电力电子与电气传动综合课程设计

第一篇：电力电子与电气传动综合课程设计

电力电子与电气传动综合课程设计任务书

一、目的及要求：

通过电力电子与电气传动的综合课程设计教学环节,使学生掌握以直流电动机为对象组成的运动控制，包括转速单闭环调速系统，转速、电流双闭环控制调速系统，静态、动态性能分析及工程设计方法，掌握以交流电动机为对象组成的运动控制,包括基于稳态模型和动态模型的异步电动机调速系统以及同步电动机调压调速系统的工作原理和性能特点。

通过该课程的学习，培养学生理论联系实际的能力，掌握电气传动控制系统的工作原理和设计方法，从实际出发，深入地进行理论分析，应用理论解决电气传动系统中的实际问题，提高学生分析问题和解决问题的能力。检验同学们对所学知识的掌握程度和运用能力。

二、内容及步骤： 内容：

1.设计一个三相桥式全控整流电路，电源相电压为220V，利用可调的直流电压驱动直流电机进行调速，仿真观察整流电路输出电压和电流波形，电机电流、转速、转矩变化曲线。

2.设计一个双闭环直流电动机调速系统，整流装置采用三相桥式电路，电动机参数：UN=220V,IdN=136A,nN=1460r/min,Ce=0.132V.min/r, 过载倍数λ＝1.5，整流装置放大系数Ks＝40，电枢回路总电阻R＝0.5欧，时间常数Tl=0.03s,Tm=0.18s,电流反馈系数β＝0.05V/A,转速反馈系数α＝0.007V.min/r，要求实现稳态无静差，电流超调量σi％≤5％，空载起动到额定转速时的转速超调量σn％≤10％，取电流反馈滤波时间常数Toi＝0.0017s,转速反馈滤波时间常数Ton＝0.01s,取转速调节器和电流调节器的饱和值为12V，输出限幅值为10V，额定转速时转速给定Un*＝10V。仿真观察系统的转速、电流响应和设定参数变化对系统响应的影响。

3.完成基于IGBT逆变电路的异步电机恒压频比变频调速系统仿真，电机参数如下：额定功率为2.2kW,额定线电压为380V，额定频率为50Hz,额定转速为1423pm，定子电阻为3.478Ω，定子漏感为0.01254H，转子电阻为2.546Ω，转子漏感为0.01226H，励磁电感为0.3329H，转动惯量为0.0131，极对数为2。

4.采用三相SPWM技术设计一个转速开环变频调速系统，观察电动机的电流、转速和转矩曲线。

步骤如下：

1、查阅调速系统资料。

2、设计调速系统原理图和动态结构框图。

3、计算各控制参数。

4、熟悉MATLAB仿真工具。

5、对原理图和结构框图进行仿真。

6、总结课程设计报告。

三、课程设计时间和进度安排：

1、时间安排第16-18周

2、据学生人数分组：班级-电气：109741、109742共82人，每2-3人一组。课程设计进度：

1：听课学习MATLAB仿真软件（1天）（占10%）2：学习和熟悉软件的应用和基本操作（4天）（占20%）3：查阅调速系统资料。（2天）（占10%）

4：设计调速系统原理图和动态结构框图（3天）（占20%）5：对原理图和结构框图进行仿真（4天）（占30%）

6：总结报告：书写设计说明书、设计步骤、报告。（1天）（占10%）

四、答辩及成绩评定：

每个课程设计的最后一周的周五进行答辩，其中每一部分所占总成绩的比例请参考第三项。教师组织考核，对每个学生做出评语，成绩可按：优、良、中、及格、不及格分为五等。教师通过设计答辩或经验交流形式，了解学生设计水平。根据学生运动控制基本知识掌握的程度，调速系统电路设计和利用仿真软件综合设计与调试能力，独立分析解决问题的能力和创新精神，课程设计总结报告的书写评定成绩。五：教学参考书目：

《运动控制系统》 清华大学出版社 阮毅，陈维钧

《电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真》

机械工业出版社 洪乃刚 《电力电子应用技术的MATLAB仿真》

中国电力出版社

林飞 杜欣

撰槁人 教研室主任 系主任

卢

峥

签名

日期

2011.5.27

电子与电气工程系（电气教研室）2011/5/27

第二篇：《电力电子课程设计》论文

目录

第一章

1.1 1.2 1.3 第二章

2.1 2.2 2.3 2.4 绪论.............................................................................................................................................2 课程设计的目的.........................................................................................................................2 课程设计的任务与要求.............................................................................................................2 MATLAB的原理应用及SIMULINK仿真..............................................................................2 主电路设计及仿真.....................................................................................................................3 设计方案的论证.........................................................................................................................3 主电路结构框图与说明.............................................................................................................3 电路类型选择依据.....................................................................................................................3 整流电路的工作原理及设计.....................................................................................................3 2.4.1 整流电路的基本工作原理...................................................................................................3 2.4.2 整流元件的选择...................................................................................................................4 2.4.3 整流电路的设计与仿真.......................................................................................................4 2.5 逆变电路的工作原理及设计.....................................................................................................5

