电力电子毕业设计

电力电子毕业设计【篇一：毕业设计：基于电力电子技术led节能的设计】报告编码：安阳师范学院本科学生毕业设计报告基于电力电子技术led节能灯的设计作者冉中帅系（院）专业电气工程及其自动化日期学生诚信承诺书本人郑重承诺：所呈交的设计报告是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，报告中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安阳师范学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在报告中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：报告使用授权说明本人完全了解安阳师范学院有关保留、使用学位报告的规定，即：学校有权保留送交报告的复印件，允许报告被查阅和借阅；学校可以公布报告的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存报告。签名：导师签名：日期：基于电力电子技术led节能灯的设计（安阳师范学院物理与电气工程学院，河南安阳455000）摘要：本文主要研究利用电力电子技术中直流斩波技术制作节能灯。从电力电子技术中直流斩波原理出发，结合实际照明要求，在相应电压波动参数下设计相应的方案，并针对不同的设计方案，进行定性分析并作出定量参数计算。分析这些方案优缺点，作出最优方案。关键词：电力电子技术直流斩波原理定性分析定量参数计算1绪论1.1研究现状电力电子技术的应用十分广泛。它不仅用于一般工业，也广泛用于交通运输，电力系统，通信系统，计算机系统，新能源系统等，在照明，空调等家用电器及其他领域中也有广泛的应用，照明在家用电器中占有十分突出的地位。由于电力电子照明电源体积小，发光效率高，可节省大量能源，通常被称为“节能灯”，它正在逐步取代传统的白炽灯和日光灯。1.2研究内容直流斩波技术在多个方面都有应用，利用高亮度led发光二极管结合直流斩波电路的三种形式设计出降低能耗、节约能源、注重环保经济型的节能灯。2led的特性2.1led的发展史未来白光led发光二极管的市场规模与应用将无限宽广，并将进入一般家庭，取代各种传统的室内外照明灯具。led最大的特点在于无须暖灯时间、开关次数对寿命无影响、反应速度快(约在10-9秒)、安全而且光源控制成本低，使频繁开关成为可能，及运用于声光控灯上的最佳光源。led声光控灯是及led灯和声光控电路为一体，安装方便，使用寿命长，灯口采用国标e27。led采用高亮度白光led，单颗亮度6lm以上，色温6500-7500，总能耗为2.5w相当于40w白炽灯的亮度。声光控电路是集声学、光学和延时技术为一体组成的自动照明开关，白天或光线较强时，开关电路为自锁状态，led灯不亮，当光线黑暗时或晚上来临时，开关进入预备工作状态，此时，当来人有脚步声、说话声、拍手声等声源时，开关自动打开，灯亮，延时一段时间后自动熄灭，从而实现了“人来灯亮，人去灯熄”，杜绝了长明灯，使得led声光控灯低能耗、长寿命。2.2led的优点2.2.1发光效率高led经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12-24lm/w，荧光灯50-70lm/w，钠灯90-140lm/w，大部分的耗电变成热量损耗。led光效经改良后将达到100-200lm/w，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光。目前，世界各国都加紧了提高led光效方面的研究，在不远的将来其发光效率将有更大提高。3.1.1电路结构与工作原理..........................................103.1.2单相半波可控整流电路建模....................................103.1.3仿真与分析..................................................113.2单相桥式全控整流电路..........................................163.2.1电路结构与工作原理..........................................163.2.2单相桥式全控整流电路建模....................................173.2.3仿真与分析..................................................173.3三相桥式全控整流电路..........................................223.3.1电路图及工作原理............................................223.3.2建立仿真模型................................................223.3.3仿真结果分析................................................234直流-直流变流器..................................................374.1直流降压变流器................................................374.1.1电路图及工作原理............................................374.1.2建模与仿真..................................................374.2直流升压变流器................................................404.2.1电路图及原理.................................................404.2.2建模与仿真分析..............................................405直流-交流变流器..................................................435.1电路原理图....................................................435.2建立