电力电子技术课程设计报告Word文档格式.docx
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SG3525;
SIMULINK;
PWM;
Protel
1概述…………………………………………………………3
2课程设计任务及要求………………………………………3
2.1设计任务……………………………………………………3
2.1设计要求……………………………………………………3
3设计理论……………………………………………………4
3.1升压斩波工作原理…………………………………………4
3.2驱动电路选择………………………………………………5
4仿真设计MATlAB…………………………………………6
4.1仿真模型…………………………………………………6
4.2仿真实验结果及分析……………………………………7
4.3仿真实验结论……………………………………………9
5仿真实验结论……………………………………………10
6参考文献…………………………………………………10
1概述
直流斩波电路作为将直流电变成另一种固定电压或可调电压的DC-DC变换器,在直流传动系统、充电蓄电电路、开关电源、电力电子变换装置及各种用电设备中得到普通的应用.随之出现了诸如降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、复合斩波电路等多种方式的变换电路.直流斩波技术已被广泛用于开关电源及直流电动机驱动中,使其控制获得加速平稳、快速响应、节约电能的效果。
全控型电力电子器件IGBT在牵引电传动电能传输与变换、有源滤波等领域得到了广泛的应用。
但以IGBT为功率器件的直流斩波电路在实际应用中需要注意以下问题:
(1)系统损耗的问;
(2)栅极电阻;
(3)驱动电路实现过流过压保护的问题。
2课程设计任务及要求
2.1设计任务:
理论设计:
了解掌握BoostChopper电路的工作原理,设计BoostChopper电路的主电路和控制电路。
包括:
IGBT电流、电压额定的选择;
驱动、保护电路的设计;
画出完整的主电路原理图和控制电路原理图
仿真实验:
利用Matlab仿真软件对BoostChopper电路主电路和控制电路进行仿真建模,并进行仿真实验。
2.2设计要求
对BoosrChopper电路的主电路和控制电路进行设计。
分两组参数,每组参数如下:
(1)直流电压E=50V,负载中R=20Ω,L、C值极大,
=30V。
(2)直流电压E=200V,负载中R=20Ω,L、C值极大。
3设计理论
3.1升压斩波工作原理
主电路工作原理
假设L值、C值很大,V通时,E向L充电,充电电流恒为I1,同时C的电压向负载供电,因C值很大,输出电压uo为恒值,记为Uo。
设V通的时间为ton,此阶段L上积蓄的能量为EI1ton
V断时,E和L共同向C充电并向负载R供电。
设V断的时间为toff,则此期间电感L释放能量为
稳态时,一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等
化简得:
,输出电压高于电源电压,故称升压斩波电路。
也称之为boostchooper变换器。
——升压比,调节其即可改变Uo。
将升压比的倒数记作β,即
。
和导通占空比,有如下关系:
因此,可表示为
升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因:
L储能之后具有使电压泵升的作用
电容C可将输出电压保持住
3.2驱动电路选择
IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。
门极电路的正偏压uGS、负偏压-uGS和门极电阻RG的大小,对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及du/dt电流等参数有不同程度的影响。
其中门极正电压uGS的变化对IGBT的开通特性,负载短路能力和duGS/dt电流有较大的影响,而门极负偏压对关断特性的影响较大。
同时,门极电路设计中也必须注意开通特性,负载短路能力和由duGS/dt电流引起的误触发等问题。
根据上述分析,对IGBT驱动电路提出以下要求和条件:
(1)由于是容性输出输出阻抗;
因此IBGT对门极电荷集聚很敏感,驱动电路必须可靠,要保证有一条低阻抗的放电回路。
(2)用低内阻的驱动源对门极电容充放电,以保证门及控制电压uGS有足够陡峭的前、后沿,使IGBT的开关损耗尽量小。
另外,IGBT开通后,门极驱动源应提供足够的功率,使IGBT不至退出饱和而损坏。
(3)门极电路中的正偏压应为+12~+15V;
负偏压应为-2V~-10V。
(4)IGBT驱动电路中的电阻RG对工作性能有较大的影响,RG较大,有利于抑制IGBT的电流上升率及电压上升率,但会增加IGBT的开关时间和开关损耗;
RG较小,会引起电流上升率增大,使IGBT误导通或损坏。
RG的具体数据与驱动电路的结构及IGBT的容量有关,一般在几欧~几十欧,小容量的IGBT其RG值较大。
(5)驱动电路应具有较强的抗干扰能力及对IGBT的自保护功能。
