電力電子實訓報告

1、電力電子系統(tǒng)實訓報告姓名： 班級：電氣學號：一、電力電子實訓的目的和任務電力電子技術是研究利用電力電子器件、電路理論和控制技術，實現(xiàn)對電能 的控制、變換和傳輸?shù)目茖W，其在電力、工業(yè)、交通、通信、航天等很多領域具 有廣泛的應用。電力電子技術不但本身是一項高新技術，而且還是其它多項高新 技術發(fā)展的基礎。因此提高學生的電力電子領域綜合設計和綜合應用能力是教學 計劃中必不可少的重要一環(huán)。通過電力電子系統(tǒng)實訓需要從以下幾方面入手：1 .培養(yǎng)我們的文獻檢索的能力；2 .培養(yǎng)我們綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力；3 .培養(yǎng)我們運用知識的能力和工程設計的能力；4 .提高我們的電力電子裝置分析和設計能力。

2、二、實踐的內容1、設計晶閘管SCR的觸發(fā)電路2、設計電力場效晶體管MOSFET的基本驅動電路和設計可關斷晶閘管GTO 的基本驅動電路3.MOSFET降壓斬波電路設計設計條件：a輸入直流電壓：t/J=100Vb、開關頻率5KHzc、占空比10%90%d、輸出電壓脈率：小于10%三、設計基本要求根據(jù)設計題目，收集相關資料、設計主電路、驅動電路、控制電路，撰寫設 計報告；用protell畫出主電路、驅動電路、控制電路原理圖；說明主電路的工 作原理、驅動電路的工作原理、控制電路的工作原理。四、電力電子系統(tǒng)的構成由控制電路(Control Circuit)、驅動電路(Driving Circuit)和以

3、電力 電子器件為核心的主電路(Main Circu核組成。控制電路按系統(tǒng)的工作要求形成控制信號，通過驅動電路去控制主電路中電 力電子器件的通或斷，來完成整個系統(tǒng)的功能。有的電力電子系統(tǒng)中，還需要有 檢測電路。廣義上往往其和驅動電路等主電路之外的電路都歸為控制電路，從而 粗略地說電力電子系統(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，如驅動電路與主電路的連接處，或者驅動電路與控制信號 的連接處，以及主電路與檢測電路的連接處，一般需要進行電氣隔離，通過其它 手段如光、磁等來傳遞信號。圖1-1電力電子

4、器件在實際應用中的系統(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 需要的時刻由阻斷轉為導通。廣義上講，還包括對其觸發(fā)時刻進行控制的相位控 制電路晶閘管觸發(fā)電路應滿足下列要求：（1）觸發(fā)脈沖的寬度應保證晶閘管可靠導 通（結合擎住電流的概念）；（2）觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度；（3）不超過門極電 壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內；（4）應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間（lps）雖脈寬度/M強脈沖幅值（3/GT-5/GT）脈沖寬度/脈沖平頂幅值（1.5/GT2/GT）VI、

5、V2構成脈沖放大環(huán)節(jié)脈沖變壓器TM和 附屬電路構成脈沖輸出環(huán)節(jié)，VI、V2導通時，通 過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由導通變?yōu)榻?止時脈沖變壓器TM釋放其儲存的能量而設 六、驅動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關狀態(tài)，縮短開關時間，減小 開關損耗，對裝置的運行效率、可靠性和安全性都圖卜3常見的晶閘管觸發(fā)電路 有重要的意義。對器件或整個裝置的一些保護措施也往往設在驅動電路中，或通過驅動電路 實現(xiàn)。驅動電路的基本任務：將信息電子電路傳來的信號按控制目標的要求，轉換為加在電力電子器件控 制端和公共端之間，可以使其開通

6、或關斷的信號；對半控型器件只需提供開通控 制信號；對全控型器件則既要提供開通控制信號，乂要提供關斷控制信號。驅動 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的一種驅動電路圖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的一種驅動電 路：電氣隔離和晶體管放大電路兩 部分。無輸入信號時高速放大器A輸 出負電平,V3導通輸出負驅動電 壓。當有輸入信號時A輸出正電 平，V2導通輸出正驅動電壓。七、降壓斬波電路的設計1.主電路斬波電路的典型用途之一是拖

