電力電子課程設(shè)計(jì)---直流電動(dòng)機(jī)的斬波調(diào)速設(shè)計(jì)

1、<p>　　電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的斬波調(diào)速設(shè)計(jì)</p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　學(xué) 生： </b></p><p><b>　　學(xué) 號(hào)： </b></p>&l

2、t;p><b>　　專 業(yè)： </b></p><p><b>　　班 級(jí)： </b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)日期： </b></p><p><b>　　2012年12月</b></p><p>　　自動(dòng)化學(xué)院2010級(jí)自動(dòng)化

3、專業(yè)</p><p>　　電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目的和任務(wù)</p><p>　　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、航空航天等很多領(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

4、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)。</p><p>　　通過(guò)電力電子技術(shù)的課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下幾個(gè)目的：</p><p>　　1、培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Intel網(wǎng)檢索需要的文獻(xiàn)資料。</p><p>　　2、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。</p><p>　　3、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的

5、能力和工程設(shè)計(jì)的能力。</p><p>　　4、提高學(xué)生的電力電子裝置分析和設(shè)計(jì)能力。</p><p>　　5、提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫水平。</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　　1. 教師確定方向，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自立題目</p><p><b>　　注意事項(xiàng)：</b&

6、gt;</p><p>　?、?所立題目必須是某一電力電子裝置或電路的設(shè)計(jì)，題目難度和工作量要適應(yīng)在一周內(nèi)完成，題目要結(jié)合工程實(shí)際。學(xué)生也可以選擇規(guī)定題目方向外的其他電力電子裝置設(shè)計(jì)，如開關(guān)電源、鎮(zhèn)流器、UPS電源等，但不允許選擇其他班題目方向的內(nèi)容設(shè)計(jì)（復(fù)合變換除外）。</p><p>　　② 通過(guò)圖書館和Intel網(wǎng)廣泛檢索和閱讀自己要設(shè)計(jì)的題目方向的文獻(xiàn)資料，確定適應(yīng)自己的課程設(shè)計(jì)題

7、目。自立題目后，首先要明確自己課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。要給出所要設(shè)計(jì)裝置（或電路）的主要技術(shù)數(shù)據(jù)（如輸入技術(shù)數(shù)據(jù)，輸出技術(shù)數(shù)據(jù)，裝置容量的大小以及裝置要具有哪些功能）。如：</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速可控整流電源設(shè)計(jì)</p><p>　　首先闡述清楚調(diào)壓調(diào)速可控整流電源要完成的功能</p><p>　　然后給出主要技術(shù)數(shù)據(jù)</p><p&

8、gt;<b>　　輸入交流電源：</b></p><p>　　三相380V10% f=50Hz</p><p><b>　　直流輸出電壓：</b></p><p><b>　　0~220V</b></p><p>　　50~220V范圍內(nèi)，直流輸出電流額定值100A</

9、p><p>　　直流輸出電流連續(xù)的最小值為10A</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b></p><p>　　整流電路的選擇（方案的論證）</p><p>　　整流變壓器額定參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　晶閘管電流、電壓額定的選擇</p><p>　　平波電抗器電感值

10、的計(jì)算 （主要參數(shù)計(jì)算）</p><p><b>　　保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2. 在整個(gè)設(shè)計(jì)中要注意培養(yǎng)靈活運(yùn)用所學(xué)的電力電子技術(shù)知識(shí)和創(chuàng)造性的思維方式以及創(chuàng)造能力。要求具體電路方案的選擇必須有論證說(shuō)明，要說(shuō)明其有哪些特點(diǎn)。具體電路元器件的選擇

11、應(yīng)有計(jì)算和說(shuō)明。課程設(shè)計(jì)從確定方案到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須在檢索、閱讀及分析研究大量的相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)刨析、提煉，設(shè)計(jì)出所要求的電路（或裝置）。課程設(shè)計(jì)中要不斷提出問(wèn)題，并給出這些問(wèn)題的解決方法和自己的研究體會(huì)。（注意：所確定的主電路方案如果沒有論證說(shuō)明，成績(jī)不能得優(yōu)；設(shè)計(jì)報(bào)告最后給出設(shè)計(jì)中所查閱的參考文獻(xiàn)最少不能少于5篇，且文中有引注，否則也不能得優(yōu)）。</p><p>　　3. 在整個(gè)設(shè)計(jì)中要注意培養(yǎng)獨(dú)

