电镀装置的斩波器设置doc (自动)

1、本科生课程设计（论文）辽 宁 工 业 大 学 电力电子技术课程设计（论文）题目：电镀装置的斩波器设置院（系）： 工程技术学院 专业班级：电气工程及其自动化学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 电气教研室 学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目电镀装置的斩波器设置课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能：试为电镀装置设计一斩波器（主电路，驱动电路，保护电路）技术参数：电镀装置，提供Ud=50V、Id=500A的直流电源，交流器输出电压240V设计任务：1.主电路、保护电路、控制电路设计

2、；2.主电路的参数计算与选择； 要求：1、 1、文字在4000字左右。2、 2、文中的理论分析与计算要正确。3、 3、文中的图表工整、规范。4、元器件的选择符合要求。进度计划第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：主电路设计；第5天：选择器件；第6天：确定变压器变比及容量；第7天：确定平波电抗器；第8天：触发电路设计；第9天：总结并撰写说明书；第10天：答辩。指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算I摘要我国电镀行业经历了由20世纪80年代初期的高峰跌入低谷，90年代

3、开始回升，经过10多年的恢复发展，随着世界制造业中心向我国转移，香港、台湾、东南亚、韩国与及一些发达国家和地区的电镀企业纷纷到我国设厂，我国已成为电镀大国，但还不是电镀强国。由于电镀加工给产品带来的装饰性和功能性，工艺技术的不断改进和发展，而且，电镀行业相对其它行业是以节省贵金属为目的的节约型行业，电镀行业已成为我国国民经济发展过程中的一个不可缺少，也不可替代，还有上升趋势的发展型行业。直流-直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流电变流电路和间接直流电变流电路。直接直流电变流电路也称斩波电路，它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般是指直

4、接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称带隔离的直流-直流变流电路或直-交-直电路。直流斩波电路的种类有很多，包括六种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路,Cuk斩波电路，Sepic斩波电路和Zeta斩波电路，利用不同的斩波电路的组合可以构成符合斩波电路，如电流可逆斩波电路，桥式可逆斩波电路等。利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多相多重斩波电路。 关键词：电镀；斩波器；斩波电路 II目录第一章 绪论 2 第二章 电镀装置斩波器的各单元电路设计3

5、 2.1主电路的模块设计3 2.2整流电路5 2.3驱动电路模块62.4元件参数计算：82.5元件选择9第三章 斩波电路的仿真10第四章 课程设计总结12参考文献13 第一章 绪论电力电子技术是一门介于强电和弱电之间的边缘科学，它是沟通传统机电技术与电子技术的中间环节。根据美国电气电子工程师协会（IEEE）的定义，电力电子技术是指有效地利用电力半导体器件，应用电路理论和设计理论以及分析开发工具，实现对电能的高效率变换和控制的一门技术，它包括变压、电流、频率和波形等方面的变换。 通常把电力电子技术分为电力电子制造技术和变流技术两个分支。变流技术也称为电力电子器件的应用技术，它包括用电力电子器件构

6、成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术，以及由这些电路构成电路电子装置和电力电子系统的技术。“变流”不仅指交直流之间的交换，也包括直流变直流和交流变交流的变换。 整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。它的应用十分广泛，例如直流电动机，电镀，电解电源，同步发电机励磁，通信系统电源等。 在大部分用电设备中，工作电源直接来自交流电网，但许多电子线路都要采用直流供电，因此AC/DC变换器成为电力电子产品中必不可少的部分。- 13 -本科生课程设计（论文）第二章 电镀装置斩波器的各单元电路设计2.1主电路的模块设计将240V交流电经过整流电路转换

7、成50V的直流电，再将直流电压送入斩波电路，通过脉宽调制控制调节输出电压平均值。降压斩波电路设计如图2.2斩波电路：脉宽调制控制信号由IGBT驱动电路发出；保护电路用以缓冲IGBT在高频工作环境下关断时因为正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。 斩波电路 整流电路主框图如图交流直流驱动电路保护电路图2.1主框图工作时的波形图2.3 此电路使用一个全控型器件V，图中为IGBT，也可用其他器件，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。如图2.2中，在V关断时给负载中电感电流提供通道，并设置了续流二极管VD图2.2斩波电路图图2.3波形图工作原理：斩波电路主要用于电力电子的供电电

