电力电子课程设计00001.docx
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电力电子课程设计00001
电力电子课程设计
________学院____专业姓名_____学号_____
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本科课程设计专用封面
设计题目:
Cuk变换器的设计与仿真
所修课程名称:
电力电子技术课程设计
修课程时间:
2013年06月17日至6月23日
完成设计日期:
2013年06月23日
评阅成绩:
评阅意见:
评阅教师签名:
年月日
Cuk变换器的设计与仿真
一.设计要求
1)完成Cuk变换器的设计、仿真;
2)设计要求:
输入:
DC100V;输出:
DC50~150V
二.题目分析
Cuk电路是一种可升降压的直流变换器电路,它基本可看成是升压电路和降压电路相结合产生的一种开关电路,其电原理图如图1所示
图1Cuk主电路图
基本工作原理为:
当控制开关VT处于通态时,E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分别流过电流。
当控制开关VT处于断态时,E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分别流过电流。
输出电压的极性与电源电压极性相反。
稳态时电容C的电流在一周期内的平均值应为零,也就是其对时间的积分为零,即
在书P127页的等效电路中,开关S合向B点时间即V处于通态的时间ton,则电容电流和时间的乘积为I2ton。
开关S合向A点的时间为V处于断态的时间toff,则电容电流和时间的乘积为I1toff。
由此可得
从而可得:
假设电容C很大使电容电压uc的脉动足够小,可得输出电压Uo与输入电压E的关系。
当V导通时,即开关S合到B点时,B点电压uB=0,A点电压uA=-uc。
当V截止时,即开关S合到A点时,uB=uc,uA=0,B点电压uB平均值为UB=toff.Uc/T
又因电感L1的电压平均值为零,所以E=UB=toff.Uc/T。
电感L2的电压平均值为零,A点的电压平均值为Ua=-ton.Uc/T
可得出输出电压Uo与电源电压E的关系
Cuk斩波电路有一个明显的优点,其输入电流和输出负载电流都是连续的,没有阶跃变化,有利于对输入输出进行滤波。
三.主电路设计、元器件选型及计算:
主电路设计:
结合CUK原理图设计为如下图2主电路图.
其中电路元件分别为:
直流电压源一个,电感两个,电解电容两个,电阻一个,
二极管一个,一个IGBT和触发电压。
图2Cuk主电路图
元器件计算及选型:
首先输入电流E=100V,开关频率f=20KHz,取R=10Ω。
输出电压U0=Ton*E/Toff=α*E/(1-α)=0.4×100/(1-0.4)=66.67V。
输出电流I2=U0/R=66.7/10=6.67A,输入电流I1=α*I2/(1-α)=4.45A。
电感取值L1=l2=1mH,电解电容取值C1=C2=30uF。
IGBT型号:
1XGH20N60A
二极管型号:
D1N5823
脉冲参数设置:
图3脉冲电压参数设置
四.主电路仿真分析
利用orCAD对电路仿真得到以下仿真波形:
脉冲电压波形
图4Ton期间脉冲为12V,Toff期间脉冲为-1V。
输入电压波形
图5
输出电压波形
图6输出电压=100*0.4/0.6=66.67V
输入电流波形
图7输入电流I1=α*I2/(1-α)=4.45A
图8
输出电流波形
图9输出电流I2=U0/R=66.7/10=6.67A
IGBT和二极管的两端电压
图10正方形为IGBT,菱形为二极管
通过IGBI和二极管的电流(正方形为IGBT,菱形为二极管)
图11
五.控制电路设计
控制原理:
下图所示是DC/DC变换器控制系统的控制电路。
专用触发芯片SG3525所产生的仅仅只是PWM控制信号,强度不够,不能够直接去驱动IGBT,中间还需要有驱动电路。
另外,主电路会产生很大的谐波,很可能影响到控制电路中PWM信号的产生。
因此,还需要对控制电路和主电路进行电气隔离。
图12
六.设计总结
首先,我们小组做的课题是Cuk变换器的设计与仿真。
通过书本和网上资料整理出有用的信息。
然后,我们通过计算,分析,分工合作以及集体讨论思考完成了此次课程设计。
在这次课程设计中,遇到了不少问题。
第一个问题是orCAD仿真软件的安装和使用,很不熟练,总是出现各种各样的错误,在同学的帮助下总算画好了原理图。
第二个问题就是电路元器件参数和型号的确定,虽然计算出器件参数,按计算的设置好后,在仿真时却发现实际输出电压和设定的输出电压相差甚远,仿出来的波形完全不同于理论上的波形,不论怎样修改参数,输出电压Uo总是上不去,达不到50V~150V的输出要求。
另外就是元件型号的确定,我们发现参数和型号的对应关系并不明显,不容易通过额定电压和额定电流来确定二极管和IGBT的型号。
最后在汤老师的帮助下,将电容换成了电解电容,在R两端接了一个电容,并将元器件的型号作了修改,这些问题才得到解决。
在解决这些问题的过程中,老师和同学的帮助很大,自己也收获颇多。
在这次课程设计中,通过查找资料,请教老师,询问同学,以及不懈的努力,学会了使用orCAD仿真软件,对Cuk变换器有了更深的理解,对电力电子这门课的应用加深了认识,也培养了自己独立思考的能力。
参考文献:
[1]王兆安编著.电力电子技术.北京:
机械工业出版社,2013年1月
设计计算(30分)
仿真验证(50分)
控制电路的设计
(20分)
总成绩
教师签名
根据课题参数进行分析
(10分)
电路主电路设计,主开关元器件的选型等
(20分)
仿真模型的建立
(20分)
仿真参数的设置
(15分)
仿真的效果
(15分)
评分表
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