课程设计报告全桥直流变换器的设计与仿真.docx
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课程设计报告全桥直流变换器的设计与仿真
重庆大学电气工程学院
电力电子技术课程设计
设计题目:
全桥直流变换器的设计与仿真
年级专业:
2010级电气工程与自动化
学生姓名:
学 号:
成绩评定:
完成日期:
2021年6月23日
课程设计指导教师评定成绩表
项目
分值
优秀
(100>x≥90)
良好
(90>x≥80)
中等
(80>x≥70)
及格
(70>x≥60)
不及格(x<60)
评分
参考标准
参考标准
参考标准
参考标准
参考标准
学习态度
20
学习态度认真,科学作风严谨,严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作
学习态度比较认真,科学作风良好,能按期圆满完成任务书规定的任务
学习态度尚好,遵守组织纪律,基本保证设计时间,按期完成各项工作
学习态度尚可,能遵守组织纪律,能按期完成任务
学习马虎,纪律涣散,工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度
技术水平与实际能力
30
设计合理、理论分析与计算正确,实验数据准确,有很强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力,文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信
设计合理、理论分析与计算正确,实验数据比较准确,有较强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力,文献引用、调查调研比较合理、可信
设计合理,理论分析与计算基本正确,实验数据比较准确,有一定的实际动手能力,主要文献引用、调查调研比较可信
设计基本合理,理论分析与计算无大错,实验数据无大错
设计不合理,理论分析与计算有原则错误,实验数据不可靠,实际动手能力差,文献引用、调查调研有较大的问题
论文(计算书、图纸)撰写质量
50
结构严谨,逻辑性强,层次清晰,语言准确,文字流畅,完全符合规范化要求,书写工整或用计算机打印成文;图纸非常工整、清晰
结构合理,符合逻辑,文章层次分明,语言准确,文字流畅,符合规范化要求,书写工整或用计算机打印成文;图纸工整、清晰
结构合理,层次较为分明,文理通顺,基本达到规范化要求,书写比较工整;图纸比较工整、清晰
结构基本合理,逻辑基本清楚,文字尚通顺,勉强达到规范化要求;图纸比较工整
内容空泛,结构混乱,文字表达不清,错别字较多,达不到规范化要求;图纸不工整或不清晰
指导教师评定成绩:
指导教师签名:
年月日
重庆大学本科学生电力电子课程设计任务书
课程设计题目
全桥直流变换器的设计与仿真
学院
电气工程学院
专业
电气工程
年级
2010级
已知参数和设计要求:
[1]直流输入电压380V;
[2]输出电压48VDC;
[3]输出功率1000W;
[4]开关频率100kHz。
学生应完成的工作:
[1]查阅相关文献和教材,了解全桥直流变换器的工作原理;
[2]完成电压控制的直流全桥变换器的设计和仿真;
目前资料收集情况(含指定参考资料):
[1]许大宇,阮新波,严仰光,对移相控制零电压开关PWM全桥直流变换器的新型理论分析方法,电机与控制学报,2003,7
(2):
112-117
[2]郑连清,朱军,娄洪立,何立新,新型零电流转换移相全桥DC/DC变换器,电力自动化设备,2008,28(6):
22-26
课程设计的工作计划:
[1]第一周:
查阅相关文献和教材,掌握全桥直流变换器的工作原理,完成电路的参数设计;
[2]第二周:
完成电压控制的全桥直流变换器的仿真分析,并撰写报告,字数不少于4000字。
任务下达日期年月日
完成日期年月日
指导教师(签名)
学生(签名)
摘要
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大体理论知识。
使学生能综合运用相关关课程的大体知识,通过本课程设计,培育学生独立试探能力,学会和熟悉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、和具体的方式和步骤,把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。
通过设计进程学习和治理,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。
本次课题为全桥直流变换器的设计与仿真,利用了全控器件IGBT,能将直流信号转换成变压的直流信号,其作用相当于一个变压器。
一样的变压器是由交流电压只是变比能很方便的通过操纵IGBT的驱动信号占空比来操纵,而且能有滤波的功能。
全桥直流变换器集PWM技术和谐振技术于一体,具有体积小、重量轻、效率高的特点,专门适合中大功率应用处合,然后对其工作原理的分析。
本次课程设计确实是基于对全桥直流变换器的设计与仿真练习,达到培育学生独立试探解决问题的能力。
正文
1.引言
问题的提出
随着科学技术进展的日新日异,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能够说得是无处不在若是把计算机操纵比喻为人的大脑,电磁机械等动力机构喻为人的四肢的话,那么电力电子技术那么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把握电力电子应用技术十分重要。
全桥DC/DC变换器是可双象限运行的直流-直流变换器。
随着科技和生产的进展,对全桥DC/DC变换器的需求慢慢增多,要紧有直流不断电电源系统、航天电源系统、电动汽车等应用处合。
在需要能量双向流动的场合,全桥DC/DC变换器的应用可大幅度减轻系统的体积重量和本钱,有重要的研究价值。
什么是直流-直流变换器的功能?