12、立分析和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨(dú)力完成所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主電路和控制電路等詳細(xì)的設(shè)計(jì)（包括計(jì)算和器件選型），嚴(yán)禁抄襲。</p><p>　　4. 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是主電路的設(shè)計(jì)，主電路的分析說(shuō)明，主電路元器件的計(jì)算和選型，以及控制電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　5. 課題設(shè)計(jì)報(bào)告要求圖表規(guī)范，文字通順，邏輯性強(qiáng)。</p><p>　　6. 課

13、題設(shè)計(jì)報(bào)告字?jǐn)?shù)要求為6000字左右。（A4紙打印8頁(yè)左右）</p><p>　　三、課程設(shè)計(jì)的工作計(jì)劃</p><p>　　課程設(shè)計(jì)時(shí)間6天。第1天上午，指導(dǎo)教師向?qū)W生講授課程設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)、設(shè)計(jì)方法和注意事項(xiàng)。第1天下午和第2天學(xué)生到圖書館和Intel網(wǎng)上按照指導(dǎo)教師的要求查找所需要的文獻(xiàn)，并在閱讀分析中確定自己的研究題目、技術(shù)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)內(nèi)容，交指導(dǎo)教師審閱。第3天學(xué)生的主要任務(wù)是確定

14、方案。第4天至第6天，學(xué)生的任務(wù)是綜合所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行主電路和控制電路的設(shè)計(jì)，在老師指導(dǎo)下撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p><b>　　四、各班的題目方向</b></p><p>　　1班題目方向：相控整流技術(shù)的工程應(yīng)用</p><p>　　2班題目方向：交流調(diào)壓或調(diào)功技術(shù)的工程應(yīng)用</p><p>　　3班題目方向：斬

15、波技術(shù)的工程應(yīng)用</p><p>　　4班題目方向：無(wú)源逆變技術(shù)的工程應(yīng)用</p><p>　　注：星期五檢查所有學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告的題目和規(guī)范性，指出修改內(nèi)容。17周星期一提交所有畢業(yè)設(shè)計(jì)打印報(bào)告和電子檔（要求同時(shí)提交參考文獻(xiàn)中小論文和碩士論文的電子檔）</p><p><b>　　目錄</b></p><p><

16、b>　　1引言1</b></p><p><b>　　2 技術(shù)參數(shù)2</b></p><p>　　2.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)2</p><p>　　3 總體結(jié)構(gòu)及電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.1電路結(jié)構(gòu)說(shuō)明3</p><p>　　3.2主電路的設(shè)計(jì)3</p>

17、;<p>　　3.3直流供電電路6</p><p>　　3.4信號(hào)發(fā)生電路的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.5 IGBT驅(qū)動(dòng)電路選8</p><p>　　3.6保護(hù)電路10</p><p>　　1．過(guò)電流保護(hù)電路：10</p><p>　　2．過(guò)電壓保護(hù)10</p><p&

18、gt;　　4電路參數(shù)計(jì)算11</p><p>　　4.1參數(shù)計(jì)算11</p><p>　　4.2器件的選取11</p><p>　　5 課程設(shè)計(jì)總結(jié)及體會(huì)12</p><p><b>　　6參考文獻(xiàn)12</b></p><p><b>　　1引言</b></p

19、><p>　　電力電子技術(shù)在現(xiàn)代化社會(huì)的建設(shè)中的應(yīng)用起著重要作用并得到飛躍性的發(fā)展。直流斬波器作為一種電力電子器件，也必定隨著直流電的廣泛應(yīng)用而顯得異常重要。直流斬波器廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活等實(shí)際情況當(dāng)中，從中國(guó)大面積，多人口，低技術(shù)，少能源等國(guó)情出發(fā)，大力發(fā)展直流電技術(shù)，結(jié)合電力電子技術(shù)，這對(duì)改善我國(guó)科技現(xiàn)狀水平，提高經(jīng)濟(jì)效益將起著重要作用。</p><p>　　電力投資的持續(xù)增長(zhǎng)，因此直流斬

