電力電子技術(shù)課程設(shè)計(1)

1、課程設(shè)計名稱： 電力電子技術(shù) 題 目： 專 業(yè)：自動化 班 級：自動化12-2班姓 名：王軍學(xué) 號：1205010219課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書一、設(shè)計題目IGBT斬波控制的直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計二、設(shè)計任務(wù)1選用適宜的IGBT設(shè)計制作一個斬波調(diào)速器，使占空比可調(diào),占空比調(diào)節(jié)范圍為10%90%。2斬波調(diào)速器負載選用額定電壓為220V，額定電流為，實現(xiàn)電機的單向調(diào)速，即電機的單象限運行。三、設(shè)計方案第1天：查閱相關(guān)材料，熟悉設(shè)計任務(wù)；第2天：確定設(shè)計的內(nèi)容以及主電路的選擇；第3天：IGBT驅(qū)動電路的選擇；第4天：保護電路的設(shè)計；第5天：軟件繪圖四、設(shè)計要求1. 主電路的設(shè)計及原理說明；2驅(qū)動電路

2、設(shè)計及原理說明；3控制電路的設(shè)計及分析 4保護電路的設(shè)計 指導(dǎo)教師：邱彬時 間：2021年 12月 30日遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計成績評定表學(xué) 期20212021 上學(xué)期姓 名王軍專 業(yè)其自動化班 級自動化12-2班課程名稱電力電子技術(shù)課程設(shè)計論文題目直流電機的調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計評定標準評定指標分值得分知識創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15結(jié)合實際性10知識掌握程度15書寫標準性10工作量10總成績100評語：任課教師邱彬時 間2021年12月30 日備 注第一章 主要技術(shù)數(shù)據(jù)和可控整流電路的選擇1.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)輸入交流電源：三相380V10% 、 f=50Hz 、直流輸出電流連續(xù)的最小值為

3、5A。電動機額定參數(shù)：額定功率PN =10kw、磁極對數(shù)P=2、額定轉(zhuǎn)速nN=1000r/min,額定電壓UMN=220V、額定電流IMN=54.8A、過載倍數(shù)1.5。1.2 可控整流電路的選擇晶閘管可控整流電路型式較多，各種整流電路的技術(shù)性能和經(jīng)濟性能個不一樣。單相可控整流電路電壓脈動大、脈動頻率低、影響電網(wǎng)三相平衡運行。三相半波可控整流電路雖然對影響電網(wǎng)三相平衡運行沒有影響，但其脈動仍然較大。此外，整流變壓器有直流分量磁勢，利用率低。當整流電壓一樣時，晶閘管元件的反峰壓比三相橋式整流電路高，晶閘管價格高三相半波可控整流電路晶閘管數(shù)量比三相橋式可控整流電路少，投資比三相橋式可控整流電路少。三

4、相橋式可控整流電路它的脈動系數(shù)比三相半波可控整流電路少一半。整流變壓器沒有直流分量磁勢，變壓器利用率高，晶閘管反峰壓低。這種可控整流電路晶閘管數(shù)量是三相半波可控整流電路的兩倍?？偼顿Y比三相半波可控整流電路多。從上面幾種可控整流電路比擬中可以看到：三相橋式可控整流電路從技術(shù)性能和經(jīng)濟性能兩項指標綜合考慮比其它可控整流電路優(yōu)越，故本設(shè)計確定選擇三相橋式可控整流電路。如圖11所示圖11三相橋式可控整流電路第二章 可控整流電路的波形圖圖12三相橋式全控整流電路帶電阻負載=0時的波形第三章 整流電路參數(shù)計算和元件選擇3.1 整流變壓器的計算整流變壓器的作用是給晶閘管整流電路提供所需電源電壓，同時將整流電

5、路與交流電源隔離，增強平安性并減小整流電路對請其他用電設(shè)備的干擾。(1) 整流變壓器的接線變壓器采用D,Yn11接線一次側(cè)采用D接線的目的是個電流中三的整數(shù)倍高次諧波提供通路，以保證磁通和電壓為正弦波，防止在變壓器每相繞組中產(chǎn)生尖頂波電勢。這個電勢有時將超過正常值的50，對變壓器絕緣不利。此外電網(wǎng)波形畸變，對并接在電網(wǎng)的其他負載亦有很大影響。例如：對通訊檢測信號的干擾，增加電器鐵芯損耗，使保護裝置誤動作以及電子計算機無法工作。(2) 整流變壓器二次電壓U2的計算 采用三相橋式整流電路整流變壓器二次側(cè)相電壓可用下式估算： U2=0.901.0UMN/ 31式中：U2整流變壓器二次側(cè)相電壓 UMN

