目录
1 绪 2
11 电力电子技术发展 2
12 电力电子技术应 2
13 电力电子技术课程中直流直流变流电路 3
2 系统方案电路设计 4
21 单端正激变换器设计 4
22 单端反激变换器设计 5
3 器件选择计算 6
31 单端正激变换器器件选择计算 6
32 单端反激变换器器件选择计算 7
4 MATLAB 系统建模仿真8
41 正激仿真电路设计 8
42 正激仿真电路参数设置 8
43 正激仿真结果 10
44 反激仿真电路设计 13
45 反激仿真电路参数设置 13
46 反激仿真结果 14
总结 17
设计体会 17
附录 19
1 绪
11 电力电子技术发展
晶闸出现前时期称电力电子技术史前期黎明时期晶闸 优越电气性控制性快取代水银整流器旋转变流机组 应范围迅速扩电力电子技术概念基础晶闸晶 闸变流技术发展确立晶闸通门极控制够导通 关断器件属半控型器件晶闸电路控制方式相位控制式 简称相控方式晶闸关断通常电网电压等外部条件实现晶 闸应受局限70 年代期门极关断晶闸(GTO)电 力双极型晶体(BJT)电力场效应晶体(PowerMOSFET) 代表全控型 器件迅速发展全控型器件特点通门极(基极栅极) 控制 开通关断 80 年代期绝缘栅极双极型晶体(IGBT)表 复合型器件异军突起 MOSFET BJT 复合综合两者优点 相MOS 控制晶闸(MCT) 集成门极换流晶闸(IGCT) 复合MOSFET
GTO
12 电力电子技术应
电力电子技术门新兴技术电力学电子学控制理三学科 交叉成电气动化专业中已成门专业基础性强生产紧密联系 缺少专业基础课课程体现弱电强电控制具强实践性 够理联系实际培养动化专业中占重位包括晶闸 结构分类晶闸电压电流保护方法控整流电路晶闸源逆 变电路晶闸源逆变电路PWM 控制技术交流调压直流斩波变频电 路工作原理
电力电子技术中 控整流电路非常重容整流电路交流 电变直流电电路应非常广泛工业中量应种直流电动机调 速均采电力电子装置电气化铁道 (电气机车磁悬浮列车等)电动汽车
飞机船舶电梯等交通运输工具中广泛采整流电力电子技术种电子装 置通信设备中程控交换机直流电源型计算机需工作电源微 型计算机部电源利整流电路构成直流电源供电说电源
直流
交流
变压器
交流
整流电路
脉动直流
滤波器
直流
方电力电子技术设备
13 电力电子技术课程中直流直流变流电路
直流直流变流电路功直流电变固定电压调电压直 流电包括直接直流变流电路间接直流变流电路直接直流变流电路称斩波 电路功直流电变固定电压调电压直流电般指直 接直流电变直流电种情况输入输出间隔离间接直流变流 电路指直流变流电路中增加交流环节交流环节中通常采变压器实现 输入输出间隔离称带隔离直流直流变流电路直交直电路
带隔离直流直流变流电路结构图 11 示直流斩波电路相 直流变流电路中增加交流环节称直交直电路
逆变电路
图 11 带隔离直流直流变流电路结构图
采种结构较复杂电路完成直流直流变换原:
1)输出端输入端需隔离
2)某应中需相互隔离路输出
3)输出电压输入电压例远 1 远 1
4)交流环节采较高工作频率 减变压器滤波电路滤波电容 体积重量
带隔离直流直流变流电路分单端双端两类单端电路中变压 器中流直流脉动电流双端电路中变压器电流正负称交流电 流文中介绍分析正激电路反激电路正属单端电路通 MATLAB 软件正激电路反激电路进行相关参数仿真分析
2 系统方案电路设计
21 单端正激变换器设计
图 21 示单端正激变换器电路 Buck 变换器中插入隔离变 压器构成开关 PWM 方式工作 D1 输出整流二极D2 续流二极 L1 输出滤波电感C1 输出滤波电容变压器三绕组初级绕组 N1 次级绕组 N2 复位绕组 N3 图中带*号端表示绕组名端D3 复位绕组 N3 串联二极工作波形图 22 示(见附录)
图 21 单端正激电路图
功率开关导通时变压器名端连接关系知整流二极 D1 时 导通输入电通变压器整流二极 D2 传递负载时部分量储存 输出滤波电感 Lf 中开关截止时变压器原副边电压均反整流二 极反偏截止滤波电感 Lf 中电流续流二极 D2 流通电感中储 负载供电种电路开关导通期间负载传递量称正激式变换器