20、波器在電力電子行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，它的傳統(tǒng)領(lǐng)域和新領(lǐng)域節(jié)前景非常廣闊。目前,市場(chǎng)上用的最多的MOSFET直流斬波器,它是屬于全控型斬波器，它的主導(dǎo)器件采用國(guó)際上先進(jìn)的電力電子器件MOSFET，由門極電壓控制，從根本上克服了晶閘管斬波器及GTR 斬波器的缺點(diǎn)。</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，新技術(shù)不斷出現(xiàn)，現(xiàn)在最領(lǐng)先的直流斬波技術(shù)主要包括VRM技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)和高頻磁技術(shù)。直流斬波器的應(yīng)用范圍非常廣泛。它

21、最初用途是傳動(dòng)控制，但目前應(yīng)用的新領(lǐng)域是開關(guān)電源。前者是斬波電路應(yīng)用的傳統(tǒng)領(lǐng)域，后者則是斬波電路應(yīng)用的新領(lǐng)域。而高頻、大功率、高可靠性開關(guān)電源是當(dāng)今電源變換技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。</p><p>　　研究直流斬波器有著深遠(yuǎn)的意義，它不僅能夠大大改善各種機(jī)車的調(diào)速系統(tǒng)，為其提高安全、快速、低損耗的調(diào)速裝置，還可以為世界能源危機(jī)帶來(lái)曙光，解決目前國(guó)際能源所帶來(lái)的各種問(wèn)題。</p><p>　

22、　直流電機(jī)斬波調(diào)速原理是利用可控硅整流調(diào)壓來(lái)達(dá)直流電機(jī)調(diào)速的目的，利用交流電相位延遲一定時(shí)間發(fā)出觸發(fā)信號(hào)使可控硅導(dǎo)通即為斬波，斬波后的交流電經(jīng)電機(jī)濾波后其平均電壓隨斬波相位變化而變化。為了達(dá)到控制直流電機(jī)目的，在控制回路加入了速度、電壓、電流反饋環(huán)路和PID調(diào)節(jié)器來(lái)防止電機(jī)由于負(fù)載變化而引起的波動(dòng)和對(duì)電機(jī)速度、電壓、電流超常保護(hù)。</p><p><b>　　2 技術(shù)參數(shù)</b></p

23、><p>　　2.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)</p><p>　　1.電網(wǎng)供電電壓： 單相220V交流電；</p><p>　　2.電網(wǎng)供電頻率： 50Hz；</p><p>　　3.變壓器二次側(cè)電壓 26.7V直流電</p><p>　　3.整流輸出電壓： 24V直流電</p><p>

24、　　4.斬波電路輸入電壓：12V</p><p><b>　　5魚缸直流水泵功耗</b></p><p>　　3 總體結(jié)構(gòu)及電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1電路結(jié)構(gòu)說(shuō)明</b></p><p>　　整體電路接入220V交流的家用電網(wǎng)中，通過(guò)整流電路將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，再?jīng)直流斬波電路進(jìn)

25、行降壓處理，使其可以滿足電機(jī)的輸入要求，從而帶動(dòng)所需負(fù)載。</p><p>　　整流電路采用全橋整流技術(shù)，為使電壓質(zhì)量高，進(jìn)行一定的濾波，減小波紋，得到穩(wěn)定的直流電壓。由于電機(jī)的額定電壓值較小，所以需要采用降壓斬波電路，使得整流電路的輸出電壓值下降到額定值。</p><p>　　圖1 電路結(jié)構(gòu)說(shuō)明圖</p><p><b>　　3.2主電路的設(shè)計(jì)<

26、;/b></p><p>　　主電路是一個(gè)基于IGBT降壓直流斬波電路，可通過(guò)IGBT的通斷，控制電機(jī)兩端電壓的變化，而達(dá)到直流調(diào)速的目的。它是整個(gè)斬波電路的核心，降壓過(guò)程就由此模塊完成。其圖如下圖所示。</p><p>　　圖2 主電路原理圖</p><p>　　如圖，IGBT在控制信號(hào)的作用下開通與關(guān)斷。開通時(shí)，二極管截止，電流io流過(guò)大電感L，電源給

27、電感充電，同時(shí)為負(fù)載供電。而IGBT截止時(shí)，電感L開始放電為負(fù)載供電，二極管VD導(dǎo)通，形成回路。IGBT以這種方式不斷重復(fù)開通和關(guān)斷，而電感L足夠大，使得負(fù)載電流連續(xù)，而電壓斷續(xù)。從總體上看，輸出電壓的平均值減小了。輸出電壓與輸入電壓之比α由控制信號(hào)的占空比來(lái)決定。這也就是降壓斬波電路的工作原理。</p><p>　　降壓斬波的典型波形如下圖所示</p><p>　　圖 3 降壓電路波形

