1、電力電子課程設計2015年12月 1、把從電力電子技術及其它先修課程（電工基礎、電子技術、電機學等）中所學到的理論和實踐知識，在課程設計實踐中全面綜合的加以運用，使這些知識得到鞏固、提高，并使理論知識與實踐技能密切結合起來。 2、初步樹立起正確的設計思想，掌握一般電力電子電路設計的基本方法和技能，培養觀察、分析和解決問題及獨立設計的能力，訓練設計構思和創新能力。 3、培養具有查閱參考文獻和技術資料的能力，能熟悉或較熟悉地應用相關手冊、圖表、國家標準，為今后成為一名合格的電氣工程技術人員進行必須的基本技能和基本素質訓練。課程設計目的課程設計目的1、根據設計題目要求正確選擇控制方案，查閱參考資料（

2、注：具體的題目設計要求見各設計題）；2、繪制電氣控制原理圖，包括主電路圖及觸發電路圖(或驅動電路圖)，正確選擇或設計元器件，訂列元器件目錄清單；3、設計部分工藝圖紙（電氣控制圖，電器元件布置圖，安裝接線圖）；4、編制完整的設計說明書。課程設計任務及要求課程設計任務及要求封面目錄1、設計目的2、設計任務3、主要技術參數；4、設計內容（包括電路的框圖、工作原理、 元器件選擇和設計，繪制相關圖紙）5、設計小結6、參考文獻附錄（電路圖、波形圖、元器件清單）設計說明書要求設計說明書要求u系統說明設計過程中所考慮的問題及一切計算，包括與計算有關的必要簡圖。u計算正確完整，文字簡潔流暢，書寫整齊清晰。u設計

3、說明書用16開報告紙，按規范的順序與格式書寫，注明頁次并編寫目錄，最后加封面裝訂成冊。u設計說明書中的圖用鉛筆繪制，電氣符號符合國家標準，波形圖注意對應關系。u元器件清單包括名稱、型號。u設計說明書不少于35頁，總字數為60008000字。u設計說明書裝訂，材料袋裝。一、直流穩壓電源的設計一、直流穩壓電源的設計 1. 技術參數：裝置輸入電源為三相UL=380V工頻交流電源，輸出直流電壓0200V，輸出電流100A，當電流降為5A時電流開始斷續，LB=1mH。2. 設計要求：u設計主電路及電氣控制電路，建議主電路為三相橋式全控整流電路；u選擇主電路所有圖列元件，并給出清單；u選擇觸發電路及其同步

4、信號；u繪制裝置總體電路原理圖，繪制電路所有點電壓、電流及元器件(晶閘管等)兩端電壓波形（匯總繪制，注意對應關系）；u編制設計說明書。已知條件：輸入電源：三相UL=380V工頻交流電源，主電路結構：三相橋式全控整流電路負載性質：電動機負載輸出：直流電壓0200V，電流100A當電流降為5A時電流開始斷續，LB=1mH。bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1電路結構、工作原理和波形主電路的設計整流變壓器額定參數計算整流元件的計算和選擇晶閘管保護電路的計算電抗器的參數計算主電路計算主電路計算u計算變壓器二次側電壓和電流U2和I2 計算變壓器變比 u晶閘管的選擇（額定

5、電壓、額定電流）考慮裕量u晶閘管保護環節，包括交流側過電壓保護和晶閘管兩端的過電壓保護、過電流保護等。 過電壓保護：阻容保護； 過電流保護：熔斷器保護u電抗器的參數計算觸發電路的設計觸發電路的設計對觸發電路的要求對觸發電路的要求KC04集成移相觸發器集成移相觸發器可分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖可分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成，脈沖輸出等幾部分電路形成，脈沖輸出等幾部分電路 KC04組成的移相式觸發電路組成的移相式觸發電路KC41C原理圖及其外部接線圖原理圖及其外部接線圖 六路雙脈沖發生器六路雙脈沖發生器KC41C 腳是六路脈沖輸入腳是六路脈沖輸入端端(如三片如三片KC04的六個輸出脈

6、的六個輸出脈沖沖)，每路脈沖由輸入二極管，每路脈沖由輸入二極管送給本相和前相，再由送給本相和前相，再由T1T6組成的六路電流放大器，分六組成的六路電流放大器，分六路輸出。路輸出。T7組成電子開關，當組成電子開關，當控制端腳接低電平時，控制端腳接低電平時，T7截截止，腳有脈沖輸出。當止，腳有脈沖輸出。當腳接高電平時，腳接高電平時，T7導通，各導通，各路輸出脈沖被封鎖。路輸出脈沖被封鎖。 三相全控橋整流電路的集成觸發電路三相全控橋整流電路的集成觸發電路三相同步變壓器的接法與鐘點數三相同步變壓器的接法與鐘點數 （12種）種）同步變壓器選擇輔助電源設計（輔助電源設計（+15V，-15V）反饋控制電路反

