电力电子课程设计

电力电子课程设计,2010,年,6,月,1,、把从电力电子技术及其它先修课程（电工基础、电子技术、电机学等）中所学到的理论和实践知识，在课程设计实践中全面综合的加以运用，使这些知识得到巩固、提高，并使理论知识与实践技能密切结合起来。,2,、初步树立起正确的设计思想，掌握一般电力电子电路设计的基本方法和技能，培养观察、分析和解决问题及独立设计的能力，训练设计构思和创新能力。,3,、培养具有查阅参考文献和技术资料的能力，能熟悉或较熟悉地应用相关手册、图表、国家标准，为今后成为一名合格的电气工程技术人员进行必须的基本技能和基本素质训练。,课程设计目的,1,、根据设计题目要求正确选择控制方案，查阅参考资料（注：具体的题目设计要求见各设计题）；,2,、绘制电气控制原理图，包括主电路图及触发电路图,(,或驱动电路图,),，正确选择或设计元器件，订列元器件目录清单；,3,、设计部分工艺图纸（电气控制图，电器元件布置图，安装接线图）；,4,、编制完整的设计说明书。,课程设计任务及要求,封面,目录,1,、设计目的,2,、设计任务,3,、主要技术参数；,4,、设计内容（包括电路的框图、工作原理、,元器件选择和设计，绘制相关图纸）,5,、设计小结,6,、参考文献,附录（电路图、波形图、元器件清单）,设计说明书要求,系统说明设计过程中所考虑的问题及一切计算，包括与计算有关的必要简图。,计算正确完整，文字简洁流畅，书写整齐清晰。,设计,说明书用,16,开,报告纸，按规范的顺序与格式书写，注明页次并编写目录，最后加封面装订成册。,设计,说明书中的图用,铅笔,绘制，电气符号符合国家标准，波形图注意对应关系。,元器件清单包括名称、型号。,设计说明书不少于,30,页,，总字数为,6000,8000,字。,设计,说明书装订，材料袋装。,一、直流稳压电源的设计,1.,技术参数：装置输入电源为三相,U,L,=380V,工频交流电源，输出直流电压,0,200V,，输出电流,100A,，当电流降为,5A,时电流开始断续，,L,B,=1mH,。,2.,设计要求：,设计主电路及电气控制电路，建议主电路为三相桥式全控整流电路；,选择主电路所有图列元件，并给出清单；,选择触发电路及其同步信号；,绘制装置总体电路原理图，绘制电路所有点电压、电流及元器件,(,晶闸管等,),两端电压波形（汇总绘制，注意对应关系）；,编制设计说明书。,已知条件：,输入电源：三相,U,L,=380V,工频交流电源，,主电路结构：三相桥式全控整流电路,负载性质：电阻电感负载,输出：直流电压,0,200V,，电流,100A,当电流降为,5A,时电流开始断续，,L,B,=1mH,。,电路结构、工作原理和波形,主电路的设计,整流变压器额定参数计算,整流元件的计算和选择,晶闸管保护电路的计算,电抗器的参数计算,主电路计算,计算变压器二次侧电压和电流,U,2,和,I,2,计算变压器变比,晶闸管的选择（额定电压、额定电流）考虑裕量,晶闸管保护环节，包括交流侧过电压保护和晶闸管两端的过电压保护、过电流保护等。,过电压保护：阻容保护；,过电流保护：熔断器保护,电抗器的参数计算,触发电路的设计,对触发电路的要求,KC04,集成移相触发器,可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成，脉冲输出等几部分电路,KC04,组成的移相式触发电路,KC41C,原理图及其外部接线图,六路双脉冲发生器,KC41C,脚是六路脉冲输入端,(,如三片,KC04,的六个输出脉冲,),，每路脉冲由输入二极管送给本相和前相，再由,T,1,T,6,组成的六路电流放大器，分六路输出。,T,7,组成电子开关，当控制端,脚接低电平时，,T,7,截止，,(10),(15),脚有脉冲输出。当,脚接高电平时，,T,7,导通，各路输出脉冲被封锁。