28、圖</p><p>　　圖1中的負(fù)載為電動(dòng)機(jī)，是一種放電動(dòng)式負(fù)載。反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載有電流斷續(xù)和電流連續(xù)兩種工作狀態(tài)。分別入圖3中b）和a）所示。</p><p>　　無(wú)論哪一種情況，輸出電壓的平均值都與負(fù)載無(wú)關(guān)，其大小為：</p><p>　　T表示周期，表示導(dǎo)通的時(shí)；表示截止的時(shí)間 ；α表示導(dǎo)通時(shí)間占空比。</p><p>　　對(duì)于輸出電流，當(dāng)

29、Uo>E時(shí)電流連續(xù)，輸出電流平均值大小為： </p><p>　　當(dāng)Uo<E時(shí)，電流既無(wú)法通過(guò)IGBT也無(wú)法通過(guò)二極管。于是便出現(xiàn)了電流斷續(xù)的現(xiàn)象。一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的現(xiàn)象，因此需要通過(guò)控制信號(hào)占空比的調(diào)節(jié)來(lái)維持負(fù)載的電流。</p><p>　　對(duì)降壓斬波電路進(jìn)行解析 </p><p>　　基于分時(shí)段線性電路這一思想，按V處于通態(tài)和處于斷態(tài)兩個(gè)過(guò)程來(lái)

30、分析，初始條件分電流連續(xù)和斷續(xù)。</p><p>　　在V處于通態(tài)期間，設(shè)負(fù)載電流為，可列出如下方程：</p><p>　　設(shè)此階段電流初值為，τ=L/R,解上式得</p><p>　　在V處于斷態(tài)期間，設(shè)負(fù)載電流為，可列出如下方程：</p><p>　　設(shè)此階段電流初值為，解上式得</p><p><b>

31、　　當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，有</b></p><p><b>　　電流連續(xù)時(shí)得出</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　式中 ，，，</b></p>&

32、lt;p>　　和分別是負(fù)載電流瞬時(shí)值的最小值和最大值。 </p><p>　　把式（1）和式（2）用泰勒級(jí)數(shù)近似，可得 </p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　平波電抗器L為無(wú)窮大，此時(shí)負(fù)載電流最大值、最小值均等于平均值。 </p><p>　　式（3）所示的關(guān)系還可從能量傳遞關(guān)系簡(jiǎn)單地

33、推得，一個(gè)周期中，忽略電路中的損耗，則電源提供的能量與負(fù)載消耗的能量相等，即</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　假設(shè)電源電流平均值為，則有 </p><p>　　其值小于等于負(fù)載電流，由上式得 </p><p>　　即輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器。<

34、;/p><p>　　電流斷續(xù)時(shí)有，且時(shí)，，可以得出</p><p>　　當(dāng)時(shí)，電路為電流斷續(xù)工作狀態(tài)， 是電流斷續(xù)的條件，即</p><p><b>　　輸出電壓平均值為</b></p><p><b>　　負(fù)載電流平均值為</b></p><p><b>　　3.3直

35、流供電電路</b></p><p>　　生活中現(xiàn)有的都為交流電，所以斬波電路的輸入電壓需由交流電經(jīng)整流得到。本設(shè)計(jì)采用橋式電路整流：由四個(gè)二極管組成一個(gè)全橋整流電路.由整流電路出來(lái)的電壓含有較大的紋波，電壓質(zhì)量不太好，故需要進(jìn)行濾波。本電路采用RL低通濾波器（通過(guò)串聯(lián)一個(gè)電感，濾除電流的高次諧波，并聯(lián)一個(gè)電容濾除電壓的高次諧波），以減小紋波。圖如下圖3所示：</p><p>　