2.5.1 逆变电路的基本工作原理...................................................................................................5 2.5.2 SPWM波的产生设计...........................................................................................................5 2.5.3逆变电路的设计与仿真........................................................................................................5

第三章 驱动保护电路的设计.................................................................................................................7

3.1 IGBT 驱动电路..........................................................................................................................7 3.2 触发电路选择与设计.................................................................................................................7 第四章 台灯调光电路的设计.................................................................................................................8

4.1台灯调光电路的基本工作原理.......................................................................................................8 4.2焊接与调试.......................................................................................................................................8 第五章 综合设计与仿真.........................................................................................................................9

5.1整体电路设计模型...........................................................................................................................9 5.2 运行仿真并检验是否满足性能指标的要求..................................................................................9 第六章 心得体会...................................................................................................................................11

第一章 绪论

1.1 课程设计的目的

1）掌握三相全桥相控整流电路的结构及其工作原理，明确触发脉冲的相位关系，熟悉整流电路交流侧与直流侧电流、电压关系。

2）掌握单相全桥逆变电路的结构及其工作原理，明确调制信号与载波信号之间的幅值关系，明确驱动脉冲的分配关系，熟悉逆变电路输出电压与直流电压、调制信号幅值之间的关系。

3）熟悉电力电子电路的计算机仿真方法。1.2 课程设计的任务与要求

1）使用Matlab仿真软件实现三相桥式全控整流电路仿真模型，构建触发延时角为0度，30度，60度的三相桥式全控整流电路直流侧平波电感10mH、滤波电容10mF及负载电阻10Ω。采用宽脉冲触发方式。观测电网电压波形、触发脉冲波形、直流侧电压波形和负载电流波形。

2）使用Matlab仿真软件实现三相桥式全控整流电路仿真模型，构建三相全桥PWM逆变电路。直流侧使用400V直流电压源。调制波信号为50Hz正弦波信号。载波信号为1080kHz双极性三角波。

3）将1）、2）构建的仿真模型相组合，实现交-直-交变频电路仿真模型。其中触发延时角设为60度，调制波信号为250Hz正弦波信号。载波信号为10kHz双极性三角波。调制比设为0.9。负载使用5mH+5Ω阻感性负载。观测交流侧A相电网电压波形、相控整流触发脉冲波形、直流电压波形、输出电压给定波形、负载电压波形及电流输出波形。1.3 MATLAB的原理应用及SIMULINK仿真

MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。

本次实验采用MATLAB软件中的SIMULINK平台进行电路设计，并进行仿真。在开环控制时，改变电压，可以实现整流输出电压在不同触发角时波形有着明显的区别，都是对称六脉波。在闭环控制时，其触发角主要由电压反馈电路，电流反馈电路进行调节，在示波器时基因数足够大的观察前提下，调节调压器，使该实验输出稳定的六脉波波形。

第二章 主电路设计及仿真

2.1 设计方案的论证

交交变频电路是把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路。交交变频电路是一种直接变频电路。

和交直交变频电路比较，优点是只用一次变流，效率较高。可方便地实现四象限工作。低频输出波形接近正弦波。

缺点是接线复杂，如采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管。受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低；输入功率因数较低输入电流谐波含量大，频谱复杂。交交变频电路主要用于500kW或1000kW以上的大功率、低转速的交流调速电路中。2.2 主电路结构框图与说明

主电路系统框图如图2.2.1所示。

三相交流电源380V/50Hz整流电路滤波电路三相逆变电路合成电路三相交流负载电压与相位采集电路同步六脉冲触发电路SPWM脉冲触发电路 图2.2.1 主电路系统框图

整流电路：用来把三相交流电整流成直流电。

滤波电路：用来把整流后的脉动的直流通过储能元件，变为较为平滑的的直流。

逆变电路：用来把直流电逆变为交流电。最常见的是用6个逆变模块组件组成三相桥式逆变电路。

2.3 电路类型选择依据

整流电路：是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。

滤波电路：用来把整流后的脉动的直流通过储能元件，变为较为平滑的的直流。，逆变电路：用来把直流电逆变为交流电。2.4 整流电路的工作原理及设计

2.4.1 整流电路的基本工作原理

整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波

器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。2.4.2 整流元件的选择

晶闸管额定电压：=(2~3)，晶闸管的额定电流:=(1~1.5)K

2.4.3 整流电路的设计与仿真

三相桥式整流电路图如图2.4.1所示。

图2.4.1 三相桥式整流电路图

三相桥式整流电路仿真图如图2.4.2所示。

图2.4.2 三相桥式整流电路仿真图

2.5 逆变电路的工作原理及设计

2.5.1 逆变电路的基本工作原理

逆变电路是把直流电能转换为交流电能的电路。当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变。2.5.2 SPWM波的产生设计

SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。前面提到的采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。2.5.3逆变电路的设计与仿真

逆变电路图如图2.5.1所示。

图2.5.1逆变电路图

逆变电路仿真电压波形图如图2.5.2所示。

图2.5.2逆变电路仿真电压波形图

逆变电路仿真电流波形图如图2.5.3所示。

图2.5.3逆变电路仿真电流波形图

第三章 驱动保护电路的设计

3.1 IGBT 驱动电路

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。

IGBT驱动电路是驱动IGBT模块以能让其正常工作，并同时对其进行保护的电路。3.2 触发电路选择与设计

触发电路常用的国产单结晶体管的型号主要有BT31、BT33、BT35。单结晶体管在一定条件下具有负阻特性，即当发射极电流I增加时，发射极电压Ve反而减小。利用单结晶体管的负阻特性和RC充放电电路，可制作脉冲振荡器。

图3.2.1为单结晶体管触发电路，电路较简单，温度性能比较好，有一定的抗干扰能力，脉冲前沿陡，输出功率较小，脉冲宽度较窄，只能承受调节RP无法加入其它信号，移相范围≤180°，一般为150°此电路可以用在单相可控硅整流电路要求不高的场合，能触发50A以下的晶闸管。

图3.2.1 单结晶体管触发电路

第四章 台灯调光电路的设计

4.1台灯调光电路的基本工作原理

接通电源前，电容C上的电压为0。接通电源后，电容经由R4、RP（R5）充电，电容的电压V逐渐升高。当到达峰值电压时，e-b1间导通，电容上电压经e-b1向电阻R3放电。当电容上的电压降到谷底电压时，单结晶体管恢复阻断状态。随后，电容又重新充电，重复上述过程，结果在电容上形成锯齿状电压，在R3上则形成脉冲电压。此脉冲电压作为可控硅VT的触发信号。调节RP（R5）的阻值，可改变触发脉冲的相位，控制晶闸管VT的导通角，便改变了灯泡的亮度。4.2焊接与调试

正面实物图如图4.2.1所示。

图4.2.1正面实物图

背面实物图如图4.2.2所示。

图4.2.2 背面实物图

第五章 综合设计与仿真

5.1 整体电路设计模型

交直交变频电路图如图2.5.1所示。

图2.5.1 交直交变频电路仿真图

5.2 运行仿真并检验是否满足性能指标的要求

交直交变频电路电压仿真图如图2.5.2所示。

图2.5.2 交直交变频电路电压仿真图

交直交变频电路电流仿真图如图2.5.3所示。

图2.5.3交直交变频电路电流仿真图

第六章 心得体会

这次的电力电子课程设计让我学到了很多。从一开始的理论课就让我对这个课题产生了浓厚的兴趣，刚开始感觉有点复杂，经过老师耐心的讲解之后，慢慢的懂得了其原理。在这次电子课程设计中，学会了Matlab软件的使用，虽然是刚开始元器件都是英文版的，但是经过反复的练习后，已经能够熟练掌握基本的用法，会搭建电路了。要将这么多的元器件全部焊在电路板上，可以先布线以及元器件的合理摆放的位置。在进行焊接时，还要按照布线图去焊接，这样就不容易出错。在经过好几周努力后，焊接完成，感觉到了成就感，毕竟这是自己亲手焊接完成的，这样的机会也是难得的。决心要把这个课题顺利的完成。通过这次的学习，将理论与实际联系到了一起，在元器件的选取方面，要考虑到很多方面的因素，也认识到自己还有太多的不足。

参考文献

[1]王兆安,刘进军．电力电子技术.第5版.机械工业出版社,2009.[2]童诗白.模拟电子技术基础.4版.北京：高等教育出版社，2006.[3]龙志文.电力电子技术.机械工业出版社，2013.[4]马建国等.电子设计自动化技术基础.清华大学出版社，2004.[5]王维平.现代电力电子技术及应用.东南大学出版社，1999.[6]张崇巍，张兴.PWM整流器及其控制.北京：机械工业出版社，2003.[7]党宏社.电路、电子技术试验与电子实训.华中科技大学.电子工业出版社.2008.[8]何希才、毛德柱编著.新型半导体器件及其应用实例.北京:电子工业出版社 [9]杨帮文编.新型集成器件实用电路.北京:电子工业出版社 [10]黄继昌主编.电子元器件应用手册.北京:人民邮电出版社