仿真模型..................................................435.3仿真结果......................................................466交流-交流变流器..................................................486.1单相交流调压器仿真............................................486.1.1电路图及原理................................................486.1.2仿真分析....................................................486.2三相交流调压器仿真............................................516.2.1电路原理图..................................................516.2.2建模及仿真..................................................527结论.............................................................57参考文献............................................................58致谢...............................................................601绪论1.1课题的背景及意义1.1.1我国能源状况近年来能源及与之相关的环境成为全世界各国最为关注的热点，各国都在从自己本国的国情出发来解决能源与环境问题。对我国来说，由于人均能源资源短缺（尤其是油、气、水），环境容量（亦是资源）有限，西部生态脆弱，这个问题尤为严重，它将极大的制约我国的可持续发展以及为中华民族子孙万代生生息息留有生存空间。近年来，我国gdp每年以10%的速度发展，能源消耗急剧增加，环境、生态日益恶化。这种对自然无序的、掠夺性索取的发展模式已难以为继，实际上已造成当前十分严重的、不可逆转的后果，大自然的惩罚已经不断地凸现出来，并还要继续加重。我国能源资源丰富多样，虽然总储量比较大，但人均能源资源很少。中国自然资源总量排世界第七位，能源资源总量约4万吨标准煤居世界第三位。中国煤炭保有储量为10024.9亿吨，但经查可采储量只有893亿吨（世界煤炭储量为1万多亿吨，储采比为219年。储量最大的国家依次为美国、中国、澳大利亚、印度、德国、南非、波兰。其中美国的储量比中国大一倍以上，除中国外，其余6国的储采比均在210年以上，中国若保持原开采强度，储采比不足百年），石油的资源量为930亿吨，天然气的资源量为38万亿立方米，现已探明的石油和天然气储量只占资源量的约20%和约6%，仅够开采几十年（全世界石油剩余可采储量仅为1409亿吨，储存比为41。第15届世界石油大会认为上述石油资源的探明程度为79%，因此，不可能再找到足够大的石油资源了，石油短缺将不可避免地在下个世纪出现。）；煤层气资源量为35万亿立方米，相当于450亿吨标准煤，排世界第三位，但尚未成规模开发利用。因此，我国常规能源资源并不丰富，应建立正确的“资源意识”，并具有相应的“忧患意识”。另一方面，我国的能源消费结构不合理，能源效率低，浪费严重。我国目前的能源效率是31.2%，比发达国家低10个百分点，落后20年。由于管理和技术水平落后以及价格、税收政策不完全合理，导致我国能源开发利用上的严重浪费。能源的经济效益很低，每产生1万美元产值所消耗的能源是美国的3倍，是日本的7.2倍，也远高于巴西和印度等发展中国家[2]。能源紧张问题的解决是多方面的，重要的一点就是开源节流。一方面，加大对传统能源的勘察力度，加大对新能源的寻找力度；另一方面，在能源消费方面，提倡节约，用先进的技术改造传统落后的生产设备与工艺，降低能源消耗，提高能源效率，使我国产业结构向低消耗、高产出的方向转变，以促进我国经济的可持续发展。1.1.2电力电子技术的应用电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。是对电能进行变换和控制线代工业电子技术，内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。近年来，功率变流技术得到了迅猛发展，经过变流技术处理的电能在整个国民经济的耗电量中所占比例越来越大，成为其他工业技术发展的重要基础。电力电子技术应用非常广泛，举例如下：(1)电气传动电力电子技术是电动机控制技术发展的最重要的物质基础，电力电子技术的迅猛发展促使电动机控制技术水平有了突破性的提高。利用整流器或斩波器获得可变的直流电源，对直流电动机电枢或励磁绕组供电，控制直流电动机的转速和转矩，可以实现直流电动机变速传动控制。利用逆变器或交—交直接变频器对交流电动机供电，改变逆变器或变频器输出的频率和电压、电流，即可经济、有效地控制交流电动机的转速和转矩，实现交流电动机的变速传动。(2)电源工业和社会的各个领域需要不同种类的电源。例如，近年来以p-mosfet和igbt为主开关元件组成的逆变焊机取得了实质性进展。不间断电源（ups）被广泛的应用于计算机、通信、仪器设备、各种微电子系统及公共场所。(3)电网进化技术近年来，随着电力电子装置的应用与普及，电网波形畸变日趋严重。传统的无源滤波方法难以应付日益严重的电网“公害”。人们从电力电子技术本身找到了解决的途径，这就是有源滤波器。(4)电力系统应用高压直流输电（hvdc）——在输电线路的送端将工频交流变为直流，在受端再将直流变回工频交流。高压直流输电从根本上解决了输电系统的稳定性问题，减少了线路的武功消耗，实现了远距离、大功率高压直流输电。在高压直流输电系统中，它需在线路两端设置整流、逆变及无功补偿装置。综上所述，电力电子技术已经渗透到航天、国防、工农业生产、交通、文教卫生、办公室自动化乃至于家庭的任何角落。伴随着器件与变流电路的进步，电力电子技术的应用领域也将会有新的突破[4]。1.1.3国内外电力电子技术发展概况电力电子技术就是采用功率半导体器件对电能进行转换、控制和优化利用的技术，它广泛应用于电力、电气自动化及各种电源系统等工业生产和民用部门。电子器件的特点之一就是开关控制，通态压降接近零，本身电耗小，与微机