电力电子实训报告.docx
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电力电子实训报告
电力电子实训报告
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电气学号:
一、电力电子实训的目的和任务
电力电子技术是研究利用电力电子器件、电路理论和操纵技术,实现对电能的操纵、变换和传输的科学,其在电力、工业、交通、通信、航天等专门多领域具有广泛的应用。
电力电子技术不但本身是一项高新技术,而且依旧其它多项高新技术进展的基础。
因此提高学生的电力电子领域综合设计和综合应用能力是教学打算中必不可少的重要一环。
通过电力电子系统实训需要从以下几方面入手:
1.培养我们的文献检索的能力;
2.培养我们综合分析问题、发觉问题和解决问题的能力;
3.培养我们运用知识的能力和工程设计的能力;
4.提高我们的电力电子装置分析和设计能力。
二、实践的内容
1、设计晶闸管SCR的触发电路
2、设计电力场效晶体管MOSFET的差不多驱动电路和设计可关断晶闸管GTO的差不多驱动电路
3.MOSFET降压斩波电路设计
设计条件:
a、输入直流电压:
Ud=100V
b、开关频率5KHz
c、占空比10%~90%
d、输出电压脉率:
小于10%
三、设计差不多要求
依照设计题目,收集相关资料、设计主电路、驱动电路、操纵电路,撰写设计报告;用protell画出主电路、驱动电路、操纵电路原理图;说明主电路的工作原理、驱动电路的工作原理、操纵电路的工作原理。
四、电力电子系统的构成
由操纵电路〔ControlCircuit〕、驱动电路〔DrivingCircuit〕和以电力电子器件为核心的主电路〔MainCircuit〕组成。
操纵电路按系统的工作要求形成操纵信号,通过驱动电路去操纵主电路中电力电子器件的通或断,来完成整个系统的功能。
有的电力电子系统中,还需要有检测电路。
广义上往往其和驱动电路等主电路之外的电路都归为操纵电路,从而粗略地说电力电子系统是由主电路和操纵电路组成的。
主电路中的电压和电流一样都较大,而操纵电路的元器件只能承担较小的电压和电流,因此在主电路和操纵电路连接的路径上,如驱动电路与主电路的连接处,或者驱动电路与操纵信号的连接处,以及主电路与检测电路的连接处,一样需要进行电气隔离,通过其它手段如光、磁等来传递信号。
图1-1电力电子器件在实际应用中的系统组成
五、晶闸管的触发电路
晶闸管的触发电路作用:
产生符合要求的门极触发脉冲,保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。
广义上讲,还包括对其触发时刻进行操纵的相位操纵电路
晶闸管触发电路应满足以下要求:
〔1〕触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通〔结合擎住电流的概念〕;〔2〕触发脉冲应有足够的幅度;〔3〕不超过门极电压、电流和功率定额,且在可靠触发区域之内;〔4〕应有良好的抗干扰性能、温度稳固性及与主电路的电气隔离
图1-2 理想的晶闸管触发脉冲电流波形
t1~t2−脉冲前沿上升时刻〔<1μs〕
t1~t3−强脉宽度IM−强脉冲幅值〔3IGT~5IGT〕
t1~t4−脉冲宽度 I−脉冲平顶幅值〔1.5IGT~2IGT〕
V1、V2构成脉冲放大环节脉冲变压器TM和附属电路构成脉冲输出环节,V1、V2导通时,通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲,VD1和R3是为了V1、V2由导通变为截止时脉冲变压器TM开释其储存的能量而设
六、驱动电路
图1-3常见的晶闸管触发电路
主电路与操纵电路之间的接口,使电力电子器件工作在较理想的开关状态,缩短开关时刻,减小开关损耗,对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。
对器件或整个装置的一些爱护措施也往往设在驱动电路中,或通过驱动电路实现。
驱动电路的差不多任务:
将信息电子电路传来的信号按操纵目标的要求,转换为加在电力电子器件操纵端和公共端之间,能够使其开通或关断的信号;对半控型器件只需提供开通操纵信号;对全控型器件那么既要提供开通操纵信号,又要提供关断操纵信号。
驱动电路还要提供操纵电路与主电路之间的电气隔离环节,一样采纳光隔离或磁隔离。
光隔离一样采纳光耦合器,磁隔离的元件通常是脉冲变压器。
电力MOSFET的一种驱动电路:
电气隔离和晶体管放大电路两部分。
无输入信号时高速放大器A输出负电平,V3导通输出负驱动电压。
当有输入信号时A输出正电平,V2导通输出正驱动电压 。
七、降压斩波电路的设计
1.主电路
斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机,也可带蓄电池负载,两种情形下负载中均会显现反电动势,如图中EM所示。
工作原理:
t=0时刻驱动V导通,电源E向负载供电,负载电压uo=E,负载电流io按指数曲线上升;
t=t1时刻操纵V关断,负载电流经二极管VD续流,负载电压uo近似为零,负载电流呈指数曲线下降。
为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大。
电流连续时,负载电压平均值
ton——V通的时刻toff——V断的时刻a--导通占空比
Uo最大为E,减小占空比a,Uo随之减小。