8、源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势如图中的所示。若负载中无反电动势，只需令=0。 如图2.2中V的栅极电压波形所示，在t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压=,负载电流按指数曲线上升。 当时，控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压近似为零，负载电流呈指数曲线下降。至一个周期结束，在驱动V导通，重复上一周期的过程。当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等，如图2.3所示。 负载电压的平均值为   (2-1)式中，为V处于通态的时间，为V处于断态的时间，为开关周期，为导通占空比，简称占空比或导通比。负载电流平均值为:

9、   (2-2)电流断续时，负载电压平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。 斩波电路有三种控制方式：(1）脉冲宽度调制（PWM）：保持开关周期T不变，调节开关导通时间。(2)频率调制：保持开关导通时间不变，改变开关周期T。(3）混合型：和T都可调，使占空比改变。本设计选择第一种控制方式2.2整流电路整流电路采用单相桥式整流电路，此电路对每个导电回路进行控制，无须用续流二极管，也不会失控现象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。并且单相桥式全

10、控整流电路具有输出电流脉动小，功率因素高的特点。图2.4单相桥式整流电路2.3驱动电路模块EXB841是日本富士公司提供的300A/1200V快速型IGBT驱动专用模块，整个电路延迟时间不超过1s，最高工作频率达40一50kHz，它只需外部提供一个+20V单电源，内部产生一个-5V反偏压，模块采用高速光耦合隔离，射极输出。有短路保护和慢速关断功能.    EXB841 由放大部分、过流保护部分和5V 电压基准部分组成。放大部分由光耦合器 IS01（TLP550）、V2、V4、V5和R1、C1、R2、R9组成，其中 IS01 起隔离作用, V2 是中间级, V4 和

11、 V5 组成推挽输出。过流保护部分由V1 、V3 、VD6 、VZI 和C2 、R3 、R4 、R5 、R6 、C3 、 R7、R8、C4 等组成。它们实现过流检测和延时保护功能。 EXB84l 的脚 6 通过快速二极管 VD7 接至 IGBT 的集电极，显然它是通过检测电压Uce 的高低来判断是否发生短路。5V 电压基准部分由 R10, VZ2 和C5组成，既为驱动IGBT 提供-5V 反偏压，同时也为输入光耦合器 IS01 提供副方电源。驱动芯片EXB841功能介绍EXB 系列驱动器的各引脚功能如下： 脚 1 ：连接用于反向偏置电源的滤波电容器； 脚 2 ：电源（ 20V ）； 脚 3 ：

12、驱动输出； 脚 4 ：用于连接外部电容器，以防止过流保护电路误动作（大多数场合不需要该电容器）；脚 5 ：过流保护输出； 脚 6 ：集电极电压监视； 脚 7、8 ：不接； 脚 9 ：电源；脚 10 、11 ：不接； 脚 14 、15 ：驱动信号输入（一，）；IGBT 通常只能承受 10us 的短路电流，所以必须有快速保护电路。 EXB 系列驱动器内设有电流保护电路，根据驱动信号与集电极之间的关系检测过电流，所示。当集电极电压高时，虽然加入信号也认为存在过电流，但是如果发生过电流，驱动器的低速切断电路就慢速关断IGBT ，从而保证 1GBT 不被损坏。如果以正常速度切断过电流，集电极产生的电压尖

13、脉冲足以破坏 IGBTIGBT对驱动电路的要求（1）触发脉冲要具有足够快的上升和下降速度，即脉冲前后沿要陡峭；。 （2）栅极串连电阻Rg要恰当。Rg过小，关断时间过短，关断时产生的集电极尖峰电压过高；Rg过大，器件的开关速度降低，开关损耗增大。 （3）栅射电压要适当。增大栅射正偏压对减小开通损耗和导通损耗有利，但也会使管子承受短路电流的时间变短，续流二极管反向恢复过电压增大。因此，正偏压要适当，通常为+15V。为了保证在C-E间出现dv/dt噪声时可靠关断，关断时必须在栅极施加负偏压，以防止受到干扰时误开通和加快关断速度，减小关断损耗，幅值一般为-（510）V； （4）当IGBT处于负载短路或