[11]曲学基，王增福，曲敬铠编著.稳定电源电路设计手册.北京:电子工业出版社

第三篇：电力电子课程设计报告范文

课题名称

电力电子课程设计报告

学校：哈尔滨理工大学 荣成 院系：电气信息系 专业班级： 学号： 姓名：

指导教师 ：

2010年 月

日 ：采用自关断器件的单相交流调压电路研究

哈尔滨理工大学荣成电力电子技术课程设计报告

目录

第一章：引言...........................................1。.1

简述...........................................1。.2指标内容及要求...........................................1。.3主电路原理及设计...........................................第二章：实验内容........................................2

第三章：实验系统组成及工作原理..........................3

第四章：实验设备和仪器..................................4

第五章：实验方法........................................4

第六章：思考及心得体会..................................6

第一章

引言

一

简述

电力电子技术是研究采用电力电子器件实现对电能的换和控制的科学，是20世纪50年代诞生，70年代迅速发展起来的一门多学科互相渗透的综合性技术学科。这些技术包括以节约能源、提高照明质量为目的的绿色照明技术；以节约能源、提高运行可靠性并更好地满足产要求为目的的交流变频调速技术，以提高电力系统运行的稳定性、可控制性为目的，并可有效节能的灵括（柔性）交流输电技术等等。随着电力半导体制造技求、徽电子技术、汁算机技术，以及控制理论的不断进步．电力电子技求向着大功率、高频化及智能化方向发展，应用的领域将更加广阔。二

指标 内容及要求 见第二章

三

主电路的原理及设计 1 交流调压电路

如果在交流电源和负载之间之间用两个晶间管反并联后串联到交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流电力。这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力控制电路。在每半个周波内通过对晶间管开通相位的控制，以方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。这种电路还用干对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联，这都是十分不经济的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。但这种交流调压电路控制方便，体积小、投资省计制造简单。因此广泛应用于需调温的工频加热、灯光调节及风机、泵类负载的异步电机调速等场合。

图3．2所示的就是一种采用晶闸管为主开关元件的单相交流调压电路图，这种交流调压电路的主电路仅由一对反并联的晶闸管或一只双向晶闸管构成。2 交流调压电路控制方式

交流调压电路的控制方式有三种：①整周波通断控制；②相位控制：②斩波控制。在 整周波通断控制方式中．晶闸管是作为交流开关使用的，它把负载与电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变通断比来改变负载k的电压有效值。相位控制时，在电源电压 上、下半波的某一相位分别导通VI、VZ晶闸管，改变控制角即可改变负载接通电压的时 间，从而达到调压的目的。斩波控制方式时，晶闸管要带有强迫关断电路或采用IGBT等 可自关断器件，在每个电压周波中，开关元件多次通断，使电压斩波成多个脉冲，改变导 通比即可实现调压。三种控制方式的输出电压波形如图3．l所示、相位控制交流调压又称 相控调压，是交流调压中的基本控制方式，应用最广。

交流调压电路的输出仍是同频率的交流电，原则上可应用于一切需要调压的交流负载，也可通过变压器再调压。交流调压器是通过改变电压波形来实现调压的，因此输出的电压波形不再是完整的正弦波，谐波分量较大。

本实验就是对自关断器件的单相交流调压电路进行研究，目的是是同学们熟悉采用自管段器件的单相交流调压电路的工作原理、特点、波形分析与适用场合，熟悉PWM专用集成电路的组成、功能、工作原理与使用方法，同学们四人一组，分工合作，增加同学们的团

队意识。

第二章

1.PWM专用集成电路性能测试

2.控制电路相序与驱动波形测试

3.带与不带电感时负载与MOS管两端电压波形测试

4.在不同占空比条件下，负载端电压、负载端谐波与输入电流的位移因数测试。

第三章

实验系统组成及工作原理

随着自关断器件的迅速发展，采用晶闸管遗相控制的交流调压设备，已逐步采用自关断器件（GTR、MOSFET、IGBT等）的交流调压斩波所代替，与移相控制相比，斩波调压具有下列优点：

1）谐波幅值小，且最低次谐波频率高，故可采用小容量滤波元件；

2）功率因数高，经滤波后，功率因数接近为1.3）对其他用电设备的干扰小。因此，斩波调压是一种很有发展前途的调压方法，可用于马达调速、调温、调光等设备。本实验系统以调光为例，进行斩波调压研究。

斩波调压的主回路由MOSFET及反并联的二极管组成双向全控电子斩波开关。当MOS管分别由脉宽调制信号控制其通断时，则负载电阻Rl上的电压波形如图5-9b所示（输出端不带滤波环节时），显然，负载上的电压有效值随脉宽信号的占空比而变，当输出环节由滤波环节时的负载端电压波形如图5-9C所示。