因此称为降压斩波电路。
负载电流平均值
电流断续时,Uo被抬高,一样不期望显现。
2、隔离驱动
图中是一种采纳光耦合隔离的由V2、V3组成的驱动电路。
当操纵脉冲使光耦关断时,光耦输出低电平,使V2截至,V3导通,MOSFET在DZ1反偏作用下关断。
当操纵脉冲使光耦导通时,光耦输出高电平,使V2导通,V3截至,经VCC、V2、RG产生的正向驱动电压使MOS管开通。
电源+VCC可由DC/DC芯片提供。
3、模拟操纵
降压斩波电路的模拟操纵采纳PWM操纵芯片SG3525组成的PWM发生电路输出PWM操纵信号,操纵MOS管的导通和关断。
以下图为该芯片的引脚功能及应用电路。
SG3525脉宽调制型操纵器是美国通用电气公司的产品,作为SG3524的改进型,更适合于运用MOS管作为开关器件的DC/DC变换器,它是采纳双级型工艺制作的新型模拟数字混合集成电路,性能优异,所需外围器件较少。
可直截了当驱动功率MOS管,工作频率高达400KHz。
1脚:
误差放大器的反相输入端;
2脚:
误差放大器的同相输入端;
3脚:
同步信号输入端,同步脉冲的频率应比振荡器频率fS要低一些;
4脚:
振荡器输出;
5脚:
振荡器外接电容CT端,振荡器频率fs=1/CT〔0.7RT+3R0〕,R0为5脚与7脚之间跨接的电阻,用来调剂死区时刻,定时电容范畴0.001~0.1μF;6脚:
振荡器外接定时电阻RT端,RT值为2~150kΩ;
7脚:
振荡器放电端,用外接电阻来操纵死区时刻,电阻范畴为0~500Ω;
8脚:
软启动端,外接软启动电容,该电容由内部Vref的50μA恒流源充电;
9脚:
误差放大器的输出端;
10脚:
PWM信号封锁端,当该脚为高电平常,输出驱动脉冲信号被封锁,该脚要紧用于故障爱护;
11脚:
A路驱动信号输出;
12脚:
接地;
13脚:
输出集电极电压;
14脚:
B路驱动信号输出;
15脚:
电源,其范畴为8~35V;
16脚:
内部+5V基准电压输出。
八、直流变换电路的PWM操纵技术
直流斩波电路实际上确实是直流PWM电路,是PWM操纵,技术应用较早也成熟较早的一类电路,应用于直流电动机调速系统就构成广泛应用的直流脉宽调速系统。
九、双极性电压开关PWM操纵方式
开关原理:
直流操纵电压与三角波电压比较产生两组开关的PWM操纵信号:
1)当ur>uc时,T1和T4导通,T2和T3关断;
2)当urPWM操纵的差不多原理
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
正弦半波N等分,可看成N个彼此相连的脉冲序列,宽度相等,但幅值不等。
用矩形脉冲代替,等幅,不等宽,中点重合,面积〔冲量〕相等
宽度按正弦规律变化
SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形
要改变等效输出正弦波幅值,按同一比例改变各脉冲宽度即可
利用MOSFET构成升压型DC/DC变换器,
输入电压:
9—12V;
输出电压:
100V;
输出电流:
100mA;
电源电压调整率不大于1%,负载调整率不大于1%。
1.电路结构的确定
由于没有要求DC/DC变换器的输入与输出之间电气隔离,从变换的角度器效率的角度考虑,非隔离的变换器效率比隔离变换器效率高,因此采纳非隔离的升压型变换器电路结构。
为了尽可能降低输出电压的纹波和尖峰电压,变换器的工作方式为电流断续型,即电感电流是断续的。
2.操纵电路的选择
最可靠的操纵方式是峰值电流型操纵方式,最简单的峰值电流型操纵IC是UC3842系列。
由于输入电压范畴是9—12V的电压不能启动UC3842,需要附加启动电路,但如此会使电路变得复杂。
应选择UC3842的姊妹型号,即启动电压8.5V的UC3843或UC3844的姊妹型号UC3845。
3.电路参数的设计
如此在连续的状态下,在电源电压最低〔9V〕、输出电压为100V时,对应的占空比为:
对应的开关管导通时刻与电感开释储能的连续时刻比为0.91:
0.09。
假如开关管的最大导通占空比为0.5,那么对应的电感开释储能的〝占空比〞d为:
对应的电感电流峰值为:
依照电流断续或电流临界状态下的输出电压与输入电压的关系,在频率50kHz,对应的开关周期为20μs,对应的开关管的导通时刻为10μs,能够推导出电感的电感量为
4.其他要紧元件的选择
a.开关管的选择。
开关管选择MOSFET,因为低压应用领域MOSFET的导通电压是最低的,而且也不需要专门大的驱动电流。
在那个实例中,由于电压达到了100V,开关管上的峰值电压可不能低于100V,因此开关管的耐压应选择100V以上的器件。
能够选择IRF640〔额定电压为200V,额定电流为18A,导通电阻为0.18Ω,外加散热器〕
b.输出二极管的选择。
输出二极管的额定电压应选择100V以上,额定电流选择4A。
能够选择快速二极管。
MUR420〔额定电压200V,额定电流4A〕
c.输出滤波电容的选择。
输出滤波电容选择160V/47μF,能够降低电容的纹波和尖峰。
d.输入旁路电容的选择。
输入旁路电容器能够选用16V/470μF。
e.滤波电路的选择。
一样说来,将输出二极管和滤波电容器连接端作为变换器输出就能够了,然而通常其输出电压尖峰比较大,需要通过一级LC滤波电路,能够由10μH电感和3.9μF电容器构成。
MOSFET降压斩波电路设计原理图
电力电子系统实训报告
姓名:
刘利军
班级:
电气701班
学号:
07010092
指导老师:
张艳肖
2020年11月