[工学]中南大学电力电子课程设计中南大学电力电子课程设计直流斩波可逆调速系统设计.doc

中南大学电力电子课程设计中南大学电力电子课程设计直流斩波可逆调速系统设计前言： 电力电子课程设计的意义： 电力电子课程设计是电气工程及其自动化专业学生在整个学习过程中一项综合性实践环节，复习巩固本课程及其他课程的有关内容，对学生的实践能力的培养和实践技能的训练具有相当重要的意义。通过设计获得电力电子技术必要的基本理论、基本分析方法以及基本技能的培养和训练，为学习后续课程以及从事与电气工程及其自动化专业有关的技术工作和科学研究打下一定的基础，也便于学生加深理解和灵活运用所学的理论，提高学生独立分析问题、解决问题的能力，为毕业后的工程实践打下良好的基础。 直流斩波可逆调速系统简介： 自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成了脉宽调制变换器----直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统或直流PWM调速系统。与V—M系统相比，PWM系统在很多方面有较大的优越性： 主电路简单，需用的功率器件少； 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都比较小； 低速性能好，稳态精度高，调速范围宽，可达1:10000左右； 若是与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强； 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率高； 直流电流采用不控整流，电网功率因素比相控整流器高。 由于以上优点直流PWM系统应用日益广泛，特别是在中小容量的高动态性能系统中，已完全取代了V—M系统。为达到更好的机械特性要求，一般直流电动机都是在闭环控制下运行，且经常采用的闭环系统有转速负反馈和电流截止负反馈。 目录： 一、课程设计内容与要求 4 二、主电路 5 2.1 主电路的设计 5 2.2主电路器件选择与参数计算 8 2.2.1电动机参数计算 8 2.2.2整流电路变压器的选择 9 2.2.3电力二极管参数 10 2.2.4滤波电容选择 10 2.2.5 MOSFET的选择 10 2.2.6续流二极管的选择 11 2.2.7主电路电感的选择 11 三、缓冲电路与保护电路 12 3.1 缓冲电路 12 3.11缓冲电路设计 12 3.1.2缓冲电路元件选择 14 3.2保护电路 15 四、驱动电路 17 五、控制策略的选择 21 5.1系统的控制方式 21 5.2 H型变换器的控制方式选择 23 5.3控制电路设计 25 5.3.1转速调节器， 25 5.3.2电流调节器 26 5.3.3PWM波发生器 26 六、系统工作原理分析 28 七、波形分析与MATLAB 仿真 29 八、总结 34 九、参考文献 35 十、附图 36 一、课程设计内容与要求 题目：直流斩波可逆调速系统的设计 直流电动机的参数：P=1.5KW, U=220V, I=8.7A, N=1500; 他逆，励磁电压U=200V, 电动机最大起动电流倍数1.5 设计内容 ① 主回路设计，参数计算，开关器件选择； ② 缓冲电路及保护电路的设计和元件的选择； ③ 驱动电路的设计； ④ 控制策略选择； ⑤ 系统工作原理分析及波形分析。 设计基本要求 根据设计题目要求，认真复习教材，阅读有关文献，设计手册及资料，独立按时完成任务，设计说明书要求简洁，通顺，计算正确，图表、图纸规范，符合工程设计要求。 编写课程设计说明书：1.前言 2.目录 3.正文 4.结论 5.参考文献。 二、主电路 2.1 主电路的设计 直流斩波可逆调速系统首先要得到直流电源，因此在主电路中，要有将电网的交流电变换为直流电的整流电路。 整流电路的选择： 整流电路有单相半波、单相全波、单相桥式、三相半波、三相桥式等多种整流电路。其中单相半波整流电路简单，但变压器二次侧电流中含有直流分量，造成变压器铁心直流磁化，因而不采用；单相全波、单相桥式整流电路也有电路简单的优点，但是输出脉动大。三相半波整流电路的主要缺点也是其变压器二次侧电流中含有直流分量，为此很少应用。 选择电容滤波的三相桥式不可控整流电路，其电路图如下： 图2-1三相桥式不可控整流电路 可逆PWM变换器主电路选择： 可逆PWM变换器主电路的结构形式有H型、T型等，T型电路由两个可控电力电子器件和两个续流二极管组成，所用元件少，线路简单，构成系统时便于引出反馈，适用于作为电压低于50V的电动机的可控电压源；但是T型电路需要正负对称的双极性直流电源，电路中的电力电子器件要求承受两倍的电源电压，在相同的直流电源电压下，其输出电压的幅值为H型电路的一半。 T型电路图如下： 图2-2 T型电路 H型电路是实际上广泛应用的可逆PWM变换器电路，它由四个可控电力电子器件和四个续流二极管组