電鍍裝置的斬波器設置doc(自動)

1、本科生課程設計（論文）遼 寧 工 業(yè) 大 學 電力電子技術課程設計（論文）題目：電鍍裝置的斬波器設置院（系）： 工程技術學院 專業(yè)班級：電氣工程及其自動化學 號： 學生姓名： 指導教師： （簽字）起止時間：課程設計（論文）任務及評語院（系）：電子與信息工程學院 教研室： 電氣教研室 學 號學生姓名專業(yè)班級課程設計（論文）題目電鍍裝置的斬波器設置課程設計（論文）任務課題完成的設計任務及功能、要求、技術參數(shù)實現(xiàn)功能：試為電鍍裝置設計一斬波器（主電路，驅動電路，保護電路）技術參數(shù)：電鍍裝置，提供Ud=50V、Id=500A的直流電源，交流器輸出電壓240V設計任務：1.主電路、保護電路、控制電路設計

2、；2.主電路的參數(shù)計算與選擇； 要求：1、 1、文字在4000字左右。2、 2、文中的理論分析與計算要正確。3、 3、文中的圖表工整、規(guī)范。4、元器件的選擇符合要求。進度計劃第1天：集中學習；第2天：收集資料；第3天：方案論證；第4天：主電路設計；第5天：選擇器件；第6天：確定變壓器變比及容量；第7天：確定平波電抗器；第8天：觸發(fā)電路設計；第9天：總結并撰寫說明書；第10天：答辯。指導教師評語及成績 平時： 論文質量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質量60% 答辯20% 以百分制計算I摘要我國電鍍行業(yè)經歷了由20世紀80年代初期的高峰跌入低谷，90年代

3、開始回升，經過10多年的恢復發(fā)展，隨著世界制造業(yè)中心向我國轉移，香港、臺灣、東南亞、韓國與及一些發(fā)達國家和地區(qū)的電鍍企業(yè)紛紛到我國設廠，我國已成為電鍍大國，但還不是電鍍強國。由于電鍍加工給產品帶來的裝飾性和功能性，工藝技術的不斷改進和發(fā)展，而且，電鍍行業(yè)相對其它行業(yè)是以節(jié)省貴金屬為目的的節(jié)約型行業(yè)，電鍍行業(yè)已成為我國國民經濟發(fā)展過程中的一個不可缺少，也不可替代，還有上升趨勢的發(fā)展型行業(yè)。直流-直流變流電路的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{電壓的直流電，包括直接直流電變流電路和間接直流電變流電路。直接直流電變流電路也稱斬波電路，它的功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{電壓的直流電，一般是指直

4、接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姡@種情況下輸入與輸出之間不隔離。間接直流變流電路是在直流變流電路中增加了交流環(huán)節(jié)，在交流環(huán)節(jié)中通常采用變壓器實現(xiàn)輸入輸出間的隔離，因此也稱帶隔離的直流-直流變流電路或直-交-直電路。直流斬波電路的種類有很多，包括六種基本斬波電路：降壓斬波電路，升壓斬波電路，升降壓斬波電路,Cuk斬波電路，Sepic斬波電路和Zeta斬波電路，利用不同的斬波電路的組合可以構成符合斬波電路，如電流可逆斬波電路，橋式可逆斬波電路等。利用相同結構的基本斬波電路進行組合，可構成多相多重斬波電路。 關鍵詞：電鍍；斬波器；斬波電路 II目錄第一章 緒論 2 第二章 電鍍裝置斬波器的各單元電路設計3

5、 2.1主電路的模塊設計3 2.2整流電路5 2.3驅動電路模塊62.4元件參數(shù)計算：82.5元件選擇9第三章 斬波電路的仿真10第四章 課程設計總結12參考文獻13 第一章 緒論電力電子技術是一門介于強電和弱電之間的邊緣科學，它是溝通傳統(tǒng)機電技術與電子技術的中間環(huán)節(jié)。根據(jù)美國電氣電子工程師協(xié)會（IEEE）的定義，電力電子技術是指有效地利用電力半導體器件，應用電路理論和設計理論以及分析開發(fā)工具，實現(xiàn)對電能的高效率變換和控制的一門技術，它包括變壓、電流、頻率和波形等方面的變換。 通常把電力電子技術分為電力電子制造技術和變流技術兩個分支。變流技術也稱為電力電子器件的應用技術，它包括用電力電子器件構

6、成各種電力變換電路和對這些電路進行控制的技術，以及由這些電路構成電路電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術?！白兞鳌辈粌H指交直流之間的交換，也包括直流變直流和交流變交流的變換。 整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設備。它的應用十分廣泛，例如直流電動機，電鍍，電解電源，同步發(fā)電機勵磁，通信系統(tǒng)電源等。 在大部分用電設備中，工作電源直接來自交流電網，但許多電子線路都要采用直流供電，因此AC/DC變換器成為電力電子產品中必不可少的部分。- 13 -本科生課程設計（論文）第二章 電鍍裝置斬波器的各單元電路設計2.1主電路的模塊設計將240V交流電經過整流電路轉換

