電力電子實(shí)訓(xùn)報(bào)告

1、電力電子系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)報(bào)告姓名： 班級(jí)：電氣學(xué)號(hào)：一、電力電子實(shí)訓(xùn)的目的和任務(wù)電力電子技術(shù)是研究利用電力電子器件、電路理論和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能 的控制、變換和傳輸?shù)目茖W(xué)，其在電力、工業(yè)、交通、通信、航天等很多領(lǐng)域具 有廣泛的應(yīng)用。電力電子技術(shù)不但本身是一項(xiàng)高新技術(shù)，而且還是其它多項(xiàng)高新 技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。因此提高學(xué)生的電力電子領(lǐng)域綜合設(shè)計(jì)和綜合應(yīng)用能力是教學(xué) 計(jì)劃中必不可少的重要一環(huán)。通過(guò)電力電子系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)需要從以下幾方面入手：1 .培養(yǎng)我們的文獻(xiàn)檢索的能力；2 .培養(yǎng)我們綜合分析問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；3 .培養(yǎng)我們運(yùn)用知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)的能力；4 .提高我們的電力電子裝置分析和設(shè)計(jì)能力。

2、二、實(shí)踐的內(nèi)容1、設(shè)計(jì)晶閘管SCR的觸發(fā)電路2、設(shè)計(jì)電力場(chǎng)效晶體管MOSFET的基本驅(qū)動(dòng)電路和設(shè)計(jì)可關(guān)斷晶閘管GTO 的基本驅(qū)動(dòng)電路3.MOSFET降壓斬波電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件：a輸入直流電壓：t/J=100Vb、開(kāi)關(guān)頻率5KHzc、占空比10%90%d、輸出電壓脈率：小于10%三、設(shè)計(jì)基本要求根據(jù)設(shè)計(jì)題目，收集相關(guān)資料、設(shè)計(jì)主電路、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路，撰寫設(shè) 計(jì)報(bào)告；用protell畫出主電路、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路原理圖；說(shuō)明主電路的工 作原理、驅(qū)動(dòng)電路的工作原理、控制電路的工作原理。四、電力電子系統(tǒng)的構(gòu)成由控制電路(Control Circuit)、驅(qū)動(dòng)電路(Driving Circuit)和以

3、電力 電子器件為核心的主電路(Main Circu核組成?？刂齐娐钒聪到y(tǒng)的工作要求形成控制信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路去控制主電路中電 力電子器件的通或斷，來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)的功能。有的電力電子系統(tǒng)中，還需要有 檢測(cè)電路。廣義上往往其和驅(qū)動(dòng)電路等主電路之外的電路都?xì)w為控制電路，從而 粗略地說(shuō)電力電子系統(tǒng)是由主電路和控制電路組成的。主電路中的電壓和電流一 般都較大，而控制電路的元器件只能承受較小的電壓和電流，因此在主電路和控 制電路連接的路徑上，如驅(qū)動(dòng)電路與主電路的連接處，或者驅(qū)動(dòng)電路與控制信號(hào) 的連接處，以及主電路與檢測(cè)電路的連接處，一般需要進(jìn)行電氣隔離，通過(guò)其它 手段如光、磁等來(lái)傳遞信號(hào)。圖1-1電力電子

4、器件在實(shí)際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成五、晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證品閘管在 需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。廣義上講，還包括對(duì)其觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)行控制的相位控 制電路晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：（1）觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo) 通（結(jié)合擎住電流的概念）；（2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度；（3）不超過(guò)門極電 壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)；（4）應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫 度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離圖1-2理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形八已一脈沖前沿上升時(shí)間（lps）雖脈寬度/M強(qiáng)脈沖幅值（3/GT-5/GT）脈沖寬度/脈沖平頂幅值（1.5/GT2/GT）VI、

5、V2構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)脈沖變壓器TM和 附屬電路構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié)，VI、V2導(dǎo)通時(shí)，通 過(guò)脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸 發(fā)脈沖,VD1和R3是為了 VI、V2由導(dǎo)通變?yōu)榻?止時(shí)脈沖變壓器TM釋放其儲(chǔ)存的能量而設(shè) 六、驅(qū)動(dòng)電路主電路與控制電路之間的接口，使電力電子器 件工作在較理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，減小 開(kāi)關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都圖卜3常見(jiàn)的晶閘管觸發(fā)電路 有重要的意義。對(duì)器件或整個(gè)裝置的一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路 實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)：將信息電子電路傳來(lái)的信號(hào)按控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控 制端和公共端之間，可以使其開(kāi)通

