电力电子技术课程设计

电力电子技术课程设计（论文）电力电子技术课程设计说明书（论文）设计题目：IGBT组成的直流斩波调速系统系别：电子工程系专业：电气自动化姓名：齐亮学号：0405090119班级：电气自动化班起讫时间：2010.12.15—2010.12.19指导教师：娄志清黑龙江工商职业技术学院电力电子技术课程设计（论文）课程设计任务书学生姓名齐亮专业班级电气自动化班学号0405090119指导教师娄志清设计地点本班教室设计题目IGBT组成的直流斩波调速系统设计任务与要求：1．设计任务：设计IGBT组成的直流斩波调速系统。2．主要技术指标：1）Ud=110V。2）Id=8A。3）电压连续可调。4）稳压精度﹤1%。5）有限流保护。4．设计内容：1）确定调速系统方案。2）主电路选择与计算。3）控制电路选择与计算。4）绘制电气系统原理图。5）绘制系统框图。6）撰写课程设计总结报告、电气元件选择计算书、列出电气元件明细表、用A3图纸按标准绘制电路图。7）结束语。进度安排星期一、二：布置设计任务，学生选择题目，查找资料，确定方案。星期三、四：确定设计方案，绘制系统原理总图、绘制系统框图、计算元件参数，选择元器件的型号及参数、列出元器件明细表、撰写课程设计总结报告。星期五：答辩，评定成绩。系（或教研室）审核意见：审核人签名及系公章：年月日任务下达人（签字）娄志清10年12月15日任务接受人（签字）年月日电力电子技术课程设计（论文）目录引言………………………………………………………………………………11．课程设计要求……………………………………………………………………12．设计内容…………………………………………………………………………12．1调速系统方案确定………………………………………………………12．2主电路计算…………………………………………………………………32．2.1整流变压器计算………………………………………………………42．2.2整流元件选择…………………………………………………………42．2.3滤波电容选择…………………………………………………………42．2.4IGBT选择………………………………………………………………52．2.5保护元件的选用………………………………………………………52．2.6反馈电路参数选择……………………………………………………62．3控制电路参数选择…………………………………………………………62．3.1振荡器TRTC选择……………………………………………………72．3.210R11R0R电阻的选择…………………………………………………72．3.3放大器的参数选择……………………………………………………72．3.412R及13R选择…………………………………………………………72．3.5继电接触器电路的选择与计算………………………………………73．设计结论与体会……………………………………………………………………83．1设计结论…………………………………………………………………83．2设计体会…………………………………………………………………84．元件明细表……………………………………………………………………11电力电子技术课程设计（论文）1．课程设计要求.技术要求：dU=110V,dI=8A,电压连续可调，稳压精度小于1%，有限流保护。2．设计内容IGBT组成的直流斩波调速系统2．1调速系统方案确定由于可调直流电源容量不大，故可以采用单相交流电源供电，单相整流变压器降压，二极管桥式整流，电容虑波获得斩波输入直流电源，经IGBT斩波，即可得到要求的可调直流电源。IGBT为场控输入器件，输入功率小。CW494集成脉宽控制器不但可方便获得所要求的斩波频率和脉冲宽度，由于它输出最大电流为250mA,因此，不用驱动放大电路即可满足控制要求，从而简化电路。CW494内部电路框图如图1所示。图1CW494内部电路框图电力电子技术课程设计（论文）CW494内部有两个放大器，很容易实现电压反馈。如采用比例积分调节，且反馈电阻、电容参数选择得当，电压静态精度可不用计算，动态精度计算也可忽略。为实现限流保护，可采用电流截止反馈。因负载功率小，可用电阻采样，还可加入继电器，过电流严重时可切断主电路电源。系统框图如图2所示。电力电子技术课程设计（论文）图2系统框图2．2主电路计算斩波调压主电路如图3所示。图3斩波调压主电路2．2.1整流变压器计算（1）2U的计算dU=110V考虑占空比为90%则0U=0.9dU=1100.9V=123V取0U=1.22U则2U=01.2U=1231.2V=102V考虑10%裕量电力电子技术课程设计（论文）取2U=1.1102=113V（2）一、二次电流计算取2I=dI=8A变比K=12UU=220113=1.951I=2IK=81.95A=4.1A考虑空载电流取1I=1.054.1A=4.3A（3）变压器容量计算1S=11UI=220V4.3A=948VA2S=22UI=113V8A=904VAS=122SS=12(948+904)VA=926VA2．2.2整流元件选择二极管承受最大反向电压DMU=22U=2113V=160V，考虑3倍裕量，则TNU=3160V=480V,取500V该电路整流输出接有大电容，而且负载也不是纯电感负载，但为了简化计算，仍按电感负载进行计算，只是电流裕量可适当取大些即可。AdDI=12dI=128A=4ADI=12dI=5.7ADAVI=1.5~21.57DI=25.71.57A=7.3取10A故选ZP10-5整流二极管4只，并配10A散热器。2．2.3波电容选择一般根据放电时间常数计算，负载越大，要求波纹系数越小，电容量也越大。一般不作严格计算，多取2000F以上。因该系统负载不大，故取0C=2200F耐压按1.5DMU=1.5160V=240V,取250V即选用2200F、250V电容器。