直流-直流变换器确实是将直流电变成另一固定电压或可调电压的直流电,包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
直流-直流变换器有哪些应用?
直流-直流变换器普遍应用于远程及数据通信、运算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域。
国内外研究现状
现今世界软开关技术使得DC/DC变换器发生了质得转变和飞跃。
美国VICOR公司设计制造得多种ECI软开关DC/DC变换器,最大输出功率有300W、600W、800W等,相应的功率密度为(、10、17)W/cm3,效率为(80—90)%。
日本NemicLambda公司最新推出得一种采纳软开关技术得高频开关电源模块RM系列,其开关频率为200—300KHz,功率密度已达27W/cm3,采纳同步整流器(MOS-FET代替肖特基二极管),使整个电路效率提高到90%。
直流斩波电路的应用超级广,但在实际产品中应历时也存在一些问题:
第一电源系统本身的耗能元件如电源内阻、滤波器阻抗、连接导线及接触电阻等都会引发系统损耗。
可控型器件IGBT的栅极电阻Rg会随着驱动器件电流额定值的增大而减小,而栅极电阻Rg的转变又会对电路的性能产生阻碍。
和驱动电路如何实现过电流电压爱惜问题。
2.全桥电路的工作原理
图1
全桥电路中的逆变电路由四个开关组成,互为对角的两个开关同时导通,而同一侧半桥上下两开关交替导通,将直流电压逆变成幅值为Ui的交流电压,加在变压器一次测。
改变开关的占空比,就能够够改变整流电压Ud的平均值,也就改变了输出电压Uo。
当IGBT1和IGBT4开通后,二极管VD一、VD4处于通态,电感的电流慢慢上升;IGBT2与IGBT3开通后,二极管VD3和VD2处于通态,电感L的电流也上升。
当四个开关都关断时,四个二极管都处于通态,各分担一半的电感电流,电感L的电流慢慢下降。
IGBT1和IGBT2断态时经受的峰值电压均为Ui。
若是IGBT一、IGBT4与IGBT二、IGBT3的导通时刻不对称,那么交流电压中将含有直流分量,会在变压器一次电流中产生专门大的直流分量,并可能造成磁路饱和。
因此全桥电路应注意幸免电压直流分量的产生。
也能够在一次侧行贿串联一个电容,以阻断直流电流。
为了幸免同一侧半桥中上下两开关在换流的进程中发生短暂的同时导通现象而损坏开关,每隔开关各自的占空比不能超过,并应保留裕量。
当滤波电感电流持续时,有
若是输出电感电流不持续,输出电压将高于式(5-55)的计算值,并随负载的减小而升高,在负载为零的极限情形下,
3.电路图参数设计及仿真
开环电路
开环电路图设计
开环电路图如以下图所示:
图2
图中各元件的参数设置说明如下。
VDC1:
380V直流电压源,依照设计要求;
VSQ1:
幅值1V,频率100000HZ,占空比为,相角延迟60度的矩形波脉冲发生器;
VSQ2:
幅值1V,频率100000HZ,占空比为,相角延迟240度的矩形波脉冲发生器;
TI1:
按输出电压与输入的比值Uo:
Ui=*(n1:
n2)得一次测与二次侧线圈绕组匝数比为n1:
n2=380:
;
L=,此数值是通过实验取得的,能将超调量调到适当;
C=,此数值是通过实验取得的,能保证输出电压的平稳性;
R=欧姆,由R=(U^2)/P求得;
其输出电压由Uo测得。
仿真结果如下:
图3
结果分析:
仿真结果大体知足设计要求(输出电压48V,功率为1000w)
负载跳变时的仿真
仿真电路如下。
图4
电路图4各参数说明:
与原电路图2相较,负载增加了并联电阻R’,阻值为1欧姆。
与之串联的IGBT的驱动电压由延迟时刻为秒(现在原电路图2已进入稳态)的阶跃信号提供。
其输出电压波形如下。
图5
结果分析:
能够看到在时,负载突变会给输出造成较大的阻碍波动。
电源跳变时的仿真
仿真电路如下。
图6
电路图6各参数说明:
与原电路图2相较,电源增加了一个幅值为100v,延迟时刻为的阶跃信号,从而实现电源跳变。
仿真结果如图7。
图7
结果分析:
能够看到在时,由于电源的突变,电路输出最后稳定在62v左右。
输出电压幅值误差已达(62-48)/48=,已经不符要求。
闭环电路
闭环电路的设计
加入pi调剂器能够有效的操纵输出的稳固性。
依照pi调剂器的结构,结合本电路图可知在pi调剂器的输出端应该接能操纵开关的器件,即比较器。
比较器另一端接三角波信号。
三角波峰峰值为1v,频率为100000HZ,占空比。