6、 直流電動機額定電壓； U2=0.901.0220/ =114.5127.2V取U2=120V整流變壓器一、二次電壓比為： K= U1/U2式中：K整流變壓器變比U1整流變壓器一次側(cè)相電壓；U2整流變壓器二次側(cè)相電壓；(3). 整流變壓器一、二次電流I1、I2的計算 I2 =IdN 32 = 0.816 IdN 式中：IdN整流器額定直流值I1= I2 (4) 整流變壓器的容量的計算 ST =S1+S2/2= KSTKUV U2IdN 33 =16.16 KVA 取ST =17 KVA式中：ST整流變壓器視在功率； S1整流變壓器一次側(cè)視在功率； S2整流變壓器二次側(cè)視在功率； KST視在功率

7、計算因素； KUV整流變壓器計算因素； U2整流變壓器二次側(cè)相電壓；IdN整流器額定直流值； 5整流變壓器的數(shù)據(jù) 相數(shù)：三相； 接線：D,Yn11； 容量：17KVA； 一次側(cè)相電壓：380V；二次側(cè)相電壓：120V；一次側(cè)相電流：14.1A；二次側(cè)相電流：44.7A；3.2 晶閘管元件的選擇(1). 額定電壓的計算UTN =23 U2 34 =23120=588882V取UTN =800V(2). 額定電流的計算IT(AV)1.52KITIdmax 35式中：KIT晶閘管電流計算因素，采用三相橋式整流電路KITIdmax最大整流電流AIdmax=電動機最大工作電流，取IdmaxNIT(AV)

8、1.52KITIdmax=1.52KITN=(45.260.3)A 取 IT(AY) =50A 選晶閘管的型號規(guī)格為KP50-83.3 平波電抗器的計算(1). 電動機電樞電感LMamH的計算 LMa=KM UMN103/2PnNIMN 36式中：UMN 直流電動機額定電壓V；IMN 直流電動機額定電流A；nN電動機額定轉(zhuǎn)速r/min；P電動機磁極對數(shù)；KM計算系數(shù)，一般無補償電動機KM=812,快速無補償電動機KM=68，有補償電動機KM=56；LMa= KM UMN103/2PnNIMN = 8220103 = 8.029 mH2變壓器漏感LTmH的計算 LT=KTUdl U2/ IdN

9、37式中：KT整流變壓器漏感計算系數(shù),三相全控KT=3.9；Udl整流變壓器短路電壓標么值,取Udl=0.05；U2整流變壓器二次側(cè)相電壓A；IdN整流器額定直流值A(chǔ)；LT=KTUdl U2/ IdN =0.427mH3平波電抗器電感的計算1保持電流連續(xù)所需的電感值LlxmHLlx=L12 LTLMa=K1 U2/ Idmin2 LTLMa (38)式中：L1電流連續(xù)時的臨界電感L1=K1 U2/ Idmin； LT整流變壓器漏感； LMa電動機電樞電感； U2整流變壓器二次側(cè)相電壓； Idmin電流連續(xù)的最小值； K1臨界電感計算系數(shù)，三相全控橋K1=0.693；Llx=K1 U2/ Idm

10、in2 LTLMa =0.693120/520.4278.029 =7.749mH2限制電流脈動系數(shù)所需的電感值LmdmH Lmd= L22 LTLMa=(UdM/ U2)103/2fdU2/Si IdN2 LTLMa 39式中：L2滿足一定脈動要求的電感值； UdM整流輸出電壓最低頻率的交流電壓分量幅值，在三相全控橋整流電路中UdM/ U2=0.46； fd輸出最低頻率分量的頻率值，三相全控橋fd=300； Si給定的允許電流脈動系數(shù)，三相整流電路中Si為510；Lmd=(UdM/ U2)103/2fdU2/Si IdN=0.46103/2300120/0.0554.820.4277.749

11、 =1.78mH所以，選取平波電抗器的電感量為8 mH時，電流連續(xù)和脈動要求能同時滿足。第四章 保護電路的設(shè)計4.1 整流電路的過電壓保護1引起過壓的原因1操作過電壓：由拉閘、合閘、快速直流開關(guān)的切斷等經(jīng)常性操作中的電磁過程引起的過壓。2浪涌過壓：由雷擊等偶然原因引起，從電網(wǎng)進入變換器的過壓。3電力電子器件關(guān)斷過電壓：電力電子器件關(guān)斷時產(chǎn)生的過壓。4在電力電子變換器-電動機調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動機回饋制動造成直流側(cè)直流電過高產(chǎn)生過壓，也稱為泵升電壓。 過電壓保護有操作過電壓和浪涌過電壓兩種。操作過電壓是由于變壓器合閘，拉閘以及晶閘管本身關(guān)斷所引起的。浪涌過電壓是由于雷擊等原因，從電網(wǎng)侵入的偶然過