为除高频信号，取1C=1F，耐压250V2．2.4IGBT选择电力电子技术课程设计（论文）因0U=123V，取3倍裕量，选耐压为400V以上的IGBT。由于IGBT是以最大值标注，且稳定电流与峰值电流间大致为4倍关系，故应选用大于4倍额定负载电流的IGBT为宜。为此选用60A的IGBT，并配以相应散热器即可。2．2.5保护元件的选用设计（1）变压器的二次侧熔断器选择由于变压器最大二次电流2I=8A故选用10A熔芯即可满足要求。应选用15A、250V熔断器，熔断器的结构形式可根据设备结构而定。（2）IGBT保护电路选择1）电容Cs的选择，一般按布线电感磁场能量全部转化为电场能量估算。即12bL20I=12SC(0cepUU)2SC2020()bcepLIUU得式中bL_____主回路布线电感0I_____IGBT关断时集电极电流AcepU_____缓冲电容器电压稳定值，由IGBT安全工作区确定V0U______直流电源电压bL可由实测确定。这里可按bL=5~20H估算。cepU为保证保护可靠，可取稍低于IGBT耐压值为宜，这里取cepU=300V进行计算。取得0I=dI、0U=123V,得SC=2020()bcepLIUU=0.0204F取SC=0.022F、耐压400V（略大于cepU）。2）缓冲电阻SR计算要求IGBT关断信号到来之前，将缓冲电容器所积蓄的电荷放完，以关断信号之前放电90%为条件，其计算公式如下：1/(6SfC)SR不能太小，过小会使IGBT开通时的集电极初始电流增大，因此，在满足上述条件下，希望尽可能选取大的电阻值。f为开关频率、IGBT最大开关频率为30ZkH，实际使用在10ZkH以内，这里取f=2ZkH。则有SR=16SfC3.8k取SR=3.6k。电力电子技术课程设计（论文）吸收电阻SR功率SRP=20SfCU0.67W取SRP=1W,即SR选用1W、3.6k电阻即可。3）缓冲电路二极管SVD因SVD用于高频电路中，故应选用快速恢复二极管，以保证IGBT导通时很快关断。SVD电流定额可按IGBT通过电流的1/10试选，然后由调试决定。2．2.6反馈电路参数选择（1）电压反馈电阻和滤波电容的确定1）电压反馈总电阻一般取几千欧至几十千欧为宜，UR过小耗损大，过大又会使电压反馈信号内阻加大。故取UR=11k。考虑一定的功率裕量，可取一个10k、3W固定电阻与一个1k、1W电位器串联即可满足要求。电位器上分得10V电压，完全能满足反馈电压的需要。2）反馈电路滤波电容选择。放电时间常数为2FRC=(3~5)2T式中T_____0u电压周期，取0.01S.因控制电路采用CW494，其锯齿波电压最大值为3.6V，故反馈电压最大值为3.6V，对应电位器3PR电阻应为360。则2C=52FTR=69F取2C=100F。因控制电路电源电压为15V，故取2C100F耐压为50V3）电流反馈电阻1R及滤波电容4C的选择。因负载不大，可采用电阻取样。一般采用电阻降压应小于3%dU，及小于3.3V。取1R=0.25。RIP=2dI1R=280.25W=16W，取25W。电流截止反馈电位器5RP及过流继电器保护取样电位器4RP均取100、1W实芯电位器即可。2．3控制电路参数选择控制电路如图4所示。电力电子技术课程设计（论文）图4控制电路2．3.1振荡器选择TR、TC选择TRTC=1.1/f=550s取TR=510、14W，TC=1F、耐压25V。2．3.210R、11R、0R电阻的选择由于CW494内部有两个放大器，其中右边一个不用，为防止干扰信号使该放大器饱和输出，而影响另一个放大器工作。可取10R=11R=20k、14W，并使输入端短接接地，反馈电阻0R取1k、14W。2．3.3放大器的参数选择取8R=3R=4R=6R=7R=20k，14W。。为防止开环，可在2、3脚间再接一个3M、14W电阻取5R=5.1k、14W；5C=10F、25V并在调试中最后确定。取9R=10k2．3.412R及13R选择12R一般取5~50，IGBT电流定额越大，12R值越小。IGBT选60A，取12R=33，14W。一般13R取值与12R相等即可。2．3.5继电接触器电路的选择与计算继电接触器电路见IGBT组成的直流斩波调整系统电气原理图总图5电力电子技术课程设计（论文）图5系统原理总图1RP3k3R、6R、13R15k9R、12R20k5C1F25V(三路相同)XC0.01F18R~23R1k1V~6V3DG12BVD均为IN4002由主电路取样，过电流保护环节取稍大于电流截止反馈电流动作。如电路电流等于NI=8A时电流截止反馈起作用，则可调主电路电流dI=1.1NI=8.8A（取样电压最大值IMU=8.8A0.25=2.2V）时，让过电流继电器动作，接触器KM失电，切断主电路电源。稳压管1V、2V均取1.25V，当2IFU=1.95V时使三极管0V饱和导通，三极管电流定额可根据继电器电流选择。若选用JRX—13F，线圈电压为12V，电阻300，当加15V电压时，电流为50mA。故选耐压为45V，集电极电流为300mA的3DG12B三极管即可满足要求。因变压器一次电流为4．１Ａ，选２２０Ｖ、１０Ａ的接触器即可。电力电子技术课程设计（论文）电路元件明细表元件名称数量规格整流二极管42P10-5散热器410A电容器1220微法，250伏11微法，250伏IGBT160A配散热器变压器110A熔芯熔断器115A，250伏IGBT保护电容SC10.022微法，400伏缓冲电阻8R11W，3.6千欧电压反馈电阻110千欧，3W11千欧，1W电压反馈滤波电容1100微法，50伏电流反馈电阻10.25千欧，25W2100欧，1W电流反馈电容1510欧振荡器电阻TR1510欧，1/4W振荡器电容11微法，25伏电阻720千欧，W/431千欧，3M欧，5.1千欧。W/4233