7、成50V的直流電，再將直流電壓送入斬波電路，通過脈寬調制控制調節(jié)輸出電壓平均值。降壓斬波電路設計如圖2.2斬波電路：脈寬調制控制信號由IGBT驅動電路發(fā)出；保護電路用以緩沖IGBT在高頻工作環(huán)境下關斷時因為正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。 斬波電路 整流電路主框圖如圖交流直流驅動電路保護電路圖2.1主框圖工作時的波形圖2.3 此電路使用一個全控型器件V，圖中為IGBT，也可用其他器件，若采用晶閘管，需設置使晶閘管關斷的輔助電路。如圖2.2中，在V關斷時給負載中電感電流提供通道，并設置了續(xù)流二極管VD圖2.2斬波電路圖圖2.3波形圖工作原理：斬波電路主要用于電力電子的供電電

8、源，也可拖動直流電動機或帶蓄電池負載等，后兩種情況下負載中均會出現(xiàn)反電動勢如圖中的所示。若負載中無反電動勢，只需令=0。 如圖2.2中V的柵極電壓波形所示，在t=0時刻驅動V導通，電源E向負載供電，負載電壓=,負載電流按指數(shù)曲線上升。 當時，控制V關斷，負載電流經二極管VD續(xù)流，負載電壓近似為零，負載電流呈指數(shù)曲線下降。至一個周期結束，在驅動V導通，重復上一周期的過程。當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，負載電流在一個周期的初值和終值相等，如圖2.3所示。 負載電壓的平均值為   (2-1)式中，為V處于通態(tài)的時間，為V處于斷態(tài)的時間，為開關周期，為導通占空比，簡稱占空比或導通比。負載電流平均值為:

9、   (2-2)電流斷續(xù)時，負載電壓平均值會被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。 斬波電路有三種控制方式：(1）脈沖寬度調制（PWM）：保持開關周期T不變，調節(jié)開關導通時間。(2)頻率調制：保持開關導通時間不變，改變開關周期T。(3）混合型：和T都可調，使占空比改變。本設計選擇第一種控制方式2.2整流電路整流電路采用單相橋式整流電路，此電路對每個導電回路進行控制，無須用續(xù)流二極管，也不會失控現(xiàn)象，負載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應用廣泛。變壓器二次繞組中，正負兩個半周電流方向相反且波形對稱，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問題，變壓器的利用率也高。并且單相橋式全

10、控整流電路具有輸出電流脈動小，功率因素高的特點。圖2.4單相橋式整流電路2.3驅動電路模塊EXB841是日本富士公司提供的300A/1200V快速型IGBT驅動專用模塊，整個電路延遲時間不超過1s，最高工作頻率達40一50kHz，它只需外部提供一個+20V單電源，內部產生一個-5V反偏壓，模塊采用高速光耦合隔離，射極輸出。有短路保護和慢速關斷功能.    EXB841 由放大部分、過流保護部分和5V 電壓基準部分組成。放大部分由光耦合器 IS01（TLP550）、V2、V4、V5和R1、C1、R2、R9組成，其中 IS01 起隔離作用, V2 是中間級, V4 和

11、 V5 組成推挽輸出。過流保護部分由V1 、V3 、VD6 、VZI 和C2 、R3 、R4 、R5 、R6 、C3 、 R7、R8、C4 等組成。它們實現(xiàn)過流檢測和延時保護功能。 EXB84l 的腳 6 通過快速二極管 VD7 接至 IGBT 的集電極，顯然它是通過檢測電壓Uce 的高低來判斷是否發(fā)生短路。5V 電壓基準部分由 R10, VZ2 和C5組成，既為驅動IGBT 提供-5V 反偏壓，同時也為輸入光耦合器 IS01 提供副方電源。驅動芯片EXB841功能介紹EXB 系列驅動器的各引腳功能如下： 腳 1 ：連接用于反向偏置電源的濾波電容器； 腳 2 ：電源（ 20V ）； 腳 3 ：

12、驅動輸出； 腳 4 ：用于連接外部電容器，以防止過流保護電路誤動作（大多數(shù)場合不需要該電容器）；腳 5 ：過流保護輸出； 腳 6 ：集電極電壓監(jiān)視； 腳 7、8 ：不接； 腳 9 ：電源；腳 10 、11 ：不接； 腳 14 、15 ：驅動信號輸入（一，）；IGBT 通常只能承受 10us 的短路電流，所以必須有快速保護電路。 EXB 系列驅動器內設有電流保護電路，根據(jù)驅動信號與集電極之間的關系檢測過電流，所示。當集電極電壓高時，雖然加入信號也認為存在過電流，但是如果發(fā)生過電流，驅動器的低速切斷電路就慢速關斷IGBT ，從而保證 1GBT 不被損壞。如果以正常速度切斷過電流，集電極產生的電壓尖