6、或關(guān)斷的信號(hào)；對(duì)半控型器件只需提供開(kāi)通控 制信號(hào)；對(duì)全控型器件則既要提供開(kāi)通控制信號(hào)，乂要提供關(guān)斷控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng) 電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔 離。光隔離一般采用光耦合器，磁隔離的元件通常是脈沖變壓器。11 / 10圖1-5電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路圖1-4光耦合器的類型及接法a）普通型b）高速型c）高傳輸比型電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電 路：電氣隔離和晶體管放大電路兩 部分。無(wú)輸入信號(hào)時(shí)高速放大器A輸 出負(fù)電平,V3導(dǎo)通輸出負(fù)驅(qū)動(dòng)電 壓。當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)A輸出正電 平，V2導(dǎo)通輸出正驅(qū)動(dòng)電壓。七、降壓斬波電路的設(shè)計(jì)1.主電路斬波電路的典型用途之一是拖

7、動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載，兩種情況 下負(fù)載中均會(huì)出現(xiàn)反電動(dòng)勢(shì)，如圖中EM所示。工作原理：上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。二區(qū) 負(fù)我電流沁按 指數(shù)曲線上升；t=t時(shí)刻控制V關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓/o近似為零, 負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小通常使用接的電感L 值較大。t t電流連續(xù)時(shí)，負(fù)教電壓平均值=匚用E = E = aEtonV通的時(shí)間/offV斷的時(shí)間導(dǎo)通占空比Uo最大為E ,減小占空比小U。隨之減小。因此稱為降壓斬波電路。U _ E負(fù)載電流平均值，。=七3A電流斷續(xù)時(shí)，U。被抬高，一般不希望出現(xiàn)。2、隔離驅(qū)動(dòng)圖中是一種采用光耦合

8、隔離的由 V2、V3組成的驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)控制脈 沖使光耦關(guān)斷時(shí)，光耦輸出低電平， 使V2截至，V3導(dǎo)通，MOSFET在 DZ1反偏作用下關(guān)斷。當(dāng)控制脈沖使 光耦導(dǎo)通時(shí)，光耦輸出高電平，使V2導(dǎo)通，V3截至，經(jīng)VCC、V2、RG產(chǎn)生的正向驅(qū)動(dòng)電壓使MOS管開(kāi)通。電 源+VCC可由DC/DC芯片提供。3、模擬控制SG3525脈寬調(diào)制型控制器是美國(guó)通用電氣公司的產(chǎn)品，作為SG3524的改降壓斬波電路的模擬控制采用PWM控制芯片SG3525組成的PWM發(fā)生電路 輸出PWM控制信號(hào)，控制MOS管的導(dǎo)通和關(guān)斷。下圖為該芯片的引腳功能及 應(yīng)用電路。進(jìn)型，更適合于運(yùn)用MOS管作為開(kāi)關(guān)器件的DC/DC變換器，它是

9、采用雙級(jí)型 工藝制作的新型模擬數(shù)字混合集成電路，性能優(yōu)異，所需外圍器件較少?？芍苯?驅(qū)動(dòng)功率MOS管，工作頻率高達(dá)400KHz。1腳：誤差放大器的反相輸入端；2腳：誤差放大器的同相輸入端；3腳：同步信號(hào)輸入端，同步脈沖的頻率應(yīng)比振蕩器頻率/S要低一些；4腳：振蕩器輸出；5腳：振蕩器外接電容CT端， 振蕩器頻率fs=/CT (0.7RT+3R0) , RO 為 5 腳與 7 腳 之間跨接的電阻，用來(lái)調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí) 間，定時(shí)電容X圍0.0010.1 nF；6腳：振蕩器外接定時(shí)電阻RT 端，內(nèi)值為2150kQ；7腳：振蕩器放電端，用外接 電阻來(lái)控制死區(qū)時(shí)間，電阻X圍為 0-500 C；8腳：軟啟動(dòng)端，外

10、接軟啟動(dòng)反和附入匚116ZJ Vrcf同411臨入匚2laZU vs同步端匚3M二1 R 笛E振蕩器做出匚413A、B管cCT匚512二他RT匚611二1 A|?E放也呢匚710二1用債控制軟小動(dòng)端匚g9二)補(bǔ)儲(chǔ)SG3525的引腳電容，該電容由內(nèi)部Vref的50 u A恒流源充電；9腳：誤差放大器的輸出端；10腳：PWM信號(hào)封鎖端，當(dāng)該腳為高電平時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)被封鎖, 該腳主要用于故障保護(hù)；11腳：A路驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出；12腳：接地；13腳：輸出集電極電壓；14腳：B路驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出；15腳：電源，其X圍為835 V；16腳：內(nèi)部+ 5 V基準(zhǔn)電壓輸出。八、直流變換電路的PWM控制技術(shù)直流斬波