脉宽调制信号有专用集成芯片SG3525产生，有关SG3525的内部结构、功能、工作原理与使用方法等可参阅双闭环可逆直流脉宽调速系统实验。控制系统中有变压器T、比较器和或非门等组成同步控制电路以确保交流电源的2端为正时，MOS管VT1导通；而当交流电源的1端为正时，MOS管VT2导通。

第四章

实验设备和仪器

1.NMCL-K1实验挂箱

2.万用表（自备）

3.双踪示波器（自备）

第五章

实验方法

1.SG3525性能测试

先按下开关s1.(1)输出最大与最小占空比测量。PWM波形发生器的“1”和地。

2.控制电路相序与驱动波形测试

将“PWM”波形发生器的1端与暂控式交流调压电路的14端相连。将电位器RP左旋到底，用双踪示波器观察并记录下列各点波形：

（1）控制电路11、12与地间波形，应仔细测量该波形是否对称互补；

（2）控制电路的13、15与地端间波形；

（3）主电路的4与5及6与5端间波形；

3.不带电感时负载与MOS管两端电压波形测试

将主电路的3与4短接，将UPW的电位器RP右旋到大致中间的位置，测试并记录负载与MOS管两端电压波形

4.带电感时负载与MOS管两端电压波形测试

将主电路的3与4不短接，将UPW的电位器RP右旋到大致中间位置，测试并记录负载与MOS管两端电压波形

5.不同占空比D时的负载端电压测试

实验中，将电位器RP从左至右旋转4-5个位置，分别观察并记录SG3525的输出端2端脉冲的占空比、负载端电压大小与波形

6.不同占空比D时的负载端谐波大小的测试

分别观察并记录RP左旋与右旋到底时的负载端波形，从而判断出占空比D大小对负载端谐波大小的影响。

7.输入电流的位移因数测试

（1）将主电路的3、4两端用导线端接，及不接入电感

（2）在不同占空比条件下，用双踪示波器同时观察并记录有2与1端和2与6端间波形。

第六章

思考题

1当主电路接纯电阻负载（即将电感短路）时，可见负载电压波形存在死区，其产生的原因是什么？

答：PWM的上下桥臂的三极管是不能同时导通的。如果同时导通就会是电源两端短路。所以，两路触发信号要在一段时间内都是使三极管断开的。因此电压波形存在死区！

2.当主电路接电感性负载时，在电压的过零点会出现一尖峰脉冲，其幅值随占空比的增大而增大。试分析其产生的原因以及控制方法。

答：根据占空比越大电网的通断时间越长，冲击电流越大谐波分量越大，脉冲越强。

谐波电流对电网危害甚大，必须加以抑制。抑制和消除谐波有两种基本途径，一种是改进电力电子装置，减少注入电网的谐波，另一种是在电力电子装置的侧并联LC无源滤波器，为谐波电流提供频域谐波补偿，或者用电力有源滤波器进行时域谐波补偿。下面就介绍相应的谐波抑制对策：波形叠加法，LC无源滤波器，增加整流相数法，静止无功补偿法，有源电力滤波器补偿法。

心得体会

1．态度 性格决定命运，气度影响格局，态度决定高度，细节决定成败。对于参加课程设计的队员，估计感受颇深。只有我们有丰富的经验，丰富的知识，才能百分百的在到场上赢得胜利。从培训到竞赛是一个漫长的过程，期间心态很重要，会遇到很多问题：训练师不懂的知识，软硬将调不出来，队员之间的矛盾，外界的压力等。其中，最重要的是处理好队员之间的矛盾和心态:不懂的知识可以去学习；波形调不出来，只要有耐心，认真分析就能找出原因；阻碍我们法杖的往往是自己的心胸，心胸开阔，善于接受意见和容忍别人的错误，才能在培训中和设计中有所收获。

2.积累课程设计要求较强的动手能力，讲理论转换为实际的操作时竞赛的必备条件。做课题时要合理分工，发挥各自的特长，严格按要求完成任务。学会看电路图，我们找到很多的资料是电路分析的，就得自己看资料学习。尤其是做原理分析的，资料很多而且较复杂，资料以基本原理居多，可以借助一些综合知识。

