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10100升降压直流斩波电路汇总
辽宁工业大学
电力电子技术课程设计(论文)
题目10〜100V升降压直流斩波实验装置
院(系):
工程技术学院
专业班级:
电气工程及其自动化13学号:
学生姓名:
(签字)
指导教师:
起止时间:
2015-11-23至2015-12-4
课程设计(论文)任务及评语
院(系):
工程技术学院教研室:
电气教研室
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课程设计{论文>任务
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因此随着电网结构的日趋紧密,过电流保护能否正确动作,对电力系统安全、稳定运行非常重要。 关键词: 晶闸管;整流电路;斩波电路;占空比: 第1章绪论1 1.1电力电子技术概况1 1.2本文设计内容1 第2章10〜100V升降压直流斩波实验装置电路设计2 2.110〜100V升降压直流斩波实验装置总体设计方案2 2.2具体电路设计2 2.2.1主电路设计2 2.2.2整流电路设计错误! 未定义书签。 2.2.3升降压电路设计错误! 未定义书签。 2.3元器件型号选择8 2.3.1整流电路的参数计算8 2.4电流保护9 2.5系统的调测与仿真11 2.6元器件的型号与选择12 第3章课程设计总结13 参考文献14 第1章绪论 1.1电力电子技术概况 所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。 电子技术包括信息电子技术和信息电子技术和电力电子技术两大分支。 具体的说,电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。 目前所用电力电子器件均由半导体制成。 电力电子技术所变换的“电力”,功率可以大到数百兆瓦甚至吉瓦,也可以小至数瓦甚至毫瓦级。 信息电子技术主要用于信息处理,而电力电子技术则主要用于电力变换,这是二者本质上的不同。 电力变换的技术称为变流技术。 电力变换通常可分为四大类,即交流变直流 (AC-DC,直流变交流(DC-AC,直流变直流(DC-DC和交流变交流(AC-AC。 交流变直流称为整流,直流变交流称为逆变。 交流变交流可以是电压或电力的变换,称作交流电力控制,也可以是频率或相数的变换。 直流变直流是指一种电压 (或电流)的直流变为另一种电压(或电流)的直流,可用直流斩波电路实现。 电力电子技术是20世纪后半叶诞生和发展的一门崭新技术。 可以预见,在21世纪电力电子技术仍将以迅猛的速度发展。 以计算机为核心的信息科学将是21世纪起主导作用的科学技术之一,这是毫无疑问的。 有人预言,电力电子技术和运动控制一起,将和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。 由此可见,电力电子技术在21世纪中将会起着十分重要的作用,有着十分光明的未来。 1.2本文设计内容 本文设计的功能是为了实现电力电子技术课程的教学实验,设计此装置,使学生通过该装置测试、观察升降压直流斩波电路的各个参数及波形,应用此装置可验证升降压斩波的相关理论知识,使同学可以更好的学习电力电子技术这门课程。 本课题给出的参数是: (1)交流电源: 单相220V° (2)前级整流输出电压限制在50V以内。 (3)斩波输出电流最大值2A0(4)负载: 纯电阻。 (5)斩波输出直流电压在10〜100V左右可调。 第2章10〜100V升降压直流斩波实验装置电路设计 2.110〜100V升降压直流斩波实验装置总体设计方案 10〜100V升降压直流斩波实验装置是应用于实验室的装备,应满足便于操作,安全系数高等特点。 其电源为单相220V交流电,所以需通过整流电路将其变换为直流电后,再通过斩波电路调节其电压,实验装置中还需加入驱动电路,并进行元器件的选择,绘制出合理的电路图,最终在实验室进行调试并更正。 交流0[fI整流电路I〔 直流 驼动电路 保护电路 图2.1总设计图 2.2具体电路设计 2.2.1主电路设计 构成此实验装置的总电路图大概分为四大部分,分别为整流电路、斩波电路,驱动电路和保护电路。 依次将交流电源变为直流电能,再将直流电通过斩波电路进行升降压的选择,使输出直流电压为10〜100V可调。 222整流电路设计 整流电路尤其是单相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要,也是应用最为广泛的电路。 不仅应用于工业,也广泛应用于交通运输,电力系统,通信系统,能源系统等其他领域。 本实验装置采用单相桥式全控整流电路(所接负载为纯电阻负载)。 在单相桥式全控整流电路中,晶闸管V_i和VT4组成一对桥臂,V一2和 V-3组成另一对桥臂。 在U2正半周(即a点电位高于b点电位),若4个晶闸管均不导通,负载电流'd为零,Ud也为零,VJV-4串联承受电压U2,设V"和V一4的漏电阻相等,则各承受U2的一半。 