11、電路實(shí)際上就是直流PWM電路，是PWM控制，技術(shù)應(yīng)用較早也 成熟較早的一類電路，應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)就構(gòu)成廣泛應(yīng)用的直流脈寬調(diào) 速系統(tǒng)。直流PWM控制的基本原理圖1-10全橋變換電路圖1T1用PWM波代替正弦半波九、雙極性電壓開(kāi)關(guān)PWM控制方式開(kāi)關(guān)原理：直流控制電壓與三角波電壓比較 產(chǎn)生兩組開(kāi)關(guān)的PWM控制信號(hào)：1）當(dāng)uruc時(shí)，T1和T4導(dǎo)通，T2和T3關(guān)斷;2）當(dāng)uruc時(shí),開(kāi)關(guān)Tl、T4關(guān)斷，T2、T3導(dǎo)通PWM控制的基本原理用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè) 正弦半波正弦半波N等分，可看成N個(gè)彼此 相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不 等。a）用矩形脈沖代替，等幅，不等寬， 中點(diǎn)重合

12、，面積（沖量）相等寬度按正弦規(guī)律變化SPWM波形脈沖寬度按正弦規(guī) 律變化而和正弦波等效的PWM波形要改變等效輸出正弦波幅值，按同 一比例改變各脈沖寬度即可利用MOSFET構(gòu)成升壓型DC/DC變換器，b）輸入電壓：912V；輸出電壓：100V；輸出電流：100mA：電源電壓調(diào)整率不大于1%,負(fù)載調(diào) 整率不大于1%。信號(hào)波 數(shù)波單相橋式PWM逆變電路1 .電路結(jié)構(gòu)的確定由于沒(méi)有要求DC/DC變換器的輸入與輸出之間電氣隔離，從變換的角度器 效率的角度考慮，非隔離的變換器效率比隔離變換器效率高，因此采用非隔離的 升壓型變換器電路結(jié)構(gòu)。為了盡可能降低輸出電壓的紋波和尖峰電壓，變換器的 工作方式為電流斷續(xù)

13、型，即電感電流是斷續(xù)的。2 .控制電路的選擇最可靠的控制方式是峰值電流型控制方式，最簡(jiǎn)單的峰值電流型控制IC是 UC3842系列。由于輸入電壓X圍是912V的電壓不能啟動(dòng)UC3842,需要附 加啟動(dòng)電路，但這樣會(huì)使電路變得復(fù)雜。應(yīng)選擇UC3842的姊妹型號(hào)，即啟動(dòng)電 壓8.5V的UC3843或UC3844的姊妹型號(hào)UC3845。3 .電路參數(shù)的設(shè)計(jì)這樣在連續(xù)的狀態(tài)下，在電源電壓最低（9V）、輸出電壓為100V時(shí)，對(duì)應(yīng) 的占空比為：100-9 =0.91100對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間與電感釋放儲(chǔ)能的持續(xù)時(shí)間比為0.91： 0.09。如果開(kāi) 關(guān)管的最大導(dǎo)通占空比為0.5,則對(duì)應(yīng)的電感釋放儲(chǔ)能的“占空比

14、”d為：J = 0.09 X=0.04950.91對(duì)應(yīng)的電感電流峰值為：I =21工=2x10 = 4 04A匕100x0.0495根據(jù)電流斷續(xù)或電流臨界狀態(tài)下的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系，在頻率已知 50kHz,對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)周期為20 us,對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間為10 us,可以推 導(dǎo)出電感的電感量為八屋=*也= 22.2744.044 .其他主要元件的選擇&開(kāi)關(guān)管的選擇。開(kāi)關(guān)管選擇MOSFET,因?yàn)榈蛪簯?yīng)用領(lǐng)域MOSFET的導(dǎo) 通電壓是最低的，而且也不需要很大的驅(qū)動(dòng)電流。在這個(gè)實(shí)例中，由于電壓達(dá)到 了 100V,開(kāi)關(guān)管上的峰值電壓不會(huì)低于100V,因此開(kāi)關(guān)管的耐壓應(yīng)選擇100V 以上的器件?？梢赃x擇IRF640 （額定電壓為200V,額定電流為18A,導(dǎo)通電阻為0.18。, 外加散熱器）b.輸出二極管的選擇。輸出二極管的額定電壓應(yīng)選擇100V以上，額定電流 選擇4A?？梢赃x擇快速二極管。MUR420 （額定電壓200V,額定電流4A）c.輸出濾波電容的選擇。輸出濾波電