,三相全控桥整流电路的集成触发电路,三相同步变压器的接法与钟点数,（,12,种）,同步变压器选择,辅助电源设计（,+15V,，,-15V,）,反馈控制电路,电压负反馈,技术参数：装置输入电源为单相工频交流电源（,220V,+,20,），输出电压,V,o,=24V,，输出电流,I,o,=5A,，最大输出纹波电压,100mV,，工作频率,f,=100kHz,。,二、直流开关电源的设计,2,、设计要求：,设计主电路，建议主电路为：整流部分是桥式二极管整流，大电容滤波，,DC/DC,部分采用半桥变换器，主功率管用,MOSFET,；,选择主电路所有图列元件，并给出清单；,设计,MOSFET,驱动电路及控制电路；,绘制装置总体电路原理图，绘制：单相桥式整流电路各点电压波形；,MOSFET,驱动电压、半桥电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形（将波形分别汇总绘制，注意对应关系）；,编制设计说明书、设计小结。,1,、确定变比,K,V,o,是输出电压，,V,D,是输出整流二极管的通态压降，,V,Lf,是输出滤波电感上的直流压降 。,V,Lf,=0.5V,2,、滤波电感的计算,经验算法一般选择输出滤波电感电流的脉动为最大输出电流的,20%,，这样本模块电源的输出滤波电感电流的脉动可选为,Io *,20%=,A,，也就是当输出电流在,I,Omin,= Io *10%=,A,时应保证输出滤波电感电流连续，输出滤波电感可按下式计算：,规定输出电压的最大纹波值为,V=,mV,，则可由下式确定输出滤波电容的大小：,3,、滤波电容的计算,三、直流变换器的设计,(1),：,技术参数：输入直流电压,V,in,=42V,，输出电压,V,o,=12V,，输出电流,I,o,=3A,，最大输出纹波电压,50mV,，工作频率,f,=100kHz,。,2,、设计要求：,设计主电路，建议主电路为：采用,BUCK,变换器，大电容滤波，主功率管用,MOSFET,；,选择主电路所有图列元件，并给出清单；,设计,MOSFET,驱动电路及控制电路；,绘制装置总体电路原理图，绘制：,MOSFET,驱动电压、,BUCK,电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形（波形汇总绘制，注意对应关系）；,编制设计说明书、设计小结。,滤波电容的计算,滤波电感的计算,四、直流变换器的设计,(2),技术参数：输入直流电压,24V,，输出电压,V,o,=54V,，输出电流,I,o,=10A,，最大输出纹波电压,200mV,，工作频率,f,=100kHz,。,设计要求：,设计主电路，建议主电路为：采用,BOOST,变换器，主功率管用,MOSFET,；,选择主电路所有图列元件，并给出清单；,设计,MOSFET,驱动电路及控制电路；,绘制装置总体电路原理图，绘制：,MOSFET,驱动电压、,BOOST,电路中各元件的电压、电流以及输出电压波形（波形汇总绘制，注意对应关系）；,制设计说明书、设计小结。,五、直流变换器的设计,(3),：,技术参数：脉宽调制型桥式直流变换器中，输入直流电压,V,in,=300V,，副边电路为全波整流方式，输出电压,V,o,=54V,，额定输出电流,I,o,=5A,，主功率管为,MOSFET,，工作频率,f,=50kHz,。,设计要求：,设计主电路，主功率管用,MOSFET,，选择主电路所有图列元件，并给出清单；,设计输出滤波电感（或设计高频变压器）,采用铁氧体材料的,EE,型磁芯；确定磁芯型号、尺寸；计算绕组匝数，选定导线线径，校核窗口系数；,绘制主电路图、磁芯结构图，绘制桥式直流变换器所有点电压、电流波形及元件的电压、电流波形；,编制设计说明书、设计小结。,滤波电感的计算,经验算法一般选择输出滤波电感电流的脉动为最大输出电流的,20%,，这样本模块电源的输出滤波电感电流的脉动可选为,Io *,20%=,A,，也就是当输出电流在,I,Omin,= Io *10%=,A,时应保证输出滤波电感电流连续，输出滤波电感可按下式计算：,规定输出电压的最大纹波值为,V=,mV,，则可由下式确定输出滤波电容的大小：,2,、滤波电容的计算,磁芯型号和尺寸选择,绕组计算,校验窗口,注意：原副边的匝数应取整。