電力電子課程設(shè)計(jì)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源(DOC)

1、電力電子課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)課題：開關(guān)穩(wěn)壓電源部：自動(dòng)控制系專業(yè)： 生產(chǎn)過程自動(dòng)化班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：2016 年 12 月 19 日 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 設(shè)計(jì)目的 2 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 2. HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 設(shè)計(jì)任務(wù) 2 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 設(shè)計(jì)要求 2 HYPERLINK l bookmark

2、10 o Current Document 主要技術(shù)參數(shù) 2. HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 整流變壓器的選擇2. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 晶閘管的選擇 3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 平波電抗器的選擇 4設(shè)計(jì)內(nèi)容 5. HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 主電路的設(shè)計(jì) 5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 主電路原理說明 5 H

3、YPERLINK l bookmark22 o Current Document 保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 9晶閘管的保護(hù)電路 9交流側(cè)保護(hù)電路 10直流側(cè)阻容保護(hù)電路 11 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 設(shè)計(jì)體會(huì)1.1.附錄 1.2.電路圖 1.2. HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 波形圖 1.3.河南工學(xué)院電力電子課程設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)目的1、把從電力電子技術(shù)及其它先修課程（電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)等）中所學(xué)到的理論和實(shí)踐知識(shí)，在課程設(shè)計(jì)實(shí)踐中全面綜合的加以運(yùn)用，使這些知識(shí)得到鞏固、提高，并使理論

4、知識(shí)與實(shí)踐技能密切結(jié)合起來。初步樹立起正確的設(shè)計(jì)思想，掌握一般電力電子電路設(shè)計(jì)的基本方法和技能，培養(yǎng)觀察、分析和解決問題及獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力，訓(xùn)練設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新能力。培養(yǎng)具有查閱參考文獻(xiàn)和技術(shù)資料的能力，能熟悉或較熟悉地應(yīng)用相關(guān)手冊(cè)、圖表、國家標(biāo)準(zhǔn)，為今后成為一名合格的電氣工程技術(shù)人員進(jìn)行必須的基本技能和基本素質(zhì)訓(xùn)練。二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)主電路及電氣控制電路，主電路為三相橋式全控整流電路；設(shè)計(jì)要求裝置輸入電源為三相UL=380V 工頻交流電源，輸入電壓為220V AC，輸出直流電壓的變化范圍為0 24V。繪制裝置總體電路原理圖，繪制電路所有點(diǎn)電壓、電流及元器件（晶閘管等）兩端電壓波形（匯

5、總繪制，注意對(duì)應(yīng)關(guān)系）；三、主要技術(shù)參數(shù)整流變壓器的選擇由系統(tǒng)要求可知，整流變壓器一、二次線電壓分別為380V 和 220V，由變壓器為 Y接法可知變壓器二次側(cè)相電壓為：變比為：變壓器一次和二次側(cè)的相電流計(jì)算公式為：而在三相橋式全控中所以變壓器的容量分別如下：變壓器次級(jí)容量為：變壓器初級(jí)容量為：變壓器容量為：變壓器參數(shù)歸納如下：220VU 2127VU1 KU23803.0127I1KI1IdK1)23I2KI2Id4KI1 KI22 0.8163I d 305AS1 3U 2I 2S2 3U1I1S1S2S1223 127 0.816 305 3 380 305 0.816S3.09.469

6、89kW初級(jí)繞組三角形接法U1 380V， I1 82.96A； 次級(jí)繞56789組星形接法，U 2 127V ，I 2 248.88A；容量選擇為9.46989kW。3.2 晶閘管的選擇 晶閘管的額定電壓變壓器二次線電壓峰值U FM U RM 6U 210故橋臂的工作電壓幅值為：U m 6 127 311.1V11考慮裕量，則額定電壓為：UN 23Um2 3 311.1622.2 933.3V 公式12 晶閘管的額定電流VTI d max 600346.4A3313考慮裕量，故晶閘管的額定電流為： TOC o 1-5 h z IVT(AV)1.5 2 IVT 1.5 2 346.4330.9