复位绕组 N3 作实现变压器磁通复位磁通复位基思路变 压器原边绕组(副边绕组)正电压伏秒面积应该等负电压伏秒面 积开关导通时变压器初级定励磁电流存储部分量开 关截止时变压器初级存储量传递复位绕组通 D2 传递输入电源 V变压器初级产生尖峰电压限制允许范围时实现磁通复位
单端正激变换器中高频变压器作电压变换功率传递实现 输入输出间间隔种变换器中变压器工作磁化曲线单侧称 单端变换器
N2
输出电压输入电压关系
Vo D Vi (21)
N1
见改变占空 D 改变输出电压
22 单端反激变换器设计
单端反激变换器电路图 23 示开关导通时整流二极截止 时电源输入量磁形式储存变压器中开关截止期间变压器中 储存量传递负载
开关导通时输入电压加变压器初级绕组 N1 变压器名端 接法知次级绕线 N2 电压二极 D 截止次级绕组 N2 没电流流 负载电流输出滤波电容放电电流提供 开关导截止时 次级绕组 Nz 电 压二极 D 导通时开关导通期间储存变压器中量便通二极 负载滤波电容释放见工作程中变压器起储电感作
开关截止时间结束时变压器储存量没释放完次级绕组 N2 电流 0 称种工作状态磁化电流连续状态 反称磁化电流 断续状态两种工作状态时电路工作波形图 24 示(见附录)
图 23 单端反激变换器电路
磁化电流连续状态输出电压输入电压关系
N2 D 1 D
Vo Vi Vi
N1 1 D n 1 D (22)
式中nN1N2变压器初次级匝
N1 N1
N1
N2 N2 Vi
ITmax ILmax IMmax ILmax D
3 器件选择计算
31 单端正激变换器器件选择计算
1占空
满足磁通复位关系开关关断时磁通减量必须等开关导通 时磁通增加量占空限制:
N1 D max
N1 N3
(31)
2开关二极选择
开关截止时变压器初级绕组量通复位绕组回馈输入电源复 位绕组电压钳位输入电压变压器初级绕组电压等 ViN1N2 开关承受电压
VT max Vi Vi 1 Vi
N3 N3
开关导通时续流二极 D2 承受电压
N2
VD 2 Vi
N1
开关截止时整流二极电压
N2
VD 1 Vi
N3
开关导通时二极 D2 承受电压
VD 3 1 N3Vi
流滤波电感电流值
1 VD 2 N2 Vi
IL max Io DT Io D
2 Lf N1 2Lffs
流 D1D2 电流等电感电流值
ID1 max ID2 max IL max
流开关电流
N1 N1 LMf
(32)
(33)
(34)
(35)
(36)
(37)
(38)
2 2
LP min i o
V
V
V
L
式中ITmax 变压器励磁电流LM 原边绕组励磁电感
式 31 32 出果 N1>N3占空 Dmax+05开 关承受电压高 2Vi N1 N2 越 占空越开关承受电压越 高果 N1
32 单端反激变换器器件选择计算
1开关选择
开关截止时承受高电压
i
VT max Vi nVo
1 D
见占空越开关承受电压越高般选 D<05 流开关电流
i
IT max Ton
L
p
2变压器初级电感计算
V n V Tmax
Vi nVo 2 2Io
3输出纹波电压计算
4输出滤波电容计算
5整流二极选择
流整流二极电流
o
ID max Toff
P min
(39)
(310)
(311)
(312)
(313)
(314)
4 MATLAB 系统建模仿真
41 正激仿真电路设计
图 41 正激仿真电路
1电源电压:直流电压 100V
2负载电阻 100
3变压器匝数 21
4触发脉周期 002s画出脉宽度 50 20 80 波形
42 正激仿真电路参数设置
图42 输入脉参数 图43 变压器参数
图 44 电感参数 图 45 电容参数
图 46 电阻参数
图中电压器变 2 1 二次侧电感 1 电阻 100 电容 0014
图47 仿真参数设置
(41)
43 正激仿真结果
占空 50 波形仿真结果图 48 49 示
N2 ton 1 1
u0 ui Dui 0 5100 25
N1 T 2 2
图 48 次测电流二次侧电流负载电压负载电流电感电流波形
图49 触发脉MOSFET 电流MOSFET 电压二次侧电压波形
占空 20 波形仿真结果图 410 411 示
N2 ton 1 1
u0 ui Dui 0 2100 10
N1 T 2 2 (42)
图 410 次测电流二次侧电流负载电压负载电流电感电流波形
