电力电子09电气

电气工程及其自动化2009级
《电力电子技术基础》课程设计 任务布置
‡ 设计时间：1周。

‡ 设计题目： ① 题目1：三相相控直流电源硬件电路设计 ② 题目2：斩控直流电源硬件电路设计 ‡ 任务分配：前半班做题目1，后半班做题目2。

指导教师：自动化系卜老师；wsbu@


设计题目1： 三相相控直流电源硬件电路设计
1）技术要求
) 三相交流电源：线电压380V（相电压U1=220V）。

) 整流输出电压Ud：在0～210V之间连续可调。

) 最大输出电流Id：20A。

) 负载：阻感性负载，且电感值较大（工作时可认为 负载电流是连续平滑的直流）。

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2）主要设计内容
变压器次级 ① 整流变压器额定参数的计算。

选择： 整流变压器额定参数的计算 额定电压U2、变压器变比；计算变压器初、次级 绕组的导线直径（单位: mm）。

注：计算时，可取导线电流密度5A/mm2。

① 晶闸管器件的电流、电压定额等参数的计算。

器 件最好给出具体规格（或型号）；找不到相应手 册时可网查。

触发电路的定向 ② 集成触发电路的设计。

包括： 集成触发电路的设计。

（参教材）；触发电路的设计（包括集成触发信 号产生、隔离输出电路等）。

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参数计算
‡ 变压器额定参数的计算。

根据Ud(max)要求，选取变压器 二次侧电压定额U2；确定变压器电流定额时，可按变 压器效率95%计算。

‡ 变压器导线规格选择：计算出铜线截面积（单位： mm2）即可（如能找到电工手册，查出漆包线规格最 好）；按铜线最大电流密度5A/mm2计。

‡ 晶闸管的（耐压、耐流）参数计算方法（参教材）。

) 电流定额：按最大整流输出电流（即20A）计算。

) 最好能给出器件具体规格型号（选型）。

可查相应手 册，或网查；必须给出电压、电流定额范围。

注意：参数计算等，保留2位小数既可。

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触发电路的定相
¾ 变压器接法： 主电路整流变压器为D，y-11联结，同步变 压器为D，y-11，5联结。

¾ 同步电压的选择：参教材内容。

注意：若对同步电压进行RC滤波（要考虑电压延迟，如60°）。

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集 成 触 发 电 路
①
或
‡ 移向控制触发信号产生电路。

尽量
可采用集成电路。

‡ 触发信号的隔离输出。

②
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设计题目2： 斩控直流电源硬件电路设计
（降压斩波电路）
1）技术要求
) 单相交流220V输入，经过“单相桥式不控整流”加“电容 滤波”后得到直流电压Ud；Ud作为斩波电路输入电压。

) 要求降压斩波器的输出电压在10～200V间连续可调。

（调节控制脉冲占空比α改变输出电压；求出最大占空 比和最小占空比）。

（计算时取Ud=1.2U2）。

) 斩波器（满载时平均）输出直流电流10A。

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2）主要设计内容
① 整流输出滤波电容参数计算（电容滤波后，取负载时整流 输出电压平均值1.2U2。

注：滤波电容的计算方法参《电力电子技术》教材，或《模拟电 子技术基础》）。

② 电容滤波单相桥式不控整流电路中二极管额定电压、电流 参数的计算（选做）；
③ 斩波电路中IGBT和续流二极管的 定额参数计算； ④ IGBT控制与驱动电路的设计（控制电路可参考实验指导 书，用SG3525芯片实现；驱动电路可用分立元件或用集 成元件，如EXB840等）。

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IT
IdR
z 滤波电容计算：按最大输出功率情况，把后面的斩波电路等 效为一个电阻负载；再按【RC≥（3～5）/2×T】进行电容 计算，此时：Ud≈1.2U2。

‡ 整流二极管的参数计算：
• 仿真表明: RC≥（3～4～5）/2×T 时，单相桥式整流器输 出电流的“有效值”与“平均值”之比为 2.28～2.45～2.58 倍。

可按2.5倍计算。

1 • 单管电流有效值：IVT = IT 2 再折算到工频正弦半波电流，求取单个晶闸管的电流额 定值。

留1.5～2倍电流裕量。

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• 整流二极管额定电压的选择
理论上，单相桥式整流器中单管承压的最大值为“交 流电压的峰值”，在220V的条件下，承受约311V峰压。

由于交流电网中存在的瞬时过电压等因素，为确保整 流器安全工作，管子的额定电压应取正常最大承压的2～3 倍。

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‡ 斩波电路中IGBT和续流二极管的 电压、电流定额参数的计算
电容滤波的 二极管整流 电源
IGBT参数如何确定
额定电压 = US*K1*K2*K3 US：正常情况下承受的最大峰值电压 K1：电网电压波动（会引起E变化）系数，一般取1.15 K2：直流中间回路有反馈时的泵升电压，一般取1.2；直流侧 无能馈泵升时，取1.0。

K3：必要的电压安全系数，一般取1.3~1.5，如1.5。

电流定额的选择
IC = Im × K 4 × K5
Im：正常导通时流过的最大电流。

K4: 电流的安全系数，一般取1.5～2 K5: 电流脉动率，可取 1.2。

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‡ PWM信号控制器（SG3525）及其外围电路接法
接驱动电路
简单分离元件驱动
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EXB840集成驱动电路
（内有光耦隔离）
接线示例：
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设计报告说明书的
格式要求
1、封面、任务书、目录页，可打印（16开或 B5纸）。

2、设计说明书正文部分：要求手写。

3、设计说明书不能低于5000字（大约手写 10～15页，含电路图）。

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课程设计时间安排
‡ 按教学计划规定，《电力电子技术基础》课程设计总 学时为1周，进度安排如下： ) 周一：布置和讲解设计任务； 周一： 查阅资料，构思设计方案。

) 周二～周三：电路设计。

周二～周三： ) 周四～周五：总结设计过程，撰写、提交课程设计说 周四～周五： 明书。

设计答疑：周二～周四的上午（9：00-11：00） 地 点：10#322。

‡ 设计说明书提交： ) 截止时间：19周周五下午5点。

) 提交地点：电力电子与运动控制实验室。

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END
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