3.交流 包括和本组队员之间，其他组之间，指导教师之间以及同爱好者之间。这里着重讲教师及爱好者。教师有着丰富的理论知识和经验，可以为

我们提供丰富的资料；网络上更有丰富的资源，要做的东西网上均能找到相关内容，这也是一个学习的过程，特别是在一些论坛里有着丰富的资源。

最后，向全体参与电力电子课程设计培训的老师说一声：您辛苦了！，感谢你们

对我们的大力支持与帮助。

第四篇：电力电子课程设计报告书

课程设计说明书

课程名称： 电力电子技术课程设计 设计题目： 开关恒流电源设计 专

业： 电气工程及其自动化班级：电自1103班 学生姓名: 学生填写 学

号:(10位数)指导教师: 学生填写 年 月 日

1.引言

电力电子技术课程设计是电气、电子、机电及其相关专业教学中的一个重要组成部分。通过电力电子技术课程设计的训练，可以全面调动学生的主观能动性，融会贯通其所学的电路、电子技术、自动控制和电力电子技术等课程基本原理和基本分析方法，进一步把书本知识与工程实际需要相结合，实现知识向技能的转化。

在电路设计过程中，为了检验所设计的电路性能，必须搭建实际电路，以实验方式检验和联调电路，整体设计过程不仅研制时间长、而且人为因素较大，其设计质量取决于设计者准备工作是否充分，也取决于设计者的经验、技能、信心和耐心。了解、掌握和考核相关应用技术重点和难点就是学习和应用一些工程设计方法和技能，包括了以下几个方面：

（1）技术文献的应用，利用图书、论文和网络资源查找相关和相近的信息，整理和索取所需的资料和参数。

（2）至少掌握一种电路设计辅助软件，本课程设计只要求掌握altium desinger或protel99se，以及相类似电路设计辅助软件。

（3）掌握和使用PCB制板、电路制作工艺，本课程设计对PCB制板和电路制作工艺要求较高，也是课程设计是否成功和达标的关键。

（4）掌握基本测试仪器使用技能，本课程设计要求掌握的仪器有万用表、示波器等。

（5）掌握构建实验和测试条件的方法，课程设计当中往住是分步骤和分测试模块进行的，因此分布构建各步骤和测试模块，成为实验和测试的关键。

（6）掌握一种软件辅助设计软件，如multisim、proteus、matlab或saber等。

2.设计任务

（1）Buck Chopper开关电源设计，要求正确选择控制方案，查阅参考资料。（2）绘制电气控制原理图，包括主电路图，正确选择或设计元器件，订列元器件目录清单；

（3）设计部分工艺图纸（电气控制图，电器元件布置图，安装接线图）；（4）编制完整的设计说明书。

3.设计要求

设计并制作如图1所示开关稳压电源。

开关稳压电源IINIOUIN隔离U1=220VAC变压器U2=18VAC整流滤波DC-DC变换器UORL

图1

Buck Chopper电源电路的原理分析，定量计算，学习和运用有关的辅助设计工具，进行相关的设计、制作、调试和测试。4.Buck Chopper电源电路设计

（1）Buck Chopper电源电路原理分析，定量计算。（2）具体设计要求

 输入：交流90~130Vac。

 输出：电源恒流350mA，工作电压范围40~60V。 开关电源的工作频率为20kHz左右。

 采用脉冲宽度调制控制集成电路HV9910。

5.Buck Chopper工作原理

原理如图2和图3所示。

图2

图3（1）导通状态

IONUUOULt1It1LL

（2）截止状态

UUIOFFLt2Ot2LL

（3）输入输出关系

IONIOFFUOUIt1t1t2

ε称为占空比

6．HV9910介绍

HV9910 是 PWM 高效率LED驱动IC。它允许电压从 8VDC 一直到 450VDC而对HB LED有效控制。HV9910通过一个可升至 300 KHz的频率来控制外部的 MOSFET，该频率可用一个电阻调整。LED串是受到恒定电流的控制而不是电压, 如此可提供持续稳定的光输出和提高可靠度。输出电流调整范围可从MA级到1.0A。

HV9910 使用了一种高压隔离连接工艺，可经受高达 450V的浪涌输入电压的冲击。对一个LED串的输出电流能被编程设定在0和他的最大值之间的任何值，它由输入到HV9910的线性调光器的外部控制电压所控制。另外，HV9910也提供一个低频的PWM调光功能，能接受一个外部达几KHz的控制信号在0-100％的占空比下进行调光。

器件极限参数

Vin to GND......................................................................................-0.5V to +470V CS......................................................................................................-0.3V to 0.8V LD, PWM_D to GND.......................................................................-0.3V to(Vdd--0.3V)GATE to GND...................................................................................-0.3V to(Vdd + 0.3V)Continuous Power Dissipation(TA = +25°C)(Note 1)16-Pin SO(derate 7.5mW/°C above +25°C)................................750mW 8-Pin DIP(derate 9mW/°C above +25°C)....................................900mW 8-Pin SO(derate 6.3mW/°C above +25°C)...................................630mW Operating Temperature Range............................................................-40°C to +85°C Junction Temperature..........................................................................+125°C Storage Temperature Range................................................................-65°C to +150°C