7、饋控制電路電壓負反饋U*(-)Uf(+)-+R0R0R0R1C1控制電壓,接KC04的UCO端技術參數：裝置輸入電源為單相工頻交流電源（220V+20），輸出電壓Vo=24V，輸出電流Io=5A，最大輸出紋波電壓100mV，工作頻率f=100kHz。二、直流開關電源的設計二、直流開關電源的設計 2、設計要求：u設計主電路，建議主電路為：整流部分是橋式二極管整流，大電容濾波，DC/DC部分采用半橋變換器，主功率管用MOSFET；u選擇主電路所有圖列元件，并給出清單；u設計MOSFET驅動電路及控制電路；u繪制裝置總體電路原理圖，繪制：單相橋式整流電路各點電壓波形；MOSFET驅動電壓、全橋電路中

8、各元件的電壓、電流以及輸出電壓波形（將波形分別匯總繪制，注意對應關系）；u編制設計說明書、設計小結。+S1S2VD1VD2LUiN1N2N3+udUo+C1C2W1W3W20.85D 1、確定變比K/2ioLfDVDKVVVVo是輸出電壓，VD是輸出整流二極管的通態壓降，VLf是輸出濾波電感上的直流壓降 。VLf=0.5V2、濾波電感的計算、濾波電感的計算經驗算法一般選擇輸出濾波電感電流的脈動為最大輸出電流的20%，這樣本模塊電源的輸出濾波電感電流的脈動可選為Io *20%= A，也就是當輸出電流在IOmin= Io *10%= A時應保證輸出濾波電感電流連續，輸出濾波電感可按下式計算： mi

9、n1222oofisoLfDVVLVfIVVK規定輸出電壓的最大紋波值為V= mV，則可由下式確定輸出濾波電容的大小： 3、濾波電容的計算、濾波電容的計算2(1)822oofifsLfDVVCVLfVVVK三、直流變換器的設計三、直流變換器的設計(1)：技術參數：輸入直流電壓Vin=42V，輸出電壓Vo=12V，輸出電流Io=3A，最大輸出紋波電壓50mV，工作頻率f=100kHz。2、設計要求：設計主電路，建議主電路為：采用BUCK變換器，主功率管用MOSFET；選擇主電路所有圖列元件，并給出清單；設計MOSFET驅動電路及控制電路；繪制裝置總體電路原理圖，繪制： MOSFET驅動電壓、BU

10、CK電路中各元件的電壓、電流以及輸出電壓波形（波形匯總繪制，注意對應關系）；編制設計說明書、設計小結。濾波電容的計算濾波電容的計算inoLfsfVViD TL濾波電感的計算濾波電感的計算0.2LfoiI2(1)8ooffsD VVL C f四、直流變換器的設計四、直流變換器的設計(2) 技術參數：輸入直流電壓24V，輸出電壓Vo=54V，輸出電流Io=10A，最大輸出紋波電壓200mV，工作頻率f=100kHz。 2、設計要求：u設計主電路，建議主電路為：采用BOOST變換器，主功率管用MOSFET；u選擇主電路所有圖列元件，并給出清單；u設計MOSFET驅動電路及控制電路；u繪制裝置總體電路

11、原理圖，繪制：MOSFET驅動電壓、BOOST電路中各元件的電壓、電流以及輸出電壓波形（波形匯總繪制，注意對應關系）；u編制設計說明書、設計小結。五、直流變換器的設計五、直流變換器的設計(3)：技術參數： 脈寬調制型橋式直流變換器中，輸入直流電壓Vin=300V，副邊電路為全波整流方式，輸出電壓Vo=54V，額定輸出電流Io=5A，主功率管為MOSFET，工作頻率f=50kHz。設計要求：u設計主電路，主功率管用MOSFET，選擇主電路所有圖列元件，并給出清單；u設計輸出濾波電感（或設計高頻變壓器）u采用鐵氧體材料的EE型磁芯；確定磁芯型號、尺寸；計算繞組匝數，選定導線線徑，校核窗口系數；u繪