36、　圖4 直流供電電路</p><p>　　輸入端接220V、50Hz的市電，進(jìn)過(guò)變壓器T1（原線圈/副線圈為8.25）后輸出26.7V、50Hz。當(dāng)同名端為正時(shí)D1、D4導(dǎo)通，D2、D3截止，電壓上正下負(fù)。當(dāng)同名端為負(fù)時(shí)D1、D4截止，D2、D3導(dǎo)通，電壓同樣是上正下負(fù)，從而實(shí)現(xiàn)整流。電感具有電流不能突變，通直流阻交流特性，因此串聯(lián)一個(gè)電感可以提高直流電壓品質(zhì)。而電容具有電壓不能突變，通交流阻直流特性，因此并

37、聯(lián)一個(gè)大電容可以濾除雜波，減小紋波。結(jié)合兩種元器件的特性，組成上圖整流電路，可以得到比較理想的直流電壓（幅值為24V左右）。</p><p>　　由于采用不可控器件，則計(jì)算公式相當(dāng)于可控期間的α=0時(shí)的計(jì)算公式，即：</p><p><b>　　所以有</b></p><p>　　其中整流輸如U=110V，E為整流輸出電壓（斬波電路的輸入電壓）

38、。</p><p>　　3.4信號(hào)發(fā)生電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　1）晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)電路，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。</p><p>　　晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足以下要求：</p><p>　　1.觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。</p><p>　　2.觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的

39、幅度，對(duì)戶外寒冷場(chǎng)合，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流的3~5倍，脈沖前沿的陡度也需增加。</p><p>　　3.所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過(guò)晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。</p><p>　　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。</p><p>　　2）信號(hào)發(fā)生電路，是整個(gè)電路的控制電路，是整個(gè)電路

40、的關(guān)鍵部分。沒有這部分，就沒法實(shí)現(xiàn)斬波電路的控制，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速。通過(guò)可調(diào)節(jié)的信號(hào)產(chǎn)生的電路，產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，通過(guò)IGBT的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制IGBT的通斷，實(shí)現(xiàn)直流斬波，就能達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的目的。</p><p><b>　　圖5 </b></p><p>　　3.5 IGBT驅(qū)動(dòng)電路選</p><p>　　IGBT是電壓型控制器件，

41、為了能使IGBT安全可靠地開通和關(guān)斷．其驅(qū)動(dòng)電路必須滿足以下的條件：</p><p>　　IGBT的柵電容比VMOSFET大得多，所以要提高其開關(guān)速度，就要有合適的門極正反向偏置電壓和門極串聯(lián)電阻。</p><p><b>　?。?）門極電壓</b></p><p>　　任何情況下，開通狀態(tài)的柵極驅(qū)動(dòng)電壓都不能超過(guò)參數(shù)表給出的限定值（一般為20

42、v），最佳門極正向偏置電壓為15v土10％。這個(gè)值足夠令I(lǐng)GBT飽和導(dǎo)通；使導(dǎo)通損耗減至最小。雖然門極電壓為零就可使IGBT處于截止?fàn)顟B(tài)，但是為了減小關(guān)斷時(shí)間，提高IGBT的耐壓、耐量和抗干擾能力，一般在使IGBT處于阻斷狀態(tài)時(shí)．可在門極與源極之間加一個(gè)-5~-15v的反向電壓。</p><p>　?。?）門極串聯(lián)電阻心</p><p>　　選擇合適的門極串聯(lián)電阻對(duì)IGBT的驅(qū)動(dòng)相當(dāng)重要。

43、</p><p>　　IGBT的輸入阻抗高壓達(dá)109~1011，靜態(tài)時(shí)不需要直流電流．只需要對(duì)輸入電容進(jìn)行充放電的動(dòng)態(tài)電流。其直流增益可達(dá)108~109，幾乎不消耗功率。為了改善控制脈沖的前后沿陡度和防止振蕩，減少IGBT集電極大的電壓尖脈沖，需在柵極串聯(lián)電阻，當(dāng)增大時(shí)，會(huì)使IGBT的通斷時(shí)間延長(zhǎng)，能耗增加；而減少RF又會(huì)使增高，可能損壞IGBT。因此應(yīng)根據(jù)IGBT電流容量和電壓額定值及開關(guān)頻率的不同，選擇合適的

44、，一般選心值為幾十歐姆至幾百歐姆。具體選擇時(shí)．要參考器件的使用手冊(cè)。</p><p>　?。?）驅(qū)動(dòng)功率的要求</p><p>　　IGBT的開關(guān)過(guò)程要消耗一定的來(lái)自驅(qū)動(dòng)電源的功耗，門極正反向偏置電壓之差為，工作頻率為f，柵極電容為，則電源的最少峰值電流為：</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電源的平均功率為：</p><p><b>　　I