IGBT的控制、驱动及保护电路等应与其高速开关特性相匹配,另外,在未采取适当的防静电措施情况下,IGBT的G~E极之间不能为开路。
IGBT驱动电路分类驱动电路分为:
分立插脚式元件的驱动电路;
光耦驱动电路;
厚膜驱动电路;
专用集成块驱动电路。
本文设计的电路采用的是专用集成块驱动电路。
IGBT驱动电路分析随着微处理技术的发展(包括处理器、系统结构和存储器件),数字信号处理器以其优越的性能在交流调速、运动控制领域得到了广泛的应用。
一般数字信号处理器构成的控制系统,IGBT驱动信号由处理器集成的PWM模块产生的。
而PWM接口驱动能力及其与IGBT的接口电路的设计直接影响到系统工作的可靠性。
因此本文采用SG3525设计出了一种可靠的IGBT驱动方案。
4仿真设计MATlAB
物理仿真需要进行大量的设备制造、安装、连接及调试工作,其投资大、周期长、灵活性差、改变参数难、模型难以重用,且实验数据处理也不方便。
但是计算机仿真却可以很好的解决这个问题。
只要有一台计算机就可以对不同的控制系统进行仿真和研究,而且进行一次仿真实验研究的准备工作也比较简单,主要是控制系统的建模、控制方式的确立和计算机编程。
本系统采用Matlab自带的动态仿真集成环境-Simulink进行仿真。
Simulink是一个用来对动态系统进行仿真和分析的软件包。
它支持连续、离散、及两者混合的线性和非线性系统。
它为用户提供了一个图形化得用户界面(GUI)。
它与用微分方程和差分方程建模的传统仿真相比具有更直观、更方便、更灵活的优点。
4.1仿真模型
Mdl文件是simulinkg仿真工具箱仿真所设计的文件。
它具有功能强大,而且包含了常用的大部分元器件仿真数学模型,形象易懂,便于设计。
该设计的仿真模型如图1所示:
simulink仿真模型图
simulink仿真模型图中DCvoltagesource是电压源,提供50V点直流电压。
L为电感。
Diode为电力二极管,单项导通,阻止电流反向流动。
C为电容。
IGBT为斩波器件,R为负载。
CurrentMeasurement1用来测量流经L的电流。
CurrentMeasurement2用来测量负载电流。
CurrentMeasurement3用来测量流经电容C的电流。
current为流经IGBT的电流,IGBTvoltage为IGBT两段的电压。
Scope为示波器。
PulseGenerator为PWM脉冲发生器,调节其占空比就可以控制输出电压的大小。
4.2仿真实验结果及分析
周期设为1KHz,占空比为50%,电感为10mH,电容为2200uF,负载为100
时进行仿真,仿真结果如下:
图2-0-1负载电压98.2V
图2-0-2流经电感L的电流值为0.982A
由图2-0-1中V1可以看到负载两端的电压与输入电压基本上成2倍的关系。
即
(V)
满足理论计算公式(1-4),由仿真结果知,原理图设计是对的。
负载不变为100
,频率1KHz,占空比变化时,输出电压,与输入电压和电路参数之间的关系。
占空比55%
图2-6-1负载电压109.1V
图2-6-2流经电感L的电流值为1.09A
从图2-6-1负载电压可以看出负载电压约为109.1V,基本上符合理论计算:
占空比为95%
图2-10-1负载电压942V
图2-10-2流经电感L的电流值为9.42A
从图2-10-1负载电压可以看出负载电压约为942V,基本上符合理论计算:
(V)
4.3仿真实验结论
由图(图2-0),在占空比为50%时,输出电压可以看到负载两端的电压与输入电压基本上成2倍的关系。
满足理论计算公式(1-4),由仿真结果知,该原理图设计是对的。
5仿真实验结论
现在我们所使用到能源中电能占了很大的比重,它具有成本低廉,输送方便,绿色环保,控制方便能很容易转换成其他的信号等等。
我们的日常生活已经离不开电了。
在如今高能耗社会,合理的利用电能,提高电能品质和用电效率成为了全球研究的当务之急。
而《电力电子技术》正是与这一主题相关联的。
直流升压斩波电路是里面的一部分,它开关电源,与线性电源相比,具有绿色效率高,控制方便,智能化,易实现计算机控制。
在做课程设计的这段时间里,通过不断地查找资料,最升压斩波电路有了一定的理解。
并且在matlab中仿真实现了。
在做课程设计过程中,我对matlab在仿真中的应用有了进一步的了解和掌握。
Matlab在电力电子方面的仿真应用时,可以将电力电子电路输出效果图形化,形象直观,可以帮助我们对电路的理解。
通过仿真实验和对仿真实验得到的输出波形的分析可知,在直流生涯斩波电路中电感电容的对其负载电压的影响。
虽然理想的电感电容值为无穷大,但这在现实设计中是不可能实现的。
如选取电感电容值极大这必将和减小成本成为矛盾,而且由以上的仿真分析可知它也将和Boost启动时调节时间成为矛盾。
所以在设计时要综合考虑多方面的因素来选取合适的电感电容值!
经过这次课程设计,我认识到自己还有很多东西需要进一步加强学习,而且要把理论联系实践来学习,不仅要懂理论知识,还要懂如何作出实践。
6参考文献
【1】《电力电
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- 关 键 词:
- 电力 电子技术 课程设计 报告