图 411 触发脉MOSFET 电流MOSFET 电压二次侧电压波形
(43)
占空 80 波形仿真结果图 412 413 示
N2 ton 1 1
u0 ui Dui 0 8100 40
N1 T 2 2
图 412 次测电流二次侧电流负载电压负载电流电感电流波形
图413 触发脉MOSFET 电流MOSFET 电压二次侧电压波形
44 反激仿真电路设计
图414 反激仿真电路
1电源电压:直流电压 100V
2负载电阻 10
3变压器匝数 21
4触发脉周期 002s脉宽度 50 20 80 波形
45 反激仿真电路参数设置
图415 变压器参数 图 416 电容参数
(44)
46 反激仿真结果
占空 50 时波形仿真结果图 417 48 示
N2 ton 1 D 1 0 5
u0 ui ui 100 50
N1 toff 2 1 D 2 1 0 5
图 417 次测电流二次侧电流负载电流负载电压波形
图418 触发脉MOSFET 电流MOSFET 电压波形
(45)
占空 20 时波形仿真结果图 419 420 示
N2 ton 1 D 1 0 2
u0 ui ui 100 12 5
N1 toff 2 1 D 2 1 0 2
图 419 次测电流二次侧电流负载电流负载电压波形
图420 触发脉MOSFET 电流MOSFET 电压波形
(46)
占空 80 时波形仿真结果图 421 422 示
N2 ton 1 D 1 0 8
u0 ui ui 100 200
N1 toff 2 1 D 2 1 0 8
图 421 次测电流二次侧电流负载电流负载电压波形
图422 触发脉MOSFET 电流MOSFET 电压波形
总结
设计中应注意事项
①正激变换器反激变换器变压器兼起储电感作防止 磁芯饱反激变换器变压器磁芯加气隙磁芯磁化曲线斜率变 降低磁芯导磁率种变压器设计较复杂
②电流连续方式工作时直流分量较处理会导致磁芯饱损 坏开关
③式 310 出施加开关电压占空关设计时必须 控制占空
设计体会
说次电力电子课程设计受益匪浅选课题输入输 出隔离直流变换器电路通常课堂学电路理 已非常充分解课题起貌似难通天设计深 深感悟理实际相结合重性光具理知识远远够 亲动手操作程中断发现问题改正问题程中收获知 识进步
次设计程中更进步熟悉输入输出隔离直流变换器电路 原理触发电路设计然程中遇困难通查阅资 料相互讨准确找出错误时纠正收获 实践力进步提高外通次课程设计懂理 知识远远够必须学理知识实践相结合起理中
出结提高实际动手力独立思考力
特感谢老师课程设计制作程中细心指导 许学热心帮助感谢提出诚恳意见私帮助
参考文献
[1] 王兆安黄俊 电力电子技术[M](第 4 版)北京:机械工业出版社
20001596
[2] 浣喜明姚正 电力电子技术[M]北京:高等教育出版社
2004128145
[3] 王兆安黄俊 电力电子技术[M](第 5 版)北京:机械工业出版社
20091994
[4] 陆秀令张振飞 电力电子技术实验指导书[M]衡阳:湖南工学院电气信
息工程系20101018
[5] 周渊深 电力电子技术 MATLAB 仿真[M]北京:中国电力出版社 2006188278
t
t
0
t
Vtbe
附录
正反激变换器波形
Toff
Ton
0
t
VNI
Vi
0
N 1
Vi
N 3
Vab
N 1
Vi
N 2
0
t
Փ
0
t
I L1max
iLf
I L1min
0
VLf
N 2
N 1 ViVo
0
Vo t
iN3
0
iN1
Ton T f Ts t
图 22 单端正激变换器波形
t
t
I S
t
Vi N 2
I Pmax
Ipmin
Ton
t
N 1 N 2Vo+V i V i
N 1
Toff
t
Vi
VTbe
0
VNI
0
VTcc
0
iP
0
I S
0
Toff
Ton
t
Vi
N 1
Vi
N 2
N 1
N 2Vo+V i
t
I Pmax
Ipmin
t
I
smax
Ismin
t
图 24 单端反激变换器波形(a ) 磁化电流连续
VTbe
0
VNI
0
VTcc
0
iP
0
0
t
图 24 单端反激变换器波形(b) 磁化电流断续
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