封装信息 典型应用及工作原理

AC/DC 交流输入应用

HV9910 是一个低成本的可降压, 升压, 升降压的控制芯片特别适合设计驱动多串LED或LED阵列.该芯片既适用于全球通用的AC交流输入, 也适用于8－450V的直流输入.交流输入时, 为提高功率因素, 通过由EN 61000-3-2 Class C所规定的照明设备的交流谐波的限制,在输入功率小于25W, 可很容易的在线路中加入无源功率因素校正电路得以实现.HV9910可驱动上百个高亮度的LED串联或数串高亮度的LED, 这些LED能被设计成一串或串并联结合的方式, HV9910通过调节恒流值可确保LED亮度和光谱并延长寿命.HV9910的特色是使能脚PWM_D可采用脉宽调制(PWM)的方法调节LED亮度, 同时兼作使能端，该端悬空时芯片无输出控制。HV9910也可通过LD端线性调压的方式连续调节LED的输出电流从而控制亮度(也叫线性调光).HV9910内部包含了一个高压线性电源,它向内部所有线路提供能量,也可以提供给外部低压电路.LED 驱动控制

HV9910可控制包括隔离/非隔离, 连续/非连续等类所有的转换器.当GATE端输出高电平驱动外部的功率MOSFET时, LED驱动器将储存到电感或变压器原边电感的输入能量,依赖不同的转换器类型,可能储能和将部分能量直接传LED串，当功率MOSFET关断时, 储存在磁性元件上的能量转换为LED串的驱动电流.(工作在Flyback 模式).当 VDD电压大于UVLO时，GATE端可以输出高电平.此时输出电流通过限制外部功率MOSFET的峰值电流的方式工作.外部电流采样电阻与功率MOSFET的源 极 串 联 , 此采样电阻的电压反馈到HV9910的CS pin脚, 当CS pin脚的电压超过峰值电流的设 定的阈值电压时, GATE的驱动信号结束, 功率管关断.此峰值电流比较仪的阈值电压 在内部设定值为 250mV, 亦可通过LD pin在外部设定.当需要软启动时, 在LD pin连接一个电容,从而允许电压按期望的的速率上升, 因此,确保LED的输出电流是逐渐上升的.很明显,一个简单的无源功率因素校正电路, 由 3 二极管和 2 电容组成,应用线路显示如图1.供电电流

HV9910 需 要 1mA 的启动电流.如框图所示, 此电流由 HV9910的内部产生,无需象其它的电路中需加一个大的启动电阻.此外,在 HV9910的应用中,它能用内部的线性电源连续的向内部的所有线路提供7.5V的电压.设定输出电流

如图1, 选择降压拓扑时, LED中的平均电流是 CS 的峰值电压的一个好的表现.然而,运用这种电流采样方法,有一个相关连的误差需要被计算进去

.此误差的提出是因为电感中的平均电流和峰值电流是不同的.例如电感纹波电流的峰峰值是150mA,要得到500mA的LED电流, 该采样电阻应为 : 250mV/(500mA+ 0.5*150mA)= 0.43Ω.调光

有两种方式可以实现调光,取决不同的应用,可以单独调节也可组合调节.LED 的输出电流能被控制, 也能被线性调节改变, 或通过控制电流的开关来维持电流的不变.第二种调光方式(叫PWM 调光)通过改变输出电流的占空比来控制LED的亮度.线性调光通过调节LD pin脚电压从0到250mV而实现，该控制电压优先于内部CS pin设定值250mV , 从而可输出电流实现编程.例如, 在 VDD和地之间接一个分压器,设定CS pin 的控制电压.当分压器设定的控制电压超过250mV将不会改变输出电流.如希望更大的输出电流, 可以选择一个更小的采样电阻.PWM 调光通过外部PWM信号加在PWM_D pin 端而实现.该PWM 信号可由微控制器或由脉冲发生器按希望的LED的亮度以一定的占空比来实现.在此PWM 方式下, 以该信号的有效和失效转换来调节LED的电流.在此模式,LED的电流处在这两种状态之一: 零或由采样电阻设定的正常电流.它不可能用这个方法去达到比HV9910用采样电阻设定的水平更高的平均亮度.HV9910 用 这 种 PWM控制方法,这灯的输出只能在零到100%之间调整.此PWM调光方法的精度仅仅取决于GATE的最小脉宽的限制, 即此频率的占空比的百分比.这里有一些由应用线路图1,给出的典型的波形阐明PWM 调光方法如下.CH1是指MOSFET的漏极电压, CH2是给PWM_D脚的PWM 信号和CH4是LED灯串的电流.工作频率设定