Pi调剂器的参数是通过实验的到的适当值,k=,t=。
取得电路图如下:
图8
仿真结果:
图9
结论:
粗略来看,加入pi调剂器的电路后,系统快速性专门好,而且可不能有超调量。
负载跳变时的仿真
仿真电路如下。
图10
电路图10各参数说明:
与原闭环电路图8相较,负载增加了并联电阻R’,阻值为1欧姆。
与之串联的IGBT的驱动电压由延迟时刻为秒(现在原电路图2已进入稳态)的阶跃信号提供。
其输出电压波形如下。
图11
电源跳变时的仿真
仿真电路如下。
图12
电路图12各参数说明:
与原闭环电路图8相较,电源增加了一个幅值为100v,延迟时刻为的阶跃信号,从而实现电源跳变。
仿真结果如图13。
图13
结果分析:
能够看到在时,由于电源的突变,电路输出最后稳定在48v左右。
输出电压幅值误差为0,仍然符合要求。
结论
自动操纵系统是在无人直接参与下可使生产进程或其他进程按期望规律或预定程序进行的操纵系统。
自动操纵系统是实现自动化的要紧手腕。
在开环操纵系统中,系统输出只受输入的操纵,操纵精度和抑制干扰的特性都比较差。
开环操纵系统中,基于按时序进行逻辑操纵的称为顺序操纵系统;由顺序操纵装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。
要紧应用于机械、化工、物料装卸运输等进程的操纵和机械手和生产自动线。
闭环操纵系统是成立在反馈原理基础之上的,利用输出量同期望值的误差对系统进行操纵,可取得比较好的操纵性能。
闭环操纵系统又称反馈操纵系统。
工程上常常从稳态性、快速性和稳固精度三个方面来评估自控系统的性能。
与开环系统相较较加入pi调剂器的电路后,系统快速性专门好,而且可不能有超调量。
当负载有跳变时,开环的新稳固值大大的改变了,而闭环系统能通过自动调剂,从头回到了要求值。
可见,闭环系统优越性更好。
两周的课程设计终止了,在这次的课程设计中不仅查验了我所学习的知识,也培育了我如何去把握一件情形,如何去做一件情形,又如何完成一件情形。
在设计进程中,与同窗分工设计,和同窗们彼此探讨,彼此学习,彼此监督。
学会了合作,学会了运筹帷幄,学会了宽容,学会了明白得,也学会了做人与处世。
课程设计是咱们专业课程知识综合应用的实践训练,着是咱们迈向社会,从事职业工作前一个必很多的进程.”千里之行始于足下”,通过这次课程设计,我深深体会到这句千古名言的真正含义.我今天认真的进行课程设计,学会脚踏实地迈开这一步,确实是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础.
通过这次模具设计,本人在多方面都有所提高。
通过这次模具设计,综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次冷冲压模具设计工作的实际训练从而培育和提高学生独立工作能力,巩固与扩充了冷冲压模具设计等课程所学的内容,把握冷冲压模具设计的方式和步骤,把握冷冲压模具设计的大体的模具技术知道了如何分析零件的工艺性,如何确信工艺方案,了解了模具的大体结构,提高了计算能力,画图能力,熟悉了标准和标准,同时各科相关的课程都有了全面的温习,独立试探的能力也有了提高。
在这次设计进程中,表现出自己单独设计模具的能力和综合运用知识的能力,体会了学以致用、突出自己劳动功效的喜悦心情,从中发觉自己平常学习的不足和薄弱环节,从而加以弥补。
在此感激咱们的孙鹏菊教师.,教师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的表率;教师循循善诱的教诲和不拘一格的思路给予我无尽的启发;这次模具设计的每一个实验细节和每一个数据,都离不开教师您的细心指导。
而您爽朗的个性和宽容的态度,帮忙我能够很顺利的完成了这次课程设计。
同时感激对我帮忙过的同窗们,谢谢你们对我的帮忙和支持,让我感受到同窗的友谊。
参考文献
[1]许大宇,阮新波,严仰光,对移相操纵零电压开关PWM全桥直流变换器的新型理论分析方式,电机与操纵学报,2003,7
(2):
112-117
[2]郑连清,朱军,娄洪立,何立新,新型零电流转换移相全桥DC/DC变换器,电力自动化设备,2020,28(6):
22-26
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- 课程设计 报告 直流 变换器 设计 仿真
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