若在触发角a处给V-1和V一4加触发脉冲,V-1、V-4即导通,电流从a端经V-1、R、V-4流回电源b端。 当U2为零时,流经晶闸管的电流也降到零,V-1和V-4关断。 在U2负半周,仍在触发延迟角a处触发V一2和V一3(V-2和V-3的0处为7=二),V.2和VT3导通,电流从电源的b端流出,经V一3、R、V.2流回电源a端。 到 U2过零时,电流又降为零,V-2和V-3关断。 此后又是V-1和V-4导通。 如此循环工作下去。 晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为2U22和2U2。 1COS: 整流电压平均值为 —、、2U2sintd(t)二0.9U2VTi «3 题目中要求前级整流输出电压限制在50V以内,输入电压Ui为220V,贝U输入电压U2最大为55V,变压器匝数比Ni: N2=4: 1。 Ujidt 223驱动电路设计 : : : : : 花 iW彩 图2.4驱动电路及SG3525 1几*总rd UTLP2M J: «、 131LP25Q4 — 住B 1K3 U阴 13K 血: U.: : T 引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: 误差放大器反向输入端。 误差放大器同相输入端。 振荡器外接同步信号输入端。 振荡器输出端。 振荡器定时电容接入端。 振荡器定时电阻接入端。 振荡器放电端。 软启动电容接入端。 PW信号输入端。 10: 外部关断信号输入端。 11: 输出端A 12: 信号地 13: 输出级偏置电压接入端 14: 输出端B 15: 偏置电源接入端 引脚16: 基准电源输出端 SG3525芯片特点如下: (1)工作电压范围8-35v。 (2)5.1V微调基准电源 (3)振荡器频率工作范围100Hz-500kHz。 (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锁存功能禁止多脉冲。 (9)逐个脉冲关断。 (10)双路输出灌电流/拉电流Ma(峰值) 其11和14脚输出两个等幅、等频、相位互补、占空比可调的PWM言号。 脚&脚7内有一个双门限比较器内设电容充放电电路加上外接的电阻电容电路共同构成SG3525的振荡器。 振荡器还设有外同步输入端(脚3)。 脚1及脚2分别为芯片内部误差放大器的反相输入端、同相输入端。 该放大器是一个两级差分放大器。 根据系统的动态、静态特性要求在误差放大器的输出脚9和脚1之间一般要添加适当的反馈补偿网络另外当10脚的电压为高电平时11和14脚的电压变为10输出。 主电路和控制电路之间,用来对控制电路的信号进行放大的中间电路(即放大控制电路的信号使其能够驱动功率晶体管),称为驱动电路。 驱动电路的基本任务,就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求,转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间,可以使其开通或关断的信号。 对半控型器件只需提供开通控制信号,对全控型器件则既要提供开通控制信号,又要提供关断控制信号,以保证器件按要求可靠导通或关断 224升降压电路的设计 升降压斩波电路的原理图如图所示。 设电路中电感L值很大,电容C值也很大。 使电感电流iL和电容电压及负载电压uc基本为恒值。 该电路的基本工作原理是: 当可控开关V处于通态时,电源E经V向电感L供电使其储存能量,此时电流为Ii。 同时,电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。 此后,使V关断,电感L中储存的能量向负载释放,电流为12。 可见,负载电压极性为上负下正,与电源电压极性相反。 稳态时,一个周期T内电感L两端电压U对时间的积分为零,即 T 0ULd「° 当V处于通态期间,uL=e;而当V处于断态期间,Ul「-U。 。 于是 Eton=U°toff 改变占空比: ,输出电压既可比电源电压高,也可以比电源电压低。 当Ov: v、时为降压,当12v: v1时为升压,因此该电路称为升降压斩波电路。 也 有文献直接按英文称之为buck-boost变换器(Buck-boostConverter)。 2.3元器件型号选择 2.3.1整流电路的参数计算 (1)由于任务书中要求前级整流输出电压限制在50V以内,通过计算变压 器匝数比应控制在4: 1左右。 aN1 U2N2 U1=220VU2=50V (2)考虑到晶闸管的安全裕量, Umax=2Uvt=、255=78.5 UN=(2〜3)Umax=(2~3)78.5=157~235.5V IN=(1.5〜2)|VT=(1.5〜2)4=6〜8A 额定电压uN范围是283-424V,额定电流IN的范围是6-8A。 (1)由于斩波输出最大电流为2A,斩波电路通过控制占空比: 来实现升降压,根据公式 1 I2|1 1a1 El—U0I2 已知电源E最大值为50V,输出电压uo的范围是10V至100V,代入公式, 经计算占空比应控制在16.7%-66.7%。 (2)另外,二极管允许通过的最大电流时2A。 2.4电流保护及电压保护 (1)过电流保护(OverCurrentProtection)就是当电流超过预定最大值时,使保护装置动作的一时限保证动作的选择性,使断路器跳闸或给出报警信号。 过 电流保护一般分为定时限与反时限过流保护,电流速断保护,中性点不接地系统的单相接地保护。 由电流继电器,时间继电器和信号继电器组成,电流互感器和 电流继电器组成测量元件,用来判断通过线路电流是否超过标准,时间继电器为延时元件,它以适当的延时来保证装置动作有选择性,信号继电器用来发出保护动作信号。 正常运行时,电流继电器和时间继电器的触点都是断开的,当被保护区故障或电流过大时,电流继电器动作,通过其触点启动时间继电器,经过预定的延时后,时间继电器触点闭合,将断路器跳闸线圈接通,断路器跳闸,故障线路被切除,同时启动了信号继电器,信号牌掉下,并接通灯光或音响信号。 图2.8电压保护 (2)由于晶闸管的正常运行电压与其击穿电压非常接近,而晶闸管承受过电 压的能力差,发生过电压时会使元件损坏,所以必须采取有效措施对晶闸管及由它组成的可控整流电路进行保护。 采用阻容吸收过电压保护装置,保护电路见图中的a部分(实选阻容吸收装 置为A形接法)。 采用压敏电阻保护装置,保护电路见图中的b部分。 由于晶闸管的热时间常数小,过电流能力差,所以应该采用有效措施对晶闸管及由它组成的可控整流电路进行保护。 保护措施中最后一道防线必须采用快速熔断器,保护方式见图中c部分。 采用压敏电阻保护装置,保护电路见图中的d部分. 以上是我们对晶闸管可控整流电路保护环节的介绍,在使用这种方法还需做到如下说明: 第一,上述计算方法对所有晶闸管可控整流电路保护环节的参数计算都适用。 第二,对于采用单相可控整流电路供电的系统或者采用三相可调整流电路供电的中小容量系统,在交流侧变压器原边可不采用阻容吸收保护。 第三,由于直流侧采用阻容吸收保护会影响系统的快速性使其达不到预期的指标,所以可直接采用压敏电阻进行保护而不用阻容吸收。 2.5元器件的型号选择 表2.5器件参数表 器件 符号 器件 符号 变压器 N1: N2=4: 1 电容 C 晶闸管 VT1 电阻 R1 晶闸管 VT2 电阻 R2 晶闸管 VT3 二极管 VD 晶闸管 VT4 电力MOSFET V -H-LJL心片 SG3525 电感 L 2.6系统调试及仿真 图2.9仿真电路图 图2.10仿真波形 第3章课程设计总结 10〜100V升降压直流斩波实验装置电路主要分为四个部分,分别为整流电 路模块,驱动电路模块,斩波电路模块和保护电路模块。 整流电路是电力电子电路中出现最早的一种。 它的作用是将交流电源变为直流电输出。 整流电路可分为相位控制整流电路和斩波控制整流电路。 本实验装置应用的是单相桥式全控整流电路。 斩波电路它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。 本装置应用升降压斩波电路。 通过控制占空比来实现电压的升降。 实验装置操作简单,安全系数高。 此斩波电路中IGBT的驱动信号由集成脉宽调制控制器SG3525产生,由于它简单可靠及使用方便灵活,大大简化了脉宽调制器的设计及调试。 本装置缺点在于没有考虑控制电路与主电路的电气隔离以及没有精确的得出仿真波形。 斩波电路在实际应用中需要注意以下问题: 系统损耗的问题,栅极电阻的问题。 这些问题还需要加以改正和修复。 参考文献 [1]王兆安主编•电力电子技术•第四版•北京机械工业出版社,2010 [2]黄操军主编•变流技术基础及应用•中国水利水电出版社,2012 [3]方大千主编•实用晶闸管电路•中国水利水电出版社,2012 [4]郝万新主编•电力电子技术•化学工业出版社,2012 [5]孟志强主编•晶闸管中频感应逆变电源的附加振荡启动方法,2009 ⑹吕宏主编•电力电子技术•感应加热电源的PWM-PF控制方法,2012 [7]吴雷主编•电力电子技术•基于DSP大功率中频感应焊机的研究,2013 [8]李金刚主编•基于DSP感应加热电源频率跟踪控制的实现,2012 [9] ,2009 2014 周渊深主编•电力电子技术与MATLAB^真•中国电力出版社,2010 [10]王晶主编•电力系统的MATLAB/SIMULINK仿真与应用•西安电子科技大学出版社 [11]祖德主编•系统工程与电子技术•基于滑模变结构的控制策略的直流斩波器设计, [12]张轶婷主编•光伏发电逆变器及控制策略的研究•武汉科技大学出版社.2014 [13]王鹏主编•磁阀式可控电抗器的响应特性研究•山东大学出版社.2014 [14]王蛊安主编•直流斩波电路的MATLAB^究•电子技术与软件工程.2013 [15]孙刚主编•升降压式直流斩波器•电力电子技术出版社.2009
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