13、脈沖足以破壞 IGBTIGBT對驅動電路的要求（1）觸發(fā)脈沖要具有足夠快的上升和下降速度，即脈沖前后沿要陡峭；。 （2）柵極串連電阻Rg要恰當。Rg過小，關斷時間過短，關斷時產生的集電極尖峰電壓過高；Rg過大，器件的開關速度降低，開關損耗增大。 （3）柵射電壓要適當。增大柵射正偏壓對減小開通損耗和導通損耗有利，但也會使管子承受短路電流的時間變短，續(xù)流二極管反向恢復過電壓增大。因此，正偏壓要適當，通常為+15V。為了保證在C-E間出現(xiàn)dv/dt噪聲時可靠關斷，關斷時必須在柵極施加負偏壓，以防止受到干擾時誤開通和加快關斷速度，減小關斷損耗，幅值一般為-（510）V； （4）當IGBT處于負載短路或

14、過流狀態(tài)時，能在IGBT允許時間內通過逐漸降低柵壓自動抑制故障電流，實現(xiàn)IGBT的軟關斷。驅動電路的軟關斷過程不應隨輸入信號的消失而受到影響。當然驅動電路還要注意像防止門極過壓等其他一些問題。日本FUJI公司的EXB841芯片具有單電源、正負偏壓、過流檢測、保護、軟關斷等主要特性，是一種比較典型的驅動電路。其功能比較完善，在國內外得到了廣泛應用 驅動芯片EXB841的控制原理圖 2.5 EXB841的工作原理 圖2.5為EXB841的驅動原理。其主要有三個工作過程：正常開通過程、正常關斷過程和過流保護動作過程。14和15兩腳間外加PWM控制信號，當觸發(fā)脈沖信號施加于14和15引腳時，在GE兩端

15、產生約16V的IGBT開通電壓；當觸發(fā)控制脈沖撤銷時，在GE兩端產生-5.1V的IGBT關斷電壓。過流保護動作過程是根據(jù)IGBT的CE極間電壓Uce的大小判定是否過流而進行保護的，Uce由二極管Vd7檢測。當IGBT開通時，若發(fā)生負載短路等發(fā)生大電流的故障，Uce會上升很多，使得Vd7截止，EXB841的6腳“懸空”，B點和C點電位開始由約6V上升，當上V6導通，從而使IGBT的GE間電壓Uce下降，實現(xiàn)軟關斷，完成EXB841對IGBT的保護。射極電位為-5.1V，由EXB841內部的穩(wěn)壓二極管決定。2.4元件參數(shù)計算：設計輸入電流為頻率50Hz的三相380V交流電，其脈沖周期為：經過整流后

16、得到的是只有正半部分的正弦波幅值與輸入電壓一樣，但周期為輸入電壓的一半，即：設計輸出電壓為直流Ud=50V穩(wěn)壓，電流為Id=500A直流。輸入電壓為240V穩(wěn)壓，占空比=50240=0.21。因為Ud=50V，取3倍裕量，選耐壓為150V以上的IGBT；由于IGBT是以最大標注且穩(wěn)定電流與峰值電流間大致為4倍關系，所以應選用>4倍額定負載電流的IGBT為宜；因此選用額定電流2000A,額定電壓150V左右的IGBT。計算：由式把、代入上式得出雖說電感L的值越大，得到的圖形越穩(wěn)定，但在此電路中，需要看到穩(wěn)波，因此按計算值設置參數(shù)即可。計算：由式計算出 H 。電容C的值越大，得到的圖形越穩(wěn)定

17、，2.5元件選擇表2-5元件選擇名稱數(shù)量名稱數(shù)量IGBT1電容若干變壓器1電感若干電阻若干EXB841芯片1晶閘管4續(xù)流二極管1第三章 斬波電路的仿真按照原理圖在MATLAB中搭建模塊，搭建好的模型圖如下：圖3.1 仿真電路圖圖3.2 仿真結果圖在斬波的過程中電壓電流突升，產生了諧波，所以電壓的波形如圖3.2所示。第四章 課程設計總結通過這一次的課程設計，我對電力電子的相關知識有了深刻的認識，加深了對電鍍裝置斬波器等知識的了解和掌握，從得到課題時的一臉茫然到通過查資料、與同學探討、經老師指導后，自己設計并寫出這份報告，心中充滿了成就感。通過課程設計還拓寬了知識面，學到了很多課本上沒有的知識，報

18、告只有自己去做能加深對知識的理解，任何困難只有自己通過努力去克服才能收獲成功的喜悅。同時在設計的過程中我發(fā)現(xiàn)自己對課本知識的理解不夠深刻，掌握的不牢靠，以后定會努力溫習以前的知識，只有這樣才能做到溫故而知新，掌握所學的知識，做到活學活用。參考文獻1 邱關主編. 電路.第五版. 高等教育出版社, 2004 P33-P40 2 郝萬新主編.電力電子技術.化學工業(yè)出版社,. 2002 P45-P573 王兆安主編.電力電子技術.第四版.機械工業(yè)出版社,2003 P108-P1124 呂宏主編.電力電子技術.感應加熱電源的PWM-PFM控制方法, 2003.15 吳雷主編.電力電子技術.基于DSP大功率中頻感應焊機的研究, 2003.4 6 周克寧主編 電力電子技術：機械工業(yè)出版社,2004 P156-1677 趙世平主編.模擬電子技術基礎.中國電力出版社,2009 P225-2588 何方白，柏詠菊主編.