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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目電鍍裝置的斬波器設(shè)置系 部 專 業(yè) 班 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 2018 年 5 月 17 日專心-專注-專業(yè)目錄0一、設(shè)計(jì)目的1、培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Inter網(wǎng)檢索需要的文獻(xiàn)資料； 2、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力；3、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)的能力；4、提高學(xué)生的電力電子裝置分析和設(shè)計(jì)能力；5、提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫水平。二、設(shè)計(jì)任務(wù)1.設(shè)計(jì)的任務(wù)1、確定直流電動(dòng)機(jī)型號；2、主電路、保護(hù)電路、控制電路設(shè)計(jì)；3、主電路的參數(shù)計(jì)算與選擇；4、平波電抗器的參數(shù)計(jì)算與選擇；5、主電路中過電壓

2、過電流保護(hù)電路的選擇及相應(yīng)電路元件的計(jì)算與選擇；6、繪制主電路、保護(hù)電路、控制電路設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)原理圖；7、寫出課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。其中設(shè)計(jì)報(bào)告包括有設(shè)計(jì)的目的，設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算，元器件選型，器件表，電路圖的設(shè)計(jì)說明以及設(shè)計(jì)的心得等；2.設(shè)計(jì)指標(biāo)內(nèi)容及要求(1) 要求提供Ud=50V； (2) Id=500A的直流電源；(3) 現(xiàn)有交流器輸出電壓240V；(4) 做出合理的主電路設(shè)計(jì)；(5) 控制電路模塊，這里我們的斬波電路由SG3525芯片控制；(6) 驅(qū)動(dòng)電路模塊，驅(qū)動(dòng)芯片選用EXB841。三、電鍍裝置斬波器的各單元電路設(shè)計(jì)1.主電路的模塊設(shè)計(jì)將240V交流電經(jīng)過整流電路轉(zhuǎn)換成50V的

3、直流電，再將直流電壓送入斬波電路，通過脈寬調(diào)制控制調(diào)節(jié)輸出電壓平均值。降壓斬波電路設(shè)計(jì)如圖2.2斬波電路：脈寬調(diào)制控制信號由IGBT驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出；保護(hù)電路用以緩沖IGBT在高頻工作環(huán)境下關(guān)斷時(shí)因?yàn)檎螂娏餮杆俳档投删€路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。2.主電路的框圖240v交流電源 交流整流電路 控制電路保護(hù)電路驅(qū)動(dòng)電路直流斬波電路 3.斬波電路圖 3.1斬波電路圖3.2波形圖1.工作原理：斬波電路主要用于電力電子的供電電源，也可拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)或帶蓄電池負(fù)載等，后兩種情況下負(fù)載中均會(huì)出現(xiàn)反電動(dòng)勢如圖中的所示。若負(fù)載中無反電動(dòng)勢，只需令=0。2.波形圖：如圖3.1中V的柵極電壓波形所示，在t=0

4、時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓=,負(fù)載電流按指數(shù)曲線上升。 當(dāng)時(shí)，控制V關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。至一個(gè)周期結(jié)束，在驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過程。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，負(fù)載電流在一個(gè)周期的初值和終值相等，如圖3.2所示。 負(fù)載電壓的平均值為 (2-1)式中，為V處于通態(tài)的時(shí)間，為V處于斷態(tài)的時(shí)間，為開關(guān)周期，為導(dǎo)通占空比，簡稱占空比或?qū)ū?。?fù)載電流平均值為: (2-2)電流斷續(xù)時(shí)，負(fù)載電壓平均值會(huì)被抬高，一般不希望出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。 3.斬波電路有三種控制方式：(1）脈沖寬度調(diào)制（PWM）：保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間。(

5、2)頻率調(diào)制：保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開關(guān)周期T。(3）混合型：和T都可調(diào)，使占空比改變。本設(shè)計(jì)選擇第一種控制方式4.整流電路整流電路采用單相橋式整流電路，此電路對每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，無須用續(xù)流二極管，也不會(huì)失控現(xiàn)象，負(fù)載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應(yīng)用廣泛。變壓器二次繞組中，正負(fù)兩個(gè)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。并且單相橋式全控整流電路具有輸出電流脈動(dòng)小，功率因素高的特點(diǎn)。 4.1 單相橋式整流電路5.驅(qū)動(dòng)電路模塊驅(qū)動(dòng)芯片EXB841功能介紹EXB 系列驅(qū)動(dòng)器的各引腳功能如下： 腳 1 ：連接用于反向偏置電源的濾

6、波電容器； 腳 2 ：電源（ 20V ）； 腳 3 ：驅(qū)動(dòng)輸出； 腳 4 ：用于連接外部電容器，以防止過流保護(hù)電路誤動(dòng)作（大多數(shù)場合不需要該電容器）；腳 5 ：過流保護(hù)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(qū)動(dòng)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(hù)電路。 EXB 系列驅(qū)動(dòng)器內(nèi)設(shè)有電流保護(hù)電路，根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號與集電極之間的關(guān)系檢測過電流，所示。當(dāng)集電極電壓高時(shí)，雖然加入信號也認(rèn)為存在過電流，但是如果發(fā)生過電流，驅(qū)動(dòng)器的低速切斷電路就慢速關(guān)斷IGBT ，從而保證 1GBT