,变压器设计,1,、确定变比,K,2,、初选磁芯尺寸,铁氧体材料,A,e,为磁芯的有效导磁面积（,m,2,）,V,o,是输出电压，,V,D,是输出整流二极管的通态压降，,V,Lf,是输出滤波电感上的直流压降 。,V,Lf,=0.5V,电感的设计,3,、,确定绕组线径,考虑高频时导线的集肤效应，导线的穿透深度,将铜导线的电导率,=58,10,6,/,m,，磁导率,=,0,=4,10,-7,H/m,，工作频率,f,s,=50kHz,代入上式，得：,绕组,线径,应小于,2=0.591mm,。,原副边电流的有效值,原副边导线的截面积,导线电流密度,J,=(3-5)A/mm,2,计算导线直径,d,4,、窗口校核,电感设计,1,、初选磁芯尺寸,2.,初选气隙,初选气隙,=1mm,，计算绕组匝数。根据下列公式计算电感量：,匝数应取整,实际气隙,3,、核算磁芯最高工作磁通密度,B,m,4,、计算绕组的线径和股数,5,、窗口校核,同变压器设计,（六）、损耗分析,1,、技术参数：脉宽调制型桥式直流变换器，输入直流电压,V,in,=310,，副边电路为全波整流方式，输出电压,V,o,=54V,，额定输出电流,I,o,=10A,，主功率管为,MOSFET,，工作频率,f,=50kHz,。,2,、设计要求：,分析变换器的工作原理,计算各元器件的电压、电流应力，选择合适的元器件，列出清单；,给出主功率管、整流二极管的损耗计算公式；,计算各元器件的损耗及变换器的效率；,绘制桥式直流变换器所有点电压、电流波形及元件的电压、电流波形；,编制设计说明书、设计小结。,MOSFET,的损耗计算,K,rr,二极管电流反向恢复系数，,K,rr,=0.4,trr,二极管电流反向恢复时间。,二极管损耗计算,开关电源组成框图,控制芯片,SG3525 TL494 TL1451,MC34060 UCC3842,等,SG3525,内部框图,SG3525,工作波形图,SG3525,及外围电路,驱动电路,推荐参考书及相关网站,1,直流开关电源的软开关技术,阮新波 严仰光编著，科学出版社；,2,电力电子技术,丁道宏主编，航空工业出版社；,3,电力电子技术,任国光主编，上海科技文献出版社；,4,现代电力电子技术,何希才主编，国防工业出版社；,5,晶闸管变流技术,莫正康主编，机械工业出版社；,6,电力电子技术,王兆安、黄俊主编,机械工业出版社；,7,电气制图用新旧图形符号对照,科学出版社；,8.,电气制图及图形符号国家标准,计量出版社。,9.,晶闸管变流技术题例及电路设计,栗书贤，石玉编,机械工业出版社,（功率器件）,（功率器件）,（功率器件）,（功率器件）,14.www.mag- (,磁芯,), (,磁芯,),（电容）,（控制芯片）,设计题目安排,严格遵照安排的题目设计,学号,题号,1,7,13,19,25,31,37,43,1,2,8,14,20,26,32,38,44,2,3,9,15,21,27,33,39,45,3,4,10,16,22,28,34,40,46,4,5,11,17,23,29,35,41,47,5,6,12,18,24,30,36,42,48,6,设计工作安排,日期,工作内容,备注,6.21-22,讲解课程设计有关内容、要求、设计思路，设,计说明编制方法等。然后由学生选题，查阅资,料，选择方案。,6.23-24,学生进行所选课题的方案设计。,6.25-28,学生进行所选课题的线路设计、元件选择。,6.29-30,学生进行课题相关图表的编制。,6.31-7.2,学生完成设计说明书、设计小结、小组答辩等,设计地点：博雅楼,300,设计时间：上午,7,：,50-11,：,30,下午,2,：,00-5,：,00,设计独立完成，不得抄袭！,