12、電壓。晶閘管元件承受過電壓能力較差，發(fā)生過電壓時，會使元件損壞，因此必須采取有效措施。2 交流側(cè)過電壓保護1). 交流側(cè)阻容吸收過電壓保護如圖41 圖41交流側(cè)阻容吸收過電壓保護 = 1 * GB3 RC吸收電路電容Ca(F)的計算Ca=17320/ U2L 41式中：變壓器勵磁電流對額定電流標么值，一般為0.020.05； U2L變壓器二次側(cè)線電壓；Ca=17320/ U2L120=4.17(F)取Ca=4.7F Ca的交流耐壓：UCamm=1.5120=441(V)Um晶閘管所承受的最大電壓；選：金屬化紙介質(zhì)電容CZJ-500-4.7 4.7F， 500V ，3只。 = 2 * GB3 R

13、C吸收電路電阻Ra()的計算 Ra=0.17 U2L/I2 42120/0.0544.7=15.8 () 取Ra=16電阻功率PRa=I2 2 Ra 43=0.0544.7216=5.02W選：線繞電阻RX-10-10. 10 10 W 3只.2). 交流側(cè)壓敏電阻過電壓保護如圖42圖42交流側(cè)壓敏電阻過電壓保護 壓敏電阻額定電壓U1mA的 選擇 U1mAm 44式中：Um壓敏電阻承受的額定電壓峰值V；U1mAU2L120=391V壓敏電阻通流容量IPm的選擇IPm2050I2 45=205044.7=8942235A選用MY31-440/3型壓敏電阻；額定電壓440V，通流容量3KA，3只，

14、接。2直流側(cè)過電壓保護直流側(cè)采用壓敏電阻過電壓保護如圖43 圖43直流側(cè)壓敏電阻過電壓保護壓敏電阻額定電壓U1mA 的選擇U1mAm =1.331.35120=304.8V式中：Um壓敏電阻承受的額定電壓峰值V；壓敏電阻通流容量IPm的選擇 IPm2050IdN=205054.8=10962740A選用MY31-330/3型壓敏電阻；額定電壓330V，通流容量3KA，1只(3) 晶閘管元件過電壓保護如圖44 圖44晶閘管元件過電壓保護晶閘管過電壓保護通常采用RC吸收電路，該電路直接并聯(lián)在器件陽極和陰極之間，既可吸收瞬態(tài)電壓尖峰，又可抑制電壓上升率du/dt。 1RC吸收電路電容CSF的計算 C

15、S=24103ITAV F (46) CS=24103ITAV=2410350=0.10.2F 取CS CS的交流耐壓：UCSmm=1.5120=441(V) Um晶閘管所承受的Um最大電壓； 選：金屬化紙介質(zhì)電容CZJ-500-0.2 ， 0.2F， 500V ，6只。 2RC吸收電路電阻RS的計算 RS=1030 取RS=10 電阻功率PRSfCS(UARM/nS)210-6 47 式中：f電源頻率HZ UARM臂反向工作峰值電壓V nS每臂串聯(lián)器件數(shù) PRSfCS(UARM/nS)210-6 =500.2 U2/1210-6=500.2120/1210-6=0.86W 選：線繞電阻RX-

16、10-2. 10 ， 1 W ， 6只。4.2 整流電路的過電流保護1 引起過流的原因當電力電子變流器內(nèi)部某一器件擊穿或短路、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障、出現(xiàn)過載、直流側(cè)短路、可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)產(chǎn)生環(huán)流或逆變失敗，以及交流電源電壓過高或過低、缺相等，均可引起變流器內(nèi)元件的電流超過正常工作電流，即出現(xiàn)過流。由于電力電子器件的電流過載能力比一般電氣設(shè)備差得多，因此，必須對變流器進展適當?shù)倪^流保護。變流器的過流一般主要分為兩類：過載過流和短路過流。 2 整流電路橋臂串聯(lián)快速容斷器過電流保護(如圖45) 圖45整流電路橋臂串聯(lián)快速容斷器過電流保護 快速容斷器的選擇原那么：1快速熔斷器的額定電壓應(yīng)大于線路正常