7、不被損壞。如果以正常速度切斷過電流，集電極產(chǎn)生的電壓尖脈沖足以破壞 IGBTIGBT對驅(qū)動(dòng)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(dāng)。Rg過小，關(guān)斷時(shí)間過短，關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的集電極尖峰電壓過高；Rg過大，器件的開關(guān)速度降低，開關(guān)損耗增大。 （3）柵射電壓要適當(dāng)。增大柵射正偏壓對減小開通損耗和導(dǎo)通損耗有利，但也會(huì)使管子承受短路電流的時(shí)間變短，續(xù)流二極管反向恢復(fù)過電壓增大。因此，正偏壓要適當(dāng)，通常為+15V。為了保證在C-E間出現(xiàn)dv/dt噪聲時(shí)可靠關(guān)斷，關(guān)斷時(shí)必須在柵極施加負(fù)偏壓，以防止受到干擾時(shí)誤開通和加快關(guān)斷速度，減小關(guān)斷損耗，幅值

8、一般為-（510）V； （4）當(dāng)IGBT處于負(fù)載短路或過流狀態(tài)時(shí)，能在IGBT允許時(shí)間內(nèi)通過逐漸降低柵壓自動(dòng)抑制故障電流，實(shí)現(xiàn)IGBT的軟關(guān)斷。驅(qū)動(dòng)電路的軟關(guān)斷過程不應(yīng)隨輸入信號的消失而受到影響。當(dāng)然驅(qū)動(dòng)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(fù)偏壓、過流檢測、保護(hù)、軟關(guān)斷等主要特性，是一種比較典型的驅(qū)動(dòng)電路。其功能比較完善，在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用 驅(qū)動(dòng)芯片EXB841的控制原理圖 5.1 EXB841的工作原理 圖5.1為EXB841的驅(qū)動(dòng)原理。其主要有三個(gè)工作過程：正常開通過程、正常關(guān)斷過程和過流保護(hù)動(dòng)作過程。14和15兩腳間外加PWM控制

9、信號，當(dāng)觸發(fā)脈沖信號施加于14和15引腳時(shí)，在GE兩端產(chǎn)生約16V的IGBT開通電壓；當(dāng)觸發(fā)控制脈沖撤銷時(shí)，在GE兩端產(chǎn)生-5.1V的IGBT關(guān)斷電壓。過流保護(hù)動(dòng)作過程是根據(jù)IGBT的CE極間電壓的大小判定是否過流而進(jìn)行保護(hù)的，由二極管Vd7檢測。當(dāng)IGBT開通時(shí)，若發(fā)生負(fù)載短路等發(fā)生大電流的故障，會(huì)上升很多，使得Vd7截止，EXB841的6腳“懸空”，B點(diǎn)和C點(diǎn)電位開始由約6V上升，當(dāng)上V6導(dǎo)通，從而使IGBT的GE間電壓下降，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷，完成EXB841對IGBT的保護(hù)。射極電位為-5.1V，由EXB841內(nèi)部的穩(wěn)壓二極管決定。6.控制電路模塊斬波電路由SG3525芯片控制.2.2.1 芯

10、片SG3525功能介紹SG3525是電流控制型PWM控制器，是按照接反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。1）SG3525引腳功能及特點(diǎn)簡介 其原理圖如圖： 引腳功能Inv.input(引腳1)：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。 Noninv.input(引腳2)：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號輸入端（引腳9）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)

11、絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。 Sync(引腳3)：振蕩器外接同步信號輸入端。該端接外部同步脈沖信號可實(shí)現(xiàn)與外電路同步。 OSC.Output(引腳4)：振蕩器輸出端。 CT(引腳5)：振蕩器定時(shí)電容接入端。 RT（引腳6）：振蕩器定時(shí)電阻接入端。 Discharge(引腳7)：振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。 Soft-Start(引腳8)：軟啟動(dòng)電容接入端。該端通常接一只5 的軟啟動(dòng)電容。 Compensation(引腳9)：PWM比較器補(bǔ)償信號輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。 Sh

12、utdown(引腳10)：外部關(guān)斷信號輸入端。該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。 Output A（引腳11）：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。 Ground(引腳12)：信號地。 Vc(引腳13)：輸出級偏置電壓接入端。 Output B（引腳14）：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補(bǔ)輸出端。 Vcc（引腳15）：偏置電源接入端。 Vref(引腳16)：基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)電壓。 2）SG3525的工作原理 SG3525內(nèi)置了5.1V精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至 1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無須外接分壓電

13、組。SG3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號同步，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在CT引腳和Discharge引腳之間加入一個(gè)電阻就可以實(shí)現(xiàn)對死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。 SG3525的軟啟動(dòng)接入端（引腳8）上通常接一個(gè)5 的軟啟動(dòng)電容。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動(dòng)電容接入端相連的PWM比較器反向輸入端處于低電平，PWM比較器輸出高電平。此時(shí)，PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個(gè)或非門加到輸出晶體管上，使之無法導(dǎo)通。只有軟啟動(dòng)電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時(shí)，SG3

14、525才開始工作。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致PWM比較器輸出為正的時(shí)間變長，PWM瑣存器輸出高電平的時(shí)間也變長，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。 外接關(guān)斷信號對輸出級和軟啟動(dòng)電路都起作用。當(dāng)Shutdown（引腳10）上的信號為高電平時(shí)，PWM瑣存器將立即動(dòng)作，禁止SG3525的輸出，同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷信號結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過程。注意，Shutdown引腳不能懸空，應(yīng)通過接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號耦合而影響SG3525的正常工作。 欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級和軟啟動(dòng)電路。如果輸入電壓過低，在SG3525的輸出被關(guān)斷同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。 此外，SG3525還具有以下功