7、7 441.30 A公式141.571.573.3 平波電抗器的選擇為了限制輸出電流脈動(dòng)和保證最小負(fù)載電流時(shí)電流連續(xù)，整流器電路中常要串聯(lián)平波電抗器。對(duì)于三相橋式全控整流電路帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載系統(tǒng)，有：L 0.693 U 2公式15I d min其中， （單位為mH）中包括整流變壓器的漏電感、電樞電感和平波電抗器20A 時(shí)電流仍連續(xù)。所以Idmin取 20A。所16U 2127L 0.693 20.6934.40mH20204.1 主電路的設(shè)計(jì)其原理圖如圖所示習(xí)慣將其中陰極連接在一起的3 個(gè)晶閘管（VT1、 VT3、 VT5）稱為共陰極組；3 個(gè)晶閘管（VT4、 VT6、 VT2）稱為共陽極組。此外

8、，習(xí)慣上希至 6 的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖示的順序編號(hào)，即共陰極組a、 b、 c 三相電源相接的3 個(gè)晶閘管分別為VT1、 VT3、 VT5， 共陽極組中與a、 b、 c 三相電源相接的3 個(gè)晶閘管分別為VT4、 VT6、 VT2。從后面的分析可知，VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6。4.2 主電路原理說明整流電路的負(fù)載為帶反電動(dòng)勢(shì)的阻感負(fù)載。假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極 =0o時(shí)的情況。此時(shí)，對(duì)于共陰極組的3陽極所接交流電壓值最高的一個(gè)導(dǎo)通。而對(duì)于共陽極組的3 個(gè)晶閘管，1 個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，施加于負(fù)載上的電壓為某 =0o時(shí)，各晶閘管均在自然換相點(diǎn)處換相。由圖中變壓器二繞

9、組相電壓與線電壓波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系看出，各自然換相點(diǎn)既是相電壓的交點(diǎn)，同時(shí)也是線電壓的交點(diǎn)。在分析ud 的波形時(shí)，既可從相電壓波形分析，也可以從線電壓波形分析。從相電壓波形看，以變壓器二次側(cè)的中點(diǎn)n 為參考點(diǎn)，共陰極組晶閘管導(dǎo)通時(shí)，整流輸出電壓ud1 為相電壓在正半周的包絡(luò)線；共陽極組導(dǎo)通時(shí)，整流輸出電壓ud2 為相電壓在負(fù)半周的包絡(luò)線，總的整流輸出電壓ud = ud1 ud2 是兩條包絡(luò)線間的差值，將其對(duì)應(yīng)到線電壓波形上，即為線電壓在正半周的包絡(luò)線。直接從線電壓波形看，由于共陰極組中處于通態(tài)的晶閘管對(duì)應(yīng)的最大（正得最多）的相電壓，而共陽極組中處于通態(tài)的晶閘管對(duì)應(yīng)的是最小（負(fù)得最多）的相電壓，輸出

10、整流電壓ud 為這兩個(gè)相電壓相減，是線電壓中最大的一個(gè)，因此輸出整流電壓ud 波形為線電壓在正半周的包絡(luò)線。由于負(fù)載端接得有電感且電感的阻值趨于無窮大，電感對(duì)電流變化有抗拒作用。流過電感器件的電流變化時(shí)，在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Li ，它的極性事阻止電流變化的。當(dāng)電流增加時(shí)，它的極性阻止電流增加，當(dāng)電流減小時(shí)，它的極性反過來阻止電流減小。電感的這種作用使得電流波形變得平直，電感無窮大時(shí)趨于一條平直的直線。為了說明各晶閘管的工作的情況，將波形中的一個(gè)周期等分為6 段，每段為60o，如下圖所示，每一段中導(dǎo)通的晶閘管及輸出整流電壓的情況如表所示。由該表可見，6 個(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1 VT2 VT