振荡器的工作频率能被用一个外部电阻ROSC在25kHz到300 kHz之间设定: FOSC =25000/(ROSC [kΩ] + 22)[kHz] 功率因数校正LED驱动器的输入功率不超过25W时, 为了通过标准EN61000-3-2 Class C 的AC谐波的限制, 如 HV9910 的应用线路图1, 可以加一个简单的被动功率因数校正电路.这个典型的应用电路线图表示怎样加这个线路而不影响电路的其它部分.一个由3个二极管和 2个电容器的简单电路被加在ac整流输入的后面去改善输入电流的谐波失真和达到功率因数大于 0.85.电感设计

提及典型的应用电路 ,可以从电感中计算得到希望的 LED波纹电流的峰峰值.但在典 型的应用,这样的波纹电流被选取为正常的LED电流的30%.在这个例子中正常电流ILED是350mA.下一步是得出

LED灯串上的总电压降.例如, 当灯串由10高亮度 的LED组成每个二极管在它的额定电流的正向压降为3.0V;则LED串的总电压VLEDS是30V.可以知道正常的整流后的输入电流Vin=120V*1.41=169V,由此可以决定开关的占空比：D=VLED/VIN=30/169=0.177.然后，给出开关频率，fOSC =50KHz,这样需要计算功率管MOSFET的导通时间：TON=D/FOSC =3.5微秒由此这些必需的值，可以计算出电感: L=(VIN-VLEDS)*TCN/(0.3*ILED)= 4.6 mH

输入大电容

输入滤波电容应该设计在能保持整个AC线电压周期被整流后的电压高于LED串电压的两倍。假定15%的相关电压的纹波穿过电容器，一个简单的公式能给出此输入大电容器的最小值：CMIN=ILED*VLEDS*0.06/VIN^2

CMIN=22UF,这里选用22UF/250V.在被动的PFC电路中需要在输入端使用两个容值为计算出的CMIN的电容串联。这两个电容中的每一个应为输入电压的1/2和容量的两倍

使能控制

HV9910能被关断当PWM_D pin连接到地，此时，HV9910所消耗的静态电流小于1mA 7.参数设计

电容的参数：

C1=22UF C2=0.01UF

C3=0.1F

电感的参数： L1=3.3mH 电阻的参数:

R11=100K Ω

R2=0.62 Ω R13=15K Ω R14=15K Ω

8.原理图设计

9.PCB设计

10.波形测试

11.总结

（要求：说明你通过这几天学习和实践学到什么基本技能，另外说明你对这此课程设计真实感言）

×××××××××（小4号宋体，20磅行距）×××××××××××××××××××××××××

注：1．正文中表格与插图的字体一律用5号宋体；

2．正文各页的格式请以此页为标准复制。

第五篇：电力电子课程设计总结

电力电子专业课程设计总结

随着科学技术发展的日新日异，电力电子技术在现代社会生产中占据着非常重要的地位，电力电子技术应用在是生活中可以说得是无处不在如果把计算机控制比喻为人的大脑，电磁机械等动力机构喻为人的四肢的话，则电力电子技术则可喻为循环和消化系统，它是能力转化和传递的渠道。因此作为二十一世纪的电气专业的学生而言掌握电力电子应用技术十分重要。

电力电子课程设计的目的在于进一步巩固和加深所学电力电子基本理论知识。使学生能综合运用相关关课程的基本知识，通过本课程设计，培养学生独立思考能力，学会和认识查阅和占有技术资料的重要性，了解专业工程设计的特点、思路、以及具体的方法和步骤，掌握专业课程设计中的设计计算、软件编制，硬件设计及整体调试。通过设计过程学习和管理，树立正确的设计思想和严谨的工作作风，以期达到提高学生设计能力。

从理论到实践，在专业课程设计持续的日子里，可以培养学生学到很多东西，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过课程设计教育学生认识理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中随时会遇到各式各样的问题，同时会不断发现自己的不足之处。整了个设计过程对很多学生而言可以说是困难重重，譬如对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，不会查阅资料，觉得无从下手等等。在课程设计过程中通过互动指导，教育学生一步一步的制定并依次实施计划，并在设计计划执行过程中教会他们查阅资料，鼓励他们克服心理上的不良情绪，不断的学习和解决难题，不断磨练炼学生意志的过程。总结本次课程设计，根据设计过程学生表现以及实习报告，本次课程设计有效培养了学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题的能力。通过课程设计的教学实践，使学生所学的基础理论和专业知识得到巩固，并使学生得到运用所学理论知识解决实际问题的初步训练；使学生接触和了解实际局部设计从收集资料、方案比较、软硬件设计及整体调试的全过程，进一步提高学生的分析、综合能力以及工程设计中分析设计的基本能力，为今后的毕业设计做必要的准备，并为毕业后的工作学习提供了借鉴思路。