù)這門課程。本課題給出的參數(shù)是：1、交流電源：單相220V。2、前級整流輸出電壓限制 在50V以內(nèi)。3、斬波輸出電流最大值2A。4、負載：純電阻。5、斬波輸出直流 電壓在10100V左右可調(diào)。第2章10100V升降壓直流斬波實驗裝置電路設(shè)計2.1 10100V升降壓直流斬波實驗裝置總體設(shè)計方案10100V升降壓直流斬波實驗裝置是應(yīng)用于實驗室的裝備，應(yīng)滿足便于操 作，安全系數(shù)高等特點

8、。其電源為單相220V交流電，所以需通過整流電路將其變 換為直流電后，再通過斬波電路調(diào)節(jié)其電壓，實驗裝置中還需加入驅(qū)動電路，并 進行元器件的選擇，繪制出合理的電路圖，最終在實驗室進行調(diào)試并更正。交流整流電路驅(qū)動電路1斬波電路V/圖2.1總電路圖直流2.2具體電路設(shè)計2.2.1主電路設(shè)計構(gòu)成此實驗裝置的總電路圖大概分為三大部分，分別為整流電路、斬波電 路和驅(qū)動電路。依次將交流電源變?yōu)橹绷麟娔?，再將直流電通過斬波電路進 行升降壓的選擇，使輸出直流電壓為 10100V可調(diào)。交流直流1=?圖2.2總電路圖4 R診攵尊本科生課程設(shè)計（論文）0 4 R個攵尊本科生課程設(shè)計（論文） 222整流電路整流電路尤

9、其是單相橋式可控整流電路是電力電子技術(shù)中最為重要，也是應(yīng) 用最為廣泛的電路。不僅應(yīng)用于工業(yè)，也廣泛應(yīng)用于交通運輸，電力系統(tǒng)，通信 系統(tǒng)，能源系統(tǒng)等其他領(lǐng)域。本實驗裝置采用單相橋式全控整流電路（所接負載 為純電阻負載）。在單項橋式全控整流電路中，晶閘管VT1和VT4組成一對橋臂，VT2和VT3 組 成另一對橋臂。在u2正半周（即a點電位高于b點電位），若4個晶閘 管均不導(dǎo) 通，負載電流id為零，ud也為零，VT1、VT4串聯(lián)承受電壓u2，設(shè)VT1 和VT4的漏電 阻相等，則各承受u2的一半。若在觸發(fā)角a處給VT1和VT4加 觸發(fā)脈沖，VT1、VT4即導(dǎo)通，電流從a端經(jīng)VT1、R、VT4流回電源b

10、端。當 u2為零時，流經(jīng)晶閘管 的電流也降到零，VT1和VT4關(guān)斷。在u2負半周，仍在觸發(fā)延遲角a處觸發(fā)VT2和VT3（ VT2和VT3的a =0 處為3 t= n ）, VT2和VT3導(dǎo)通，電流從電源的b端流出，經(jīng)VT3、R VT2流回電源a端。到u2過零時，電流又降為零，VT2和VT3關(guān)斷。此后又是VT1和yT4導(dǎo)通。如 此循環(huán)工作下去。晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為鄉(xiāng) U2和V2 U2。整流電壓平均值為1 沢廠1 + cos aU d = jJ2U 2sinBtd gt) =0.9U2jIa向負載輸出的直流電流平均值為 Ud|d=UR流過晶閘管的電流平均值為|dvTT/2| d

11、題目中要求前級整流輸出電壓限制在 50V以內(nèi)，輸入電壓U1為220V，則輸入電 壓U2最大為55V，變壓器匝數(shù)比N1:N2=4:1。本科生課程設(shè)計（論文） 222驅(qū)動電路設(shè)計嘰sum圖2.5驅(qū)動電路及SG3525引腳1：誤差放大器反向輸入端。&啜Z V我哮本科生課程設(shè)計（論文） 引腳引腳引腳引腳引腳引腳引腳引腳引腳引腳引腳引腳引腳引腳引腳2:誤差放大器同相輸入端。3:振蕩器外接同步信號輸入端。4:5:6:7:8:9:振蕩器輸出端。振蕩器定時電容接入端。 振蕩器定時電阻接入端。 振蕩器放電端。軟啟動電容接入端。PWM信號輸入端。10:外部關(guān)斷信號輸入端。11:輸出端A12:信號地13:輸出級偏置