7、動直流電動機，也可帶蓄電池負載，兩種情況 下負載中均會出現(xiàn)反電動勢，如圖中EM所示。工作原理：上0時刻驅動V導通，電源E向負載供電，負載電壓。二區(qū) 負我電流沁按 指數(shù)曲線上升；t=t時刻控制V關斷，負載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，負載電壓/o近似為零, 負載電流呈指數(shù)曲線下降。為了使負載電流連續(xù)且脈動小通常使用接的電感L 值較大。t t電流連續(xù)時，負教電壓平均值=匚用E = E = aEtonV通的時間/offV斷的時間導通占空比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負載電流平均值，。=七3A電流斷續(xù)時，U。被抬高，一般不希望出現(xiàn)。2、隔離驅動圖中是一種采用光耦合

8、隔離的由 V2、V3組成的驅動電路。當控制脈 沖使光耦關斷時，光耦輸出低電平， 使V2截至，V3導通，MOSFET在 DZ1反偏作用下關斷。當控制脈沖使 光耦導通時，光耦輸出高電平，使V2導通，V3截至，經(jīng)VCC、V2、RG產(chǎn)生的正向驅動電壓使MOS管開通。電 源+VCC可由DC/DC芯片提供。3、模擬控制SG3525脈寬調制型控制器是美國通用電氣公司的產(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，控制MOS管的導通和關斷。下圖為該芯片的引腳功能及 應用電路。進型，更適合于運用MOS管作為開關器件的DC/DC變換器，它是

9、采用雙級型 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?驅動功率MOS管，工作頻率高達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：同步信號輸入端，同步脈沖的頻率應比振蕩器頻率/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，用來調節(jié)死區(qū)時 間，定時電容X圍0.0010.1 nF；6腳：振蕩器外接定時電阻RT 端，內值為2150kQ；7腳：振蕩器放電端，用外接 電阻來控制死區(qū)時間，電阻X圍為 0-500 C；8腳：軟啟動端，外

10、接軟啟動反和附入匚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用債控制軟小動端匚g9二)補儲SG3525的引腳電容，該電容由內部Vref的50 u A恒流源充電；9腳：誤差放大器的輸出端；10腳：PWM信號封鎖端，當該腳為高電平時，輸出驅動脈沖信號被封鎖, 該腳主要用于故障保護；11腳：A路驅動信號輸出；12腳：接地；13腳：輸出集電極電壓；14腳：B路驅動信號輸出；15腳：電源，其X圍為835 V；16腳：內部+ 5 V基準電壓輸出。八、直流變換電路的PWM控制技術直流斬波

11、電路實際上就是直流PWM電路，是PWM控制，技術應用較早也 成熟較早的一類電路，應用于直流電動機調速系統(tǒng)就構成廣泛應用的直流脈寬調 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、雙極性電壓開關PWM控制方式開關原理：直流控制電壓與三角波電壓比較 產(chǎn)生兩組開關的PWM控制信號：1）當uruc時，T1和T4導通，T2和T3關斷;2）當uruc時,開關Tl、T4關斷，T2、T3導通PWM控制的基本原理用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個 正弦半波正弦半波N等分，可看成N個彼此 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：電源電壓調整率不大于1%,負載調 整率不大于1%。信號波 數(shù)波單相橋式PWM逆變電路1 .電路結構的確定由于沒有要求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構。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UC3842,需要附 加啟動電路，但這樣會使電路變得復雜。應選擇UC3842的姊妹型號，即啟動電 壓8.5V的UC3843或UC3844的姊妹型號UC3845。3 .電路參數(shù)的設計這樣在連續(xù)的狀態(tài)下，在電源電壓最低（9V）、輸出電壓為100V時，對應 的占空比為：100-9 =0.91100對應的開關管導通時間與電感釋放儲能的持續(xù)時間比為0.91： 0.09。如果開 關管的最大導通占空比為0.5,則對應的電感釋放儲能的“占空比

14、”d為：J = 0.09 X=0.04950.91對應的電感電流峰值為：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系，在頻率已知 50kHz,對應的開關周期為20 us,對應的開關管的導通時間為10 us,可以推 導出電感的電感量為八屋=*也= 22.2744.044 .其他主要元件的選擇&開關管的選擇。開關管選擇MOSFET,因為低壓應用領域MOSFET的導 通電壓是最低的，而且也不需要很大的驅動電流。在這個實例中，由于電壓達到 了 100V,開關管上的峰值電壓不會低于100V,因此開關管的耐壓應選擇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