12、制主電路圖、磁芯結構圖，繪制橋式直流變換器所有點電壓、電流波形及元件的電壓、電流波形；u編制設計說明書、設計小結。濾波電感的計算濾波電感的計算經驗算法一般選擇輸出濾波電感電流的脈動為最大輸出電流的20%，這樣本模塊電源的輸出濾波電感電流的脈動可選為Io *20%= 2 A，也就是當輸出電流在IOmin= Io *10%= 1 A時應保證輸出濾波電感電流連續，輸出濾波電感可按下式計算： DLfinoosofVVKVVIfVL122min規定輸出電壓的最大紋波值為V= 100 mV，則可由下式確定輸出濾波電容的大小： 2、濾波電容的計算、濾波電容的計算2(1)82oofinfsLfDVVCVLfV

13、VVK磁芯型號和尺寸選擇繞組計算校驗窗口4oLfDssemVVVNfAB0.15mBT0.85D 注意：原副邊的匝數應取整。變壓器設計1、確定變比KinoLfDVDKVVV2、初選磁芯尺寸鐵氧體材料Ae為磁芯的有效導磁面積（m2） psNK NVo是輸出電壓，VD是輸出整流二極管的通態壓降，VLf是輸出濾波電感上的直流壓降 。VLf=0.5V電感的設計3、確定繞組線徑確定繞組線徑 考慮高頻時導線的集膚效應，導線的穿透深度 sf222將銅導線的電導率=58106/m，磁導率=0=410-7H/m，工作頻率fs=50kHz代入上式，得： 0.2955mm 繞組線徑線徑應小于2=0.591mm。2o

14、sII ssIsJ24dpsdmaxooopininPVIIVVppIsJ原副邊電流的有效值原副邊導線的截面積導線電流密度J=(3-5)A/mm2 計算導線直徑dppdpsns4、窗口校核、窗口校核 2dpppd sssuWsnNsn NKA0.4uK 電感設計電感設計1、初選磁芯尺寸 2. 初選氣隙初選氣隙 初選氣隙=1mm，計算繞組匝數。根據下列公式計算電感量： 20LfefNAL0fLfeLNA匝數應取整20LfefNAL實際氣隙 3、核算磁芯最高工作磁通密度、核算磁芯最高工作磁通密度Bm 0omNLf IB0.5mBT4、計算繞組的線徑和股數、計算繞組的線徑和股數 5、窗口校核、窗口校

15、核 同變壓器設計（六）、損耗分析（六）、損耗分析1、技術參數：脈寬調制型橋式直流變換器，輸入直流電壓Vin=310，副邊電路為全波整流方式，輸出電壓Vo=54V，額定輸出電流Io=10A，主功率管為MOSFET，工作頻率f=50kHz。2、設計要求：u分析變換器的工作原理u計算各元器件承受的電壓、電流，選擇合適的元器件，列出清單；u給出主功率管、整流二極管的損耗計算公式；u計算各元器件的損耗及變換器的效率；u繪制橋式直流變換器所有點電壓、電流波形及元件的電壓、電流波形；u編制設計說明書、設計小結。 2()onrmsds onPIRMOSFET的損耗計算00(1)(1)1()6frtoffsws

16、fftonsrrswrfsUtPft IdttttIPswfUtdtttPU Ittf Rds(ON)：場效應管FET漏極D與源極S之間導通時D、S之間的電阻 2oon DDFFIPIVV0(1)16rrtsw DsrrrrrrrrrrsttPfK IUdtttKU I tf Krr二極管電流反向恢復系數，Krr=0.4trr二極管電流反向恢復時間。二極管損耗計算交流輸入電壓一次整流濾波電路直流輸入電壓逆變器二次整流濾波占空比控制電路誤差放大電路比較器基準電壓輸入濾波器直流輸出電壓DC/DC變換器開關電源組成框圖控制芯片SG3525 TL494 TL1451 MC34060 UCC3842 UCC3895等 SG3525內部框圖內部框圖 SG3525工作波形圖工作波形圖 SG3525及外圍電路及外圍電路 驅動電路驅動電路推薦參考書及相關網站推薦參考書及相關網站 1直流開關電源的軟開關技術 阮新波 嚴仰光編著，科學出版社； 2電力電子技術 丁道宏主編，航空工業出版社；3電力電子技術 任國光主編，上海科技文獻出版社；4現代電力電子技術 何希才主編，國防工業出版社；5晶閘管變流技術 莫正康主編，機械工業出版社；6電力電子技術 王兆安、黃俊主編, 機械工業出版社；7電氣制圖用新舊圖形符號對照 科學出版社；8.電氣制圖