45、GBT的過(guò)流保護(hù)</b></p><p>　　IGBT的過(guò)流保護(hù)就是當(dāng)上、下橋臂直通時(shí)，電源電壓幾乎全加在了開關(guān)管兩端，此時(shí)將產(chǎn)生很大的短路電流，IGBT飽和壓降越小，其電流就會(huì)越大，從而損壞器件。當(dāng)器件發(fā)生過(guò)流時(shí)，將短路電流及其關(guān)斷時(shí)的I—V運(yùn)行軌跡限制在IGBT的短路安全工作區(qū)，用在損壞器件之前，將IGBT關(guān)斷來(lái)避免開關(guān)管的損壞。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用了一個(gè)具有過(guò)

46、流保護(hù)功能的光耦隔離的，如下圖。</p><p>　　圖6 IGBT驅(qū)動(dòng)和過(guò)流保護(hù)電路</p><p>　　圖6中，高速光耦6N137實(shí)現(xiàn)輸入輸出信號(hào)的電氣隔離，能夠達(dá)到很好的電氣隔離，適合高頻應(yīng)用場(chǎng)合。驅(qū)動(dòng)主電路采用推挽輸出方式，有效地降低了驅(qū)動(dòng)電路的輸出阻抗，提高了驅(qū)動(dòng)能力，使之適合于大功率IGBT的驅(qū)動(dòng)，過(guò)流保護(hù)電路運(yùn)用退集電極飽和原理，在發(fā)生過(guò)流時(shí)及時(shí)的關(guān)斷IGBT，其中V1、V

47、3、V4構(gòu)成驅(qū)動(dòng)脈沖放大電路。V1和R5構(gòu)成一個(gè)射極跟隨器，該射極跟隨器提供了一個(gè)快速的電流源，減少了功率管的開通和關(guān)斷時(shí)間。利用集電極退飽和原理，D1、R6、R7和V2構(gòu)成短路信號(hào)檢測(cè)電路．其中D1采用快速恢復(fù)二極管，為了防止IGBT關(guān)斷時(shí)其集電極上的高電壓竄入驅(qū)動(dòng)電路。為了防止靜電使功率器件誤導(dǎo)通，在柵源之間并接雙向穩(wěn)壓管D3和D4。如是IGBT的門極串聯(lián)電阻。</p><p><b>　　正常工作

48、時(shí)：</b></p><p>　　當(dāng)控制電路送來(lái)高電平信號(hào)時(shí)，光耦6N137導(dǎo)通，V1、V2截止，V3導(dǎo)通而V4截止，該驅(qū)動(dòng)電路向IBGT提供+15V的驅(qū)動(dòng)開啟電壓，使IGBT開通。</p><p>　　當(dāng)控制電路送來(lái)低電平信號(hào)時(shí)，光耦6N137截至，VI、V2導(dǎo)通。V4導(dǎo)通而v3截止，該驅(qū)動(dòng)電路向IBGT提供-5v的電壓，使IGBT關(guān)閉。</p><p&g

49、t;<b>　　當(dāng)過(guò)流時(shí)：</b></p><p>　　當(dāng)電路出現(xiàn)短路故障時(shí)，上、下橋直通此時(shí)+15V的電壓幾乎全加在IGBT上．產(chǎn)生很大的電流，此時(shí)在短路信號(hào)檢測(cè)電路中v2截止，A點(diǎn)的電位取決于D1、R6、R7和Vces的分壓決定，當(dāng)主電路正常工作時(shí)，且IGBT導(dǎo)通時(shí)，A點(diǎn)保持低電平，從而低于B點(diǎn)電位。所有A1輸出低電平，此時(shí)V5截止，而c點(diǎn)為高電平，所以正常工作時(shí)。輸入到光耦6N137的