14、过流状态时，能在IGBT允许时间内通过逐渐降低栅压自动抑制故障电流，实现IGBT的软关断。驱动电路的软关断过程不应随输入信号的消失而受到影响。当然驱动电路还要注意像防止门极过压等其他一些问题。日本FUJI公司的EXB841芯片具有单电源、正负偏压、过流检测、保护、软关断等主要特性，是一种比较典型的驱动电路。其功能比较完善，在国内外得到了广泛应用 驱动芯片EXB841的控制原理图 2.5 EXB841的工作原理 图2.5为EXB841的驱动原理。其主要有三个工作过程：正常开通过程、正常关断过程和过流保护动作过程。14和15两脚间外加PWM控制信号，当触发脉冲信号施加于14和15引脚时，在GE两端

15、产生约16V的IGBT开通电压；当触发控制脉冲撤销时，在GE两端产生-5.1V的IGBT关断电压。过流保护动作过程是根据IGBT的CE极间电压Uce的大小判定是否过流而进行保护的，Uce由二极管Vd7检测。当IGBT开通时，若发生负载短路等发生大电流的故障，Uce会上升很多，使得Vd7截止，EXB841的6脚“悬空”，B点和C点电位开始由约6V上升，当上V6导通，从而使IGBT的GE间电压Uce下降，实现软关断，完成EXB841对IGBT的保护。射极电位为-5.1V，由EXB841内部的稳压二极管决定。2.4元件参数计算：设计输入电流为频率50Hz的三相380V交流电，其脉冲周期为：经过整流后

16、得到的是只有正半部分的正弦波幅值与输入电压一样，但周期为输入电压的一半，即：设计输出电压为直流Ud=50V稳压，电流为Id=500A直流。输入电压为240V稳压，占空比=50240=0.21。因为Ud=50V，取3倍裕量，选耐压为150V以上的IGBT；由于IGBT是以最大标注且稳定电流与峰值电流间大致为4倍关系，所以应选用>4倍额定负载电流的IGBT为宜；因此选用额定电流2000A,额定电压150V左右的IGBT。计算：由式把、代入上式得出虽说电感L的值越大，得到的图形越稳定，但在此电路中，需要看到稳波，因此按计算值设置参数即可。计算：由式计算出 H 。电容C的值越大，得到的图形越稳定

17、，2.5元件选择表2-5元件选择名称数量名称数量IGBT1电容若干变压器1电感若干电阻若干EXB841芯片1晶闸管4续流二极管1第三章 斩波电路的仿真按照原理图在MATLAB中搭建模块，搭建好的模型图如下：图3.1 仿真电路图图3.2 仿真结果图在斩波的过程中电压电流突升，产生了谐波，所以电压的波形如图3.2所示。第四章 课程设计总结通过这一次的课程设计，我对电力电子的相关知识有了深刻的认识，加深了对电镀装置斩波器等知识的了解和掌握，从得到课题时的一脸茫然到通过查资料、与同学探讨、经老师指导后，自己设计并写出这份报告，心中充满了成就感。通过课程设计还拓宽了知识面，学到了很多课本上没有的知识，报

18、告只有自己去做能加深对知识的理解，任何困难只有自己通过努力去克服才能收获成功的喜悦。同时在设计的过程中我发现自己对课本知识的理解不够深刻，掌握的不牢靠，以后定会努力温习以前的知识，只有这样才能做到温故而知新，掌握所学的知识，做到活学活用。参考文献1 邱关主编. 电路.第五版. 高等教育出版社, 2004 P33-P40 2 郝万新主编.电力电子技术.化学工业出版社,. 2002 P45-P573 王兆安主编.电力电子技术.第四版.机械工业出版社,2003 P108-P1124 吕宏主编.电力电子技术.感应加热电源的PWM-PFM控制方法, 2003.15 吴雷主编.电力电子技术.基于DSP大功率中频感应焊机的研究, 2003.4 6 周克宁主编 电力电子技术：机械工业出版社,2004 P156-1677 赵世平主编.模拟电子技术基础.中国电力出版社,2009 P225-2588 何方白，柏咏菊主编.