17、工作電壓有效值。 2快速熔斷器熔體的額定電流IR是指電流有效值，晶閘管額定電流是指通態(tài)電流平均值。選用時要求 IR IRN IT(AV) 47 式中：IR快速容斷器容體額定電流IRN快速容斷器額定電流 取IR =IT(AV)=50(A)3熔斷器(安裝熔體的外殼)的額定電流應(yīng)大于或等于熔體額定電流值。 應(yīng)選擇RS3-250-50型快速容斷器：額定電壓250V，額定電流50A。3直流側(cè)過電流繼電器的選擇：過電流繼電器的選擇原那么：N。第五章 觸發(fā)電路的選擇晶閘管觸發(fā)電路有單結(jié)晶體管觸發(fā)電路；正弦波觸發(fā)電路；鋸齒波觸發(fā)電路；集成觸發(fā)電路。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路具有簡單、可靠，觸發(fā)脈沖前沿陡、抗干擾能力強

18、等優(yōu)點，但輸出功率小，不能很好的滿足電感性或反電動勢負載的需要，移相范圍也受到限制。所以只在單相與要求不高的三相晶閘管裝置中使用。正弦波同步觸發(fā)電路它的優(yōu)點：是整流裝置在負載連續(xù)時直流輸出電壓與控制電壓成線性關(guān)系；能局部補償電源電壓波動對輸出電壓的影響。缺點是：同步電壓直承受電網(wǎng)電壓的波動及干擾影響較大，特別是電源電壓波形畸變時，控制電壓與同步電壓波形交點不穩(wěn)定，導(dǎo)致整個裝置工作不穩(wěn)定；正弦波移相電路理論上分析移相范圍可達001800，實際上由于正弦波頂部平坦與控制電壓交點不明確而無法工作，實際移相范圍最多只能到達001500。為防止各種可能出現(xiàn)的意外情況，電路中必須設(shè)置對最小控制角min與最

19、小逆變角min限制。鋸齒波同步觸發(fā)電路，具有雙脈沖，強觸發(fā)的特點，由于同步電壓采用鋸齒波，不直承受電網(wǎng)電壓波動畸變的影響，移相范圍寬，克制了正弦波移相的缺點應(yīng)用廣泛。集成觸發(fā)電路與分立元件相比，提高了電路的可靠性和通用性，具有體積小，本錢低，調(diào)試方便等優(yōu)點，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。因此，本設(shè)計采用TC787觸發(fā)電路。 圖5-1TC787觸發(fā)電路 第六章 結(jié)論電力電子技術(shù)既是一門技術(shù)根底課程，也是實用性很強的一門課程。因此，電力電子裝置的應(yīng)用也是十分重要的。本文在熟悉三相橋式全控整流電路根本原理的根底上。總結(jié)了一些主電路參數(shù)整定方法，討論了不同整定方案對系統(tǒng)性能的影響。以及根據(jù)參數(shù)選擇各個電路局

20、部。第七章 心得體會 設(shè)計，給人以創(chuàng)作的沖動。但凡涉及設(shè)計都是一件良好的事情，因為她能給人以美的夢想，因為她能給人以金般財富，因為她能給人以成就之感，更為現(xiàn)實的是她能給人以成長以及成長所需的營養(yǎng)，而這種營養(yǎng)更是一種福祉，一輩子消受不竭享用不盡。我就是以此心態(tài)對待此次?電子技術(shù)?課程設(shè)計的，所謂“態(tài)度決定一切，于是偶然又必然地收獲了諸多，概而言之，大約以下幾點： 一、溫故而知新。課程設(shè)計發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，對于理論知識學(xué)習(xí)不夠扎實的我深感“書到用時方恨少，于是想起圣人之言“溫故而知新，便重拾教材與實驗手冊，對知識系統(tǒng)而全面進展了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學(xué)請教，終于熟練掌握了根本理論知識，而且領(lǐng)悟諸多平時學(xué)習(xí)難以理解掌握的較難知識，學(xué)會了如何思考的思維方式，找到了設(shè)計的靈感。 二、思路即出路。當初沒有思路，誠如舉步維艱，茫茫大地，不見道路。在對理論知識梳理掌握之后，茅塞頓開，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“條條大路通羅馬。頓悟，沒有思路便無出路，原來思路即出路。 三、在課程設(shè)計中不忘在小處創(chuàng)新，未必是創(chuàng)新技術(shù)，但凡創(chuàng)新思維亦可，未必成功，只要實現(xiàn)創(chuàng)新思維培育和鍛煉