電鍍裝置的斬波器設(shè)置doc(自動(dòng))

1、本科生課程設(shè)計(jì)（論文）遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）題目：電鍍裝置的斬波器設(shè)置院（系）： 工程技術(shù)學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間：課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室： 電氣教研室 學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專(zhuān)業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)（論文）題目電鍍裝置的斬波器設(shè)置課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)課題完成的設(shè)計(jì)任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能：試為電鍍裝置設(shè)計(jì)一斬波器（主電路，驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)電路）技術(shù)參數(shù)：電鍍裝置，提供Ud=50V、Id=500A的直流電源，交流器輸出電壓240V設(shè)計(jì)任務(wù)：1.主電路、保護(hù)電路、控制電路設(shè)計(jì)

2、；2.主電路的參數(shù)計(jì)算與選擇； 要求：1、 1、文字在4000字左右。2、 2、文中的理論分析與計(jì)算要正確。3、 3、文中的圖表工整、規(guī)范。4、元器件的選擇符合要求。進(jìn)度計(jì)劃第1天：集中學(xué)習(xí)；第2天：收集資料；第3天：方案論證；第4天：主電路設(shè)計(jì)；第5天：選擇器件；第6天：確定變壓器變比及容量；第7天：確定平波電抗器；第8天：觸發(fā)電路設(shè)計(jì)；第9天：總結(jié)并撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)；第10天：答辯。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算I摘要我國(guó)電鍍行業(yè)經(jīng)歷了由20世紀(jì)80年代初期的高峰跌入低谷，90年代

3、開(kāi)始回升，經(jīng)過(guò)10多年的恢復(fù)發(fā)展，隨著世界制造業(yè)中心向我國(guó)轉(zhuǎn)移，香港、臺(tái)灣、東南亞、韓國(guó)與及一些發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的電鍍企業(yè)紛紛到我國(guó)設(shè)廠(chǎng)，我國(guó)已成為電鍍大國(guó)，但還不是電鍍強(qiáng)國(guó)。由于電鍍加工給產(chǎn)品帶來(lái)的裝飾性和功能性，工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)和發(fā)展，而且，電鍍行業(yè)相對(duì)其它行業(yè)是以節(jié)省貴金屬為目的的節(jié)約型行業(yè)，電鍍行業(yè)已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)不可缺少，也不可替代，還有上升趨勢(shì)的發(fā)展型行業(yè)。直流-直流變流電路的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電，包括直接直流電變流電路和間接直流電變流電路。直接直流電變流電路也稱(chēng)斬波電路，它的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電，一般是指直

4、接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，這種情況下輸入與輸出之間不隔離。間接直流變流電路是在直流變流電路中增加了交流環(huán)節(jié)，在交流環(huán)節(jié)中通常采用變壓器實(shí)現(xiàn)輸入輸出間的隔離，因此也稱(chēng)帶隔離的直流-直流變流電路或直-交-直電路。直流斬波電路的種類(lèi)有很多，包括六種基本斬波電路：降壓斬波電路，升壓斬波電路，升降壓斬波電路,Cuk斬波電路，Sepic斬波電路和Zeta斬波電路，利用不同的斬波電路的組合可以構(gòu)成符合斬波電路，如電流可逆斬波電路，橋式可逆斬波電路等。利用相同結(jié)構(gòu)的基本斬波電路進(jìn)行組合，可構(gòu)成多相多重?cái)夭娐贰?關(guān)鍵詞：電鍍；斬波器；斬波電路 II目錄第一章 緒論 2 第二章 電鍍裝置斬波器的各單元電路設(shè)計(jì)3

5、 2.1主電路的模塊設(shè)計(jì)3 2.2整流電路5 2.3驅(qū)動(dòng)電路模塊62.4元件參數(shù)計(jì)算：82.5元件選擇9第三章 斬波電路的仿真10第四章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)12參考文獻(xiàn)13 第一章 緒論電力電子技術(shù)是一門(mén)介于強(qiáng)電和弱電之間的邊緣科學(xué)，它是溝通傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)與電子技術(shù)的中間環(huán)節(jié)。根據(jù)美國(guó)電氣電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）的定義，電力電子技術(shù)是指有效地利用電力半導(dǎo)體器件，應(yīng)用電路理論和設(shè)計(jì)理論以及分析開(kāi)發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的高效率變換和控制的一門(mén)技術(shù)，它包括變壓、電流、頻率和波形等方面的變換。 通常把電力電子技術(shù)分為電力電子制造技術(shù)和變流技術(shù)兩個(gè)分支。變流技術(shù)也稱(chēng)為電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)，它包括用電力電子器件構(gòu)