12、電壓接入端14:輸出端B15:偏置電源接入端16:基準電源輸出端SG3525芯片特點如下：工作電壓范圍 8-35V。5.1V微調(diào)基準電源振蕩器頻率工作范圍1.2.3.100Hz-500kHz。4.5.6.7.8.具有振蕩器外部同步功能 死區(qū)時間可調(diào)。內(nèi)置軟啟動電路。具有輸入欠電壓鎖定功能。具有PWM鎖存功能禁止多脈沖。 逐個脈沖關(guān)斷。9. 雙路輸出 灌電流/拉電流Ma（峰值）其11和14腳輸出兩個等幅、等頻、相位互補、占空比可調(diào)的PWM信號。腳&腳7電路共同構(gòu)成SG3525的振蕩器。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端（腳3）。腳1及腳2 分別為芯片內(nèi)部誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。該放大器是一個兩

13、級差 分放大器。根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)、9和腳1之10腳的電壓為高電平時 11和14腳的電壓變?yōu)?0輸出。本科生課程設(shè)計（論文） crIIIII11HIIIII張w 叫扁盤A10 T先閉I)1A.R仃十、一4、III*立rV7II圖2.4電路內(nèi)部主電路和控制電路之間，用來對控制電路的信號進行放大的中間電路（即放大控制電路 的信號使其能夠驅(qū)動功率晶體管），稱為驅(qū)動電路。驅(qū)動電路的基本任務(wù)，就是將信息電子電路傳來的信號按照其控制目標的要求，轉(zhuǎn)換為 加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。對半控型器件只需提 供開通控制信號，對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號，以保

14、證 器件按要求可靠導(dǎo)通或關(guān)斷。223升降壓電路的設(shè)計升降壓斬波電路的原理圖如圖所示。設(shè)電路中電感 L值很大，電容C值也很大。 使電感電流iL和電容電壓及負載電壓uc基本為恒值。1 kOhm圖2.5升降壓斬波電路本科生課程設(shè)計(論文) &啜Z V我哮本科生課程設(shè)計(論文) 該電路的基本工作原理是：當可控開關(guān)V處于通態(tài)時，電源E經(jīng)V向電感L 供電使其儲存能量，此時電流為i1。同時，電容C維持輸出電壓基本恒定并向負 載R供電。此后，使V關(guān)斷，電感L中儲存的能量向負載釋放，電流為i2?？?見，負載電壓極性為上負下正，與電源電壓極性相反。T內(nèi)電感 L兩端電壓 U對時間的積分為零，即穩(wěn)態(tài)時，一個周期T0

15、ULdt = 0當V處于通態(tài)期間,UL = E ；而當V處于斷態(tài)期間，UL=_Uo。于是E t on U o t o f f所以輸出電壓為改變占空比a ,輸出電壓既可比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當ovaD11N4001L11 HC14.7 uFR11 Ohm圖2.7仿真電路圖通道反向IX.f：a-xsci時閭0.000 11適丄450,225 dVT1 4- -T2壬壬比例 1100 ms/DivX位養(yǎng) o/r加載b黑A汨!il道p 比例15 V嚴 位譽 3申c I 05&廣il道觸握比例|5忡邊沿位置 電平M I 0 匱-I 類型保存Ext. Triggerr丁工廠.Ifo 正弦I標確

16、I自動I耳本科生課程設(shè)計（論文） IX-SSC1T1 d勺T2T2-T1時間貓1通道A比例I SO比例15VQivK位g OY位胃fo加我 I 3爪 I a/b AC I Qi |&c r時間通道_啟ifi道上O.DOO s8.213 V俁存Ext Tr 池 gtrr比例 110 V/Div 位置 OAC I Q I DC - I 蘆觸撮邊沿 hB電平類型”正弦標準自型jr d1圖2.9占空比為76.6%&啜Z V我哮本科生課程設(shè)計（論文） 10100V升降壓直流斬波實驗裝置電路主要分為三個部分， 分別為整流電路 模塊，驅(qū)動電路模塊，斬波電路模塊。整流電路:是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種。 它

17、的作用是將交流電源變?yōu)橹?流電輸出。整流電路可分為相位控制整流電路和斬波控制整流電路。本實驗裝置 應(yīng)用的是單相橋式全控整流電路。斬波電路：它的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。本 裝置應(yīng)用升降壓斬波電路。通過控制占空比來實現(xiàn)電壓的升降。實驗裝置操作簡單，安全系數(shù)高。此斬波電路中IGBT的驅(qū)動信號由集成脈 寬調(diào)制控制器SG3525產(chǎn)生，由于它簡單可靠及使用方便靈活，大大簡化了脈寬 調(diào)制器的設(shè)計及調(diào)試。本裝置缺點在于沒有考慮電路中電力電子器件的保護，以及控制電路與主電 路的電氣隔離。斬波電路在實際應(yīng)用中需要注意以下問題：系統(tǒng)損耗的問題，柵 極電阻，驅(qū)動電路實現(xiàn)過流過壓保護的問題。這些問題還需要加以改正和修復(fù)。1234789參考文獻王兆安主編.電力電子技術(shù).第四版.北京：機械工業(yè)出版社，2003 黃操軍主編.變流技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用.中國水利水電出版