dq032電力電子變流實(shí)驗(yàn)的仿真設(shè)計(jì)與開發(fā),dq032,電力,電子,實(shí)驗(yàn),仿真,設(shè)計(jì),開發(fā) 浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)開題報(bào)告 信 電 系 工業(yè)電氣自動化 專業(yè) 02 級 2 班 課題名稱： 電力電子變流實(shí)驗(yàn)的 仿真設(shè)計(jì)與開發(fā) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時(shí)間： 　2005　年　3 月　1 日～　6 月　13 日(共　17　周) 學(xué)生姓名： 俞亮超 學(xué)號：200202010222 指導(dǎo)教師： 黃云龍 廖東進(jìn) 報(bào)告日期： 2005-3-14 1．本課題所涉及的問題在國內(nèi)(外)的研究現(xiàn)狀綜述 現(xiàn)代電源技術(shù)是應(yīng)用電力電子半導(dǎo)體器件，綜合自動控制、計(jì)算機(jī)(微處理器)技術(shù)和電磁技術(shù)的多學(xué)科邊緣交又技術(shù)。在各種高質(zhì)量、高效、高可靠性的電源中起關(guān)鍵作用，是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用。 當(dāng)前，電力電子作為節(jié)能、節(jié)材、自動化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠(yuǎn)的將來,電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，實(shí)現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。 本課題涉及的是電力電子變流技術(shù)的仿真設(shè)計(jì)與開發(fā)的設(shè)計(jì)。目前，科學(xué)技術(shù)發(fā)展到20世紀(jì)末，系統(tǒng)仿真學(xué)科已經(jīng)形成較為完善的體系。仿真技術(shù)由于其有效性、可重復(fù)操作性、經(jīng)濟(jì)性和安全性的特點(diǎn)，日益顯出其重要性和廣泛應(yīng)用性。20世紀(jì)70年代以后,民用工業(yè)中連續(xù)過程仿真得到迅速發(fā)展，其中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的首屬電力工業(yè)，而電力電子技術(shù)已經(jīng)在電力系統(tǒng)中被廣泛地運(yùn)用了。 現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向，是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué)，向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件，表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代電力電子時(shí)代。 系統(tǒng)仿真就是在模型上進(jìn)行試驗(yàn)的過程。按照真實(shí)系統(tǒng)的物理性質(zhì)、幾何尺寸等構(gòu)造出系統(tǒng)的物理模型，并在該物理模型上進(jìn)行試驗(yàn)，稱為物理仿真。把數(shù)學(xué)模型、物理模型，甚至實(shí)物聯(lián)合在一起進(jìn)行試驗(yàn)，稱為數(shù)學(xué)-物理仿真，又稱為半實(shí)物仿真。計(jì)算機(jī)仿真包括三個(gè)要素:系統(tǒng)、模型、計(jì)算機(jī)。聯(lián)系這三個(gè)要素的有三個(gè)基本活動:對象數(shù)學(xué)模型建立、仿真模型建立、仿真試驗(yàn)。其特點(diǎn)是它屬于一種可控制的、無破壞性的、耗費(fèi)小的、并允許多次重復(fù)的試驗(yàn)手段。 它以其高效、優(yōu)質(zhì)、低廉體現(xiàn)其強(qiáng)大的生命力和潛在的能力。它是迄今為止最有效的經(jīng)濟(jì)的綜合集成方法，是推動技術(shù)進(jìn)步的戰(zhàn)略技術(shù)。 2．查閱課題或與課題相關(guān)的國內(nèi)情況： ①電力電子在開關(guān)電源上的應(yīng)用： 隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電力檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動，這為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。 開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。 ②電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用： 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用在10年前僅限于高壓直流電、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和靜止無功補(bǔ)償器。從現(xiàn)在已實(shí)現(xiàn)的電力電子工程觀察，在最近10年，靈活交流輸電和高壓直流輸電將提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、解決系統(tǒng)控制問題，同時(shí)在電力系統(tǒng)的安全可靠上發(fā)揮更大的作用。直接的表現(xiàn)將是用電力電子技術(shù)提高系統(tǒng)輸電容量，增加系統(tǒng)穩(wěn)定和改善電能質(zhì)量。 3．本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路 （1）電力電子變流技術(shù)如何在仿真設(shè)計(jì)中制作 （2）相關(guān)實(shí)驗(yàn)及所需實(shí)驗(yàn)器材的選擇 （3）Flash技術(shù)的電腦模擬實(shí)驗(yàn)的制作 （4）仿真開發(fā)工具的選擇及掌握 （5）實(shí)驗(yàn)方案的確定及驗(yàn)證 （6）具體實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析 4．開發(fā)課題所需的相關(guān)技術(shù)及理論發(fā)展情況 （1）設(shè)計(jì)所需的基本要求： ① 掌握各種電力電子器件的工作原理，特性及主要參數(shù) ② 掌握整流電路、直流斬波電路、交流調(diào)壓、脈寬調(diào)制、逆變電路工作原理及設(shè)計(jì)方法。 ③ 掌握電力電子電路主要參數(shù)的計(jì)算方法。 ④ 掌握仿真設(shè)計(jì)所需開發(fā)工具的運(yùn)用。 （2）設(shè)計(jì)所涉及的具體內(nèi)容： ① 電力電子器件： 晶閘管基本結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)、陽極伏安特性及門極伏安特性、工作原理；可關(guān)斷晶閘管（GTO）、大功率晶體管GTR、功率MOSFET、IGBT等電力電子器件的特性和特點(diǎn)以及驅(qū)動電路、緩沖和保護(hù)電路 ② 單相可控整流電路： 單相半波可控整流電路、單相橋式全控整流電路、單相橋式半控整流電路、晶閘管的簡易觸發(fā)電路 ③ 三相可控整流電路： 三相半波可控整流電路、三相橋式全控整流電路、整流電壓的諧波分析、變壓器漏抗對整流電路的影響、可控整流電路反電勢負(fù)載時(shí)的工作情況、大功率供電可控整流主電路接線形式及其特點(diǎn)。 ④ 有源逆變電路： 逆變的概念、三相逆變電路、逆變失敗與最小逆變角的限制、逆變工作狀態(tài)時(shí)的直流電動機(jī)機(jī)械特性、變流裝置的功能指標(biāo)、變流裝置的觸發(fā)電路。 ⑤ 無源逆變電路： 換相方式、電壓型和電流型逆變電路（單相半橋、全橋、推挽逆變電路、三相逆變電路）、負(fù)載換相式逆變電路、逆變電路多重化。 ⑥ 脈寬調(diào)制（PWM）型逆變電路： PWM控制的基本原理、PWM型逆變電路的控制方式、SPWM波形的生成方式、PWM型逆變器和變頻器的主電路、PWM型逆變電路控制方法的改進(jìn)。 （3）課題的理論發(fā)展情況： 仿真(Simulation)屬于一門基礎(chǔ)性學(xué)科。仿真就是利用模型進(jìn)行的一種試驗(yàn)，它可極為有效而經(jīng)濟(jì)地用于科研、設(shè)計(jì)、訓(xùn)練以及系統(tǒng)的試驗(yàn)。仿真技術(shù)是以控制理論、相似原理、數(shù)模與 計(jì)算 技術(shù)、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng) 域相關(guān)專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和多種專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，借助系統(tǒng) 模型，對實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài) 試驗(yàn)研究的一門新興綜合性技術(shù)。其特點(diǎn)是它屬于一種可控制的、無破壞性的、耗費(fèi)小的、并允許多次重復(fù)的試驗(yàn)手段。它以其高效、優(yōu)質(zhì)、低廉體現(xiàn)其強(qiáng)大的 生命力和潛在的能力。它是迄今為止最有效的經(jīng)濟(jì)的綜合集成方法，是推動技術(shù)進(jìn)步的戰(zhàn)略技術(shù)。 5．設(shè)計(jì)(論文)完成進(jìn)度計(jì)劃 第1、2周：下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書，布置課題，借閱參考書，完成開題報(bào)告。 第 3 周：到巨化污水廠、機(jī)械制造廠參觀實(shí)習(xí)。 第4、5周：電力電子變流技術(shù)的基礎(chǔ)知識有關(guān)內(nèi)容的考慮。 第 6 周：電力電子變流技術(shù)的介紹及接線。 第 7 周：考慮晶閘管、可控硅、晶體管的應(yīng)用問題。 第8、9周：電力電子元件的基本工作的設(shè)計(jì)。 第 10 周：電力電子變流技術(shù)在實(shí)踐中的研究。 第 11 周：電力電子變流技術(shù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的選擇與論證。 第 12 周：實(shí)驗(yàn)方案的選擇與論證。 第 13 周：仿真實(shí)驗(yàn)的處理。 第14、15周：用Flash進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的制作。 第 16 周：有關(guān)圖紙進(jìn)行繪制。 第 17 周：完成設(shè)計(jì)說明書，進(jìn)行答辯準(zhǔn)備。 6. 完成課題開發(fā)設(shè)計(jì)的基本條件 一、參考文獻(xiàn)： [1] 王兆安，黃俊.電力電子變流技術(shù)（第三版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994 [2] 趙良炳.現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，1995 [3] 李序葆，趙永健.電力電子器件及其應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996 [4] 丁道宏.電力電子技術(shù).北京：航空工業(yè)出版社，1999 [5] 石玉，賈書賢，王文郁.電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [6] 張明勛.電力電子設(shè)備設(shè)計(jì)和應(yīng)用手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981 [7] 劉定建，朱丹霞.實(shí)用晶閘管電路大全.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996 [8] 范翠麗.Flash動畫制作技術(shù)在科教片中的應(yīng)用.中國知網(wǎng). http://www.cnki.net [9] 趙賀.電力電子學(xué)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993 [10]天一勇，高勇宇.Flash MX動畫設(shè)計(jì)與編程.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1997 二、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)條件： 使用AUTO CAD、WORD、EXCEL等計(jì)算機(jī)輔助軟件完成系統(tǒng)圖，電路接線圖以及波形圖，說明書書寫以及繪制數(shù)據(jù)表等相關(guān)任務(wù) 7．指導(dǎo)教師審閱意見 指導(dǎo)教師(簽字)：　　　　　　 年 月 日 8．教研室主任意見 教研室主任(簽字)：　　　　　 系(簽章) 年 月 日 說明： 1. 本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書”、正式開始做畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的第2周或第3周末之前獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。 2.每個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題撰寫本報(bào)告一份，作為指導(dǎo)教師、教研室主任審查學(xué)生能否承擔(dān)該畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題任務(wù)的依據(jù)，并接受學(xué)校的抽查。 8