6、成各種電力變換電路和對(duì)這些電路進(jìn)行控制的技術(shù)，以及由這些電路構(gòu)成電路電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)?！白兞鳌辈粌H指交直流之間的交換，也包括直流變直流和交流變交流的變換。 整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備。它的應(yīng)用十分廣泛，例如直流電動(dòng)機(jī)，電鍍，電解電源，同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，通信系統(tǒng)電源等。 在大部分用電設(shè)備中，工作電源直接來(lái)自交流電網(wǎng)，但許多電子線(xiàn)路都要采用直流供電，因此AC/DC變換器成為電力電子產(chǎn)品中必不可少的部分。- 13 -本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第二章 電鍍裝置斬波器的各單元電路設(shè)計(jì)2.1主電路的模塊設(shè)計(jì)將240V交流電經(jīng)過(guò)整流電路轉(zhuǎn)換

7、成50V的直流電，再將直流電壓送入斬波電路，通過(guò)脈寬調(diào)制控制調(diào)節(jié)輸出電壓平均值。降壓斬波電路設(shè)計(jì)如圖2.2斬波電路：脈寬調(diào)制控制信號(hào)由IGBT驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出；保護(hù)電路用以緩沖IGBT在高頻工作環(huán)境下關(guān)斷時(shí)因?yàn)檎螂娏餮杆俳档投删€(xiàn)路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓。 斬波電路 整流電路主框圖如圖交流直流驅(qū)動(dòng)電路保護(hù)電路圖2.1主框圖工作時(shí)的波形圖2.3 此電路使用一個(gè)全控型器件V，圖中為IGBT，也可用其他器件，若采用晶閘管，需設(shè)置使晶閘管關(guān)斷的輔助電路。如圖2.2中，在V關(guān)斷時(shí)給負(fù)載中電感電流提供通道，并設(shè)置了續(xù)流二極管VD圖2.2斬波電路圖圖2.3波形圖工作原理：斬波電路主要用于電力電子的供電電

8、源，也可拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)或帶蓄電池負(fù)載等，后兩種情況下負(fù)載中均會(huì)出現(xiàn)反電動(dòng)勢(shì)如圖中的所示。若負(fù)載中無(wú)反電動(dòng)勢(shì)，只需令=0。 如圖2.2中V的柵極電壓波形所示，在t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓=,負(fù)載電流按指數(shù)曲線(xiàn)上升。 當(dāng)時(shí)，控制V關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線(xiàn)下降。至一個(gè)周期結(jié)束，在驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過(guò)程。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等，如圖2.3所示。 負(fù)載電壓的平均值為   (2-1)式中，為V處于通態(tài)的時(shí)間，為V處于斷態(tài)的時(shí)間，為開(kāi)關(guān)周期，為導(dǎo)通占空比，簡(jiǎn)稱(chēng)占空比或?qū)ū?。?fù)載電流平均值為:

9、   (2-2)電流斷續(xù)時(shí)，負(fù)載電壓平均值會(huì)被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。 斬波電路有三種控制方式：(1）脈沖寬度調(diào)制（PWM）：保持開(kāi)關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間。(2)頻率調(diào)制：保持開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開(kāi)關(guān)周期T。(3）混合型：和T都可調(diào)，使占空比改變。本設(shè)計(jì)選擇第一種控制方式2.2整流電路整流電路采用單相橋式整流電路，此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，無(wú)須用續(xù)流二極管，也不會(huì)失控現(xiàn)象，負(fù)載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應(yīng)用廣泛。變壓器二次繞組中，正負(fù)兩個(gè)半周電流方向相反且波形對(duì)稱(chēng)，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問(wèn)題，變壓器的利用率也高。并且單相橋式全

10、控整流電路具有輸出電流脈動(dòng)小，功率因素高的特點(diǎn)。圖2.4單相橋式整流電路2.3驅(qū)動(dòng)電路模塊EXB841是日本富士公司提供的300A/1200V快速型IGBT驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用模塊，整個(gè)電路延遲時(shí)間不超過(guò)1s，最高工作頻率達(dá)40一50kHz，它只需外部提供一個(gè)+20V單電源，內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)-5V反偏壓，模塊采用高速光耦合隔離，射極輸出。有短路保護(hù)和慢速關(guān)斷功能.    EXB841 由放大部分、過(guò)流保護(hù)部分和5V 電壓基準(zhǔn)部分組成。放大部分由光耦合器 IS01（TLP550）、V2、V4、V5和R1、C1、R2、R9組成，其中 IS01 起隔離作用, V2 是中間級(jí), V4 和