50、信號(hào)始終和輸出保持一致。當(dāng)發(fā)生過(guò)流時(shí)，IGBT集電極退飽和，A點(diǎn)電位升高，當(dāng)高于B電位（即是所設(shè)置的電位）時(shí)，即是當(dāng)電流超過(guò)設(shè)計(jì)定值時(shí)，A1翻轉(zhuǎn)而輸出高電平，V5導(dǎo)通，從而將C點(diǎn)的電位箝在低電位狀態(tài)，使與門4081始終輸出低電平，即無(wú)論控制電路送來(lái)是高電平或是低電平，輸人到光耦6N137的信號(hào)始終都是低電平，從而關(guān)斷功率管。從而達(dá)到過(guò)流保護(hù)。直到將電路的故障排除后，重新啟動(dòng)電路。</p><p><b>

51、;　　3.6保護(hù)電路</b></p><p>　　1．過(guò)電流保護(hù)電路：</p><p>　　晶閘管設(shè)備產(chǎn)生過(guò)電流的原因可以分為兩類:一類是由于整流電路內(nèi)部原因, 如整流晶閘管損壞, 觸發(fā)電路或控制系統(tǒng)有故障等; 其中整流橋晶閘管損壞類較為嚴(yán)重, 一般是由于晶閘管因過(guò)電壓而擊穿,造成無(wú)正、反向阻斷能力，它相當(dāng)于整流橋臂發(fā)生永久性短路，使在另外兩橋臂晶閘管導(dǎo)通時(shí)，無(wú)法正常換流，因而

52、產(chǎn)生線間短路引起過(guò)電流.另一類則是整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過(guò)電流，這類情況時(shí)有發(fā)生，因?yàn)檎鳂虻呢?fù)載實(shí)質(zhì)是逆變橋, 逆變電路換流失敗，就相當(dāng)于整流橋負(fù)載短路。另外，如整流變壓器中心點(diǎn)接地，當(dāng)逆變負(fù)載回路接觸大地時(shí)，也會(huì)發(fā)生整流橋相對(duì)地短路。</p><p>　　1）對(duì)于第一類過(guò)流，即整流橋內(nèi)部原因引起的過(guò)流，以及逆變器負(fù)載回路接地時(shí)，可以采用第一種保護(hù)措施，最常見的就是接入快速熔短器的方式。</p&

53、gt;<p>　　圖7 晶閘管過(guò)電流保護(hù)電路</p><p>　　2）對(duì)于第二類過(guò)流，即整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過(guò)電流，則應(yīng)當(dāng)采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。</p><p><b>　　2．過(guò)電壓保護(hù)：</b></p><p>　　晶閘管電路中可能發(fā)生的過(guò)電壓可分為外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓兩類。外因過(guò)電壓主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)中的操

54、作過(guò)程等外部原因。內(nèi)因過(guò)電壓主要來(lái)自晶閘管內(nèi)部的開關(guān)過(guò)程。，包括換相過(guò)電壓和關(guān)斷過(guò)電壓。</p><p>　　晶閘管電路過(guò)電壓保護(hù)主要防止內(nèi)因過(guò)電壓，一般情況下，外因過(guò)電壓出現(xiàn)的幾率比較小，這里主要分析內(nèi)因過(guò)電壓的電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　晶閘管內(nèi)因過(guò)電壓保護(hù)電路如圖所示。</p><p>　　圖8 晶閘管過(guò)電壓保護(hù)電路</p><p&

55、gt;　　這種保護(hù)電路能有效的抑制內(nèi)因過(guò)電壓，從而保護(hù)晶閘管不受損壞。這種電路一般和di/dt抑制電路串聯(lián)使用，從而更好的保護(hù)晶閘管，如下圖。</p><p>　　圖9 晶閘管過(guò)電壓、di/dt抑制保護(hù)電路</p><p>　　如圖所示，V開通時(shí)刻緩沖電容Cs先通過(guò)Rs向V放電，使電流iC先上一個(gè)臺(tái)階，以后因?yàn)橛衐i/dt抑制電路的Li，iC的上升速度減慢。Ri、VDi是在V關(guān)斷時(shí)刻

56、為L(zhǎng)i中的磁場(chǎng)能量提供放電回路設(shè)置的。在V關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過(guò)VDs向Cs分流，減輕了V的負(fù)擔(dān)，抑制了du/dt和過(guò)電壓。</p><p><b>　　4電路參數(shù)計(jì)算</b></p><p><b>　　4.1參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　為了確保整體電路的安全性能，按照泵的最大電流計(jì)算。</p>&