11、3 VT4 VT5 VT6。三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載 =0o時(shí)晶閘管工作情況時(shí)段共陰極組中 導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中 導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓 udua-ub=uabua-uc=uacub- uc=ubcub- ua=ubauc- ua=ucauc-ub=ucb下圖給出了 =30o時(shí)的波形。從 t1 角開始把一個(gè)周期等分為6 段， 每段為60o與 0o時(shí)的情況相比，一周期中ud波形仍由6段線電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號(hào)等仍符合表1 的規(guī)律。區(qū)別在于，晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30o,組成 ud 的每一段線電壓因此推遲3

12、0o， ud 平均值降低。晶閘管電壓波形也相應(yīng)發(fā)生變化如圖所示。圖中同時(shí)給出了變壓器二次側(cè)a 相電流 ia 的波形，該波形的特點(diǎn)是，在VT1處于通態(tài)的120o期間，ia 為正，由于大電感的作用，ia波形的形狀近似為一條直線，在VT4處于通態(tài)的120o期間， ia 波形的形狀也近似為一條直線，但為負(fù)值。由以上分析可見，當(dāng) 60o 時(shí)，ud 波形均連續(xù)，對(duì)于帶大電感的反電動(dòng)勢(shì)，i d波形由于電感的作用為一條平滑的直線并且也連續(xù)。當(dāng) 60o時(shí)，如 90o時(shí)電阻負(fù)載情況下的工作波形如下圖所示，ud 平均值繼續(xù)降低，由于電感的存在延遲了VT的關(guān)斷時(shí)刻，使得ud 的值出現(xiàn)負(fù)值，當(dāng)電感足夠大時(shí)，ud 中正負(fù)

13、面積基本相等， ud 平均值近似為零。這說明帶阻感的反電動(dòng)勢(shì)的三相橋式全控整流電路的 角的移相范圍為90 度。4.3 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)為了保護(hù)設(shè)備安全，必須設(shè)置保護(hù)電路。保護(hù)電路包括過電流與過電流保護(hù)，大致可以分為兩種情況：一種是在適當(dāng)?shù)牡胤桨惭b保護(hù)器件，例如R-C 阻容吸收回路、限流電感、快速熔斷器等；另一種則是采用電子保護(hù)電路，檢測(cè)設(shè)備的輸出電壓或輸入電流，當(dāng)輸出電壓或輸入電流超過允許值時(shí)，借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋短時(shí)內(nèi)工作于有源逆變工作狀態(tài)，從而抑制過電壓或過電流的數(shù)值。本例中設(shè)計(jì)的三相橋式全控整流電路為大功率裝置，故考慮第一種保護(hù)方案，分別對(duì)晶閘管、交流側(cè)、直流側(cè)進(jìn)行保護(hù)設(shè)電路的設(shè)計(jì)

14、。晶閘管的保護(hù)電路、晶閘管的過電流保護(hù)：過電流可分為過載和短路兩種情況，可采用多種保護(hù)措施。對(duì)于晶閘管初開通時(shí)引起的較大的di/dt，可在晶閘管的陽極回路串聯(lián)入電感進(jìn)行抑制；對(duì)于整流橋內(nèi)部原因引起的過流以及逆變器負(fù)載回路接地時(shí)可管元件在反向阻斷能力恢復(fù)前，將在反向電壓作用下流過相當(dāng)大的反向恢復(fù)電流。當(dāng)阻斷能力恢復(fù)時(shí)，因反向恢復(fù)電流很快截止，通過恢復(fù)電流的電感會(huì)因高電流變化率產(chǎn)生過電壓，即換相過電壓。為使元件免受換相過電壓的危害，一般在元件的兩端并聯(lián)RC電路。如下圖所示：交流側(cè)保護(hù)電路晶閘管設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲，同時(shí)設(shè)備自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過電壓出現(xiàn)，所以要進(jìn)行過電壓保護(hù)，可采用如下圖所示的反向阻斷式過電壓抑制RC 保護(hù)電路。整流電路正常工作時(shí)，保護(hù)三相橋式整流器輸出端電壓為變壓器次級(jí)電壓的峰值，輸出電流很小，從而減小了保護(hù)元件的發(fā)熱。過電壓出現(xiàn)時(shí)，該整流橋用于提供吸收過電壓能量的通路，電容將吸取過電壓能量轉(zhuǎn)換為電場(chǎng)能量；過電