11、 V5 組成推挽輸出。過(guò)流保護(hù)部分由V1 、V3 、VD6 、VZI 和C2 、R3 、R4 、R5 、R6 、C3 、 R7、R8、C4 等組成。它們實(shí)現(xiàn)過(guò)流檢測(cè)和延時(shí)保護(hù)功能。 EXB84l 的腳 6 通過(guò)快速二極管 VD7 接至 IGBT 的集電極，顯然它是通過(guò)檢測(cè)電壓Uce 的高低來(lái)判斷是否發(fā)生短路。5V 電壓基準(zhǔn)部分由 R10, VZ2 和C5組成，既為驅(qū)動(dòng)IGBT 提供-5V 反偏壓，同時(shí)也為輸入光耦合器 IS01 提供副方電源。驅(qū)動(dòng)芯片EXB841功能介紹EXB 系列驅(qū)動(dòng)器的各引腳功能如下： 腳 1 ：連接用于反向偏置電源的濾波電容器； 腳 2 ：電源（ 20V ）； 腳 3 ：

12、驅(qū)動(dòng)輸出； 腳 4 ：用于連接外部電容器，以防止過(guò)流保護(hù)電路誤動(dòng)作（大多數(shù)場(chǎng)合不需要該電容器）；腳 5 ：過(guò)流保護(hù)輸出； 腳 6 ：集電極電壓監(jiān)視； 腳 7、8 ：不接； 腳 9 ：電源；腳 10 、11 ：不接； 腳 14 、15 ：驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入（一，）；IGBT 通常只能承受 10us 的短路電流，所以必須有快速保護(hù)電路。 EXB 系列驅(qū)動(dòng)器內(nèi)設(shè)有電流保護(hù)電路，根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與集電極之間的關(guān)系檢測(cè)過(guò)電流，所示。當(dāng)集電極電壓高時(shí)，雖然加入信號(hào)也認(rèn)為存在過(guò)電流，但是如果發(fā)生過(guò)電流，驅(qū)動(dòng)器的低速切斷電路就慢速關(guān)斷IGBT ，從而保證 1GBT 不被損壞。如果以正常速度切斷過(guò)電流，集電極產(chǎn)生的電壓尖

13、脈沖足以破壞 IGBTIGBT對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求（1）觸發(fā)脈沖要具有足夠快的上升和下降速度，即脈沖前后沿要陡峭；。 （2）柵極串連電阻Rg要恰當(dāng)。Rg過(guò)小，關(guān)斷時(shí)間過(guò)短，關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的集電極尖峰電壓過(guò)高；Rg過(guò)大，器件的開(kāi)關(guān)速度降低，開(kāi)關(guān)損耗增大。 （3）柵射電壓要適當(dāng)。增大柵射正偏壓對(duì)減小開(kāi)通損耗和導(dǎo)通損耗有利，但也會(huì)使管子承受短路電流的時(shí)間變短，續(xù)流二極管反向恢復(fù)過(guò)電壓增大。因此，正偏壓要適當(dāng)，通常為+15V。為了保證在C-E間出現(xiàn)dv/dt噪聲時(shí)可靠關(guān)斷，關(guān)斷時(shí)必須在柵極施加負(fù)偏壓，以防止受到干擾時(shí)誤開(kāi)通和加快關(guān)斷速度，減小關(guān)斷損耗，幅值一般為-（510）V； （4）當(dāng)IGBT處于負(fù)載短路或

14、過(guò)流狀態(tài)時(shí)，能在IGBT允許時(shí)間內(nèi)通過(guò)逐漸降低柵壓自動(dòng)抑制故障電流，實(shí)現(xiàn)IGBT的軟關(guān)斷。驅(qū)動(dòng)電路的軟關(guān)斷過(guò)程不應(yīng)隨輸入信號(hào)的消失而受到影響。當(dāng)然驅(qū)動(dòng)電路還要注意像防止門(mén)極過(guò)壓等其他一些問(wèn)題。日本FUJI公司的EXB841芯片具有單電源、正負(fù)偏壓、過(guò)流檢測(cè)、保護(hù)、軟關(guān)斷等主要特性，是一種比較典型的驅(qū)動(dòng)電路。其功能比較完善，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用 驅(qū)動(dòng)芯片EXB841的控制原理圖 2.5 EXB841的工作原理 圖2.5為EXB841的驅(qū)動(dòng)原理。其主要有三個(gè)工作過(guò)程：正常開(kāi)通過(guò)程、正常關(guān)斷過(guò)程和過(guò)流保護(hù)動(dòng)作過(guò)程。14和15兩腳間外加PWM控制信號(hào)，當(dāng)觸發(fā)脈沖信號(hào)施加于14和15引腳時(shí)，在GE兩端