57、lt;p>　　1.斬波電路:假設(shè)忽略水泵的內(nèi)阻r及。則電阻R=34.3Ω</p><p><b>　　令由則</b></p><p>　　2.整流電路：其中則</p><p>　　3.變壓器：則變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)的扎數(shù)比為8.25</p><p><b>　　4.2器件的選取</b><

58、;/p><p>　　1.斬波電路：電阻R=34.3Ω二極管的最大承受電壓為24*2=48V</p><p>　　晶閘管的最大承受電壓為24*3=72V，最大的承受電流為0.35*2=0.7A</p><p>　　2.整流電路：二極管的最大承受電壓為0.5U1=13.35V</p><p>　　5 課程設(shè)計(jì)總結(jié)及體會(huì)</p><

59、p>　　隨著人類社會(huì)的進(jìn)步，我們的生活越來(lái)越便捷，工作之余會(huì)找些自己喜歡的事情來(lái)做，對(duì)于生活在都是里的人來(lái)說(shuō)，養(yǎng)魚就是一種很好的生活方式，可以為勞累的人提供一種防松的方式，同時(shí)還可以陶冶人的情操，鍛煉人的意志。如何養(yǎng)好魚就成為了一個(gè)需要解決的問(wèn)題，尤其是水的問(wèn)題，為節(jié)約能源，做到循環(huán)利用水就是很好的辦法。因此設(shè)計(jì)了這個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)。就其中有關(guān)斬波的技術(shù)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。</p><p>　　直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制可分

60、為勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。勵(lì)磁控制法是控制磁通，其控制功率小，低速時(shí)受到磁飽和限制，高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，而且由于勵(lì)磁線圈電感較大動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，所以這種控制方法用得很少。大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合都使用電樞電壓控制法。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，改變電樞電壓可通過(guò)多種途徑實(shí)現(xiàn)，其中，直流斬波便是常用的改變電樞電壓的一種調(diào)速方法。</p><p>　　直流斬波調(diào)速控制的基本原理是按一個(gè)固定頻率來(lái)接通和斷開電

61、源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)接通和斷開的時(shí)間比(占空比)來(lái)改變直流電機(jī)電樞上電壓的"占空比"，從而改變平均電壓，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)其速度增加，電機(jī)斷電時(shí)其速度減低。只要按照一定的規(guī)律改變通、斷電的時(shí)間，即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。而且采用直流斬波技術(shù)構(gòu)成的無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)．啟停時(shí)對(duì)直流系統(tǒng)無(wú)沖擊，并且具有啟動(dòng)功耗小、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。</p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我在大概學(xué)

62、習(xí)課本知識(shí)的基礎(chǔ)上又得到了進(jìn)一步的深化。開始拿到題目，腦子里沒有解決問(wèn)題的思路，到后來(lái)開始認(rèn)真學(xué)習(xí)課本以及以前課程設(shè)計(jì)的方法和解決問(wèn)題的方法，經(jīng)過(guò)自己的仔細(xì)分析和計(jì)算，最終得到想要的結(jié)果，讓我感到一絲的欣慰。</p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)習(xí)了以前的沒有注意到的內(nèi)容并溫故了很多科目和軟件的使用。使用WORD畫出調(diào)速系統(tǒng)的電路框圖以及電路圖。此外去圖書館查找關(guān)于課設(shè)的知識(shí)以及上網(wǎng)認(rèn)真查找芯片資料，所有的

63、這些都讓我受益匪淺。讓我進(jìn)一步知道當(dāng)遇到未知問(wèn)題時(shí)，我可以用各種途徑最終解決難題，在以后的學(xué)習(xí)和工作中，我也將繼續(xù)貫徹這種方法。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中總會(huì)遇到各種的難題，比如對(duì)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)各種嘗試最后得到了想要的結(jié)果，我的耐心在這個(gè)過(guò)程中逐步建立起來(lái)。為以后的工作積累了經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了信心。</p><p><b>　　6參考文獻(xiàn)</b></p&

64、gt;<p>　　[1]王兆安、黃俊《電力電子技術(shù)》北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012</p><p>　　[2]王維平《現(xiàn)代電力電子技術(shù)及應(yīng)用》東南大學(xué)出版社，1999 </p><p>　　[3]葉斌《電力電子應(yīng)用技術(shù)及裝置》鐵道出版社，1999</p><p>　　[4]《基于IGBT直流斬波電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)》遼寧工程技術(shù)大學(xué)，作者待查</p>