15、產(chǎn)生約16V的IGBT開(kāi)通電壓；當(dāng)觸發(fā)控制脈沖撤銷(xiāo)時(shí)，在GE兩端產(chǎn)生-5.1V的IGBT關(guān)斷電壓。過(guò)流保護(hù)動(dòng)作過(guò)程是根據(jù)IGBT的CE極間電壓Uce的大小判定是否過(guò)流而進(jìn)行保護(hù)的，Uce由二極管Vd7檢測(cè)。當(dāng)IGBT開(kāi)通時(shí)，若發(fā)生負(fù)載短路等發(fā)生大電流的故障，Uce會(huì)上升很多，使得Vd7截止，EXB841的6腳“懸空”，B點(diǎn)和C點(diǎn)電位開(kāi)始由約6V上升，當(dāng)上V6導(dǎo)通，從而使IGBT的GE間電壓Uce下降，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷，完成EXB841對(duì)IGBT的保護(hù)。射極電位為-5.1V，由EXB841內(nèi)部的穩(wěn)壓二極管決定。2.4元件參數(shù)計(jì)算：設(shè)計(jì)輸入電流為頻率50Hz的三相380V交流電，其脈沖周期為：經(jīng)過(guò)整流后

16、得到的是只有正半部分的正弦波幅值與輸入電壓一樣，但周期為輸入電壓的一半，即：設(shè)計(jì)輸出電壓為直流Ud=50V穩(wěn)壓，電流為Id=500A直流。輸入電壓為240V穩(wěn)壓，占空比=50240=0.21。因?yàn)閁d=50V，取3倍裕量，選耐壓為150V以上的IGBT；由于IGBT是以最大標(biāo)注且穩(wěn)定電流與峰值電流間大致為4倍關(guān)系，所以應(yīng)選用>4倍額定負(fù)載電流的IGBT為宜；因此選用額定電流2000A,額定電壓150V左右的IGBT。計(jì)算：由式把、代入上式得出雖說(shuō)電感L的值越大，得到的圖形越穩(wěn)定，但在此電路中，需要看到穩(wěn)波，因此按計(jì)算值設(shè)置參數(shù)即可。計(jì)算：由式計(jì)算出 H 。電容C的值越大，得到的圖形越穩(wěn)定

17、，2.5元件選擇表2-5元件選擇名稱(chēng)數(shù)量名稱(chēng)數(shù)量IGBT1電容若干變壓器1電感若干電阻若干EXB841芯片1晶閘管4續(xù)流二極管1第三章 斬波電路的仿真按照原理圖在MATLAB中搭建模塊，搭建好的模型圖如下：圖3.1 仿真電路圖圖3.2 仿真結(jié)果圖在斬波的過(guò)程中電壓電流突升，產(chǎn)生了諧波，所以電壓的波形如圖3.2所示。第四章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)這一次的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)電力電子的相關(guān)知識(shí)有了深刻的認(rèn)識(shí)，加深了對(duì)電鍍裝置斬波器等知識(shí)的了解和掌握，從得到課題時(shí)的一臉茫然到通過(guò)查資料、與同學(xué)探討、經(jīng)老師指導(dǎo)后，自己設(shè)計(jì)并寫(xiě)出這份報(bào)告，心中充滿(mǎn)了成就感。通過(guò)課程設(shè)計(jì)還拓寬了知識(shí)面，學(xué)到了很多課本上沒(méi)有的知識(shí)，報(bào)

18、告只有自己去做能加深對(duì)知識(shí)的理解，任何困難只有自己通過(guò)努力去克服才能收獲成功的喜悅。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)自己對(duì)課本知識(shí)的理解不夠深刻，掌握的不牢靠，以后定會(huì)努力溫習(xí)以前的知識(shí)，只有這樣才能做到溫故而知新，掌握所學(xué)的知識(shí)，做到活學(xué)活用。參考文獻(xiàn)1 邱關(guān)主編. 電路.第五版. 高等教育出版社, 2004 P33-P40 2 郝萬(wàn)新主編.電力電子技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社,. 2002 P45-P573 王兆安主編.電力電子技術(shù).第四版.機(jī)械工業(yè)出版社,2003 P108-P1124 呂宏主編.電力電子技術(shù).感應(yīng)加熱電源的PWM-PFM控制方法, 2003.15 吳雷主編.電力電子技術(shù).基于DSP大功率中頻感應(yīng)焊機(jī)的研究, 2003.4 6 周克寧主編 電力電子技術(shù)：機(jī)械工業(yè)出版社,2004 P156-1677 趙世平主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).中國(guó)電力出版社,2009 P225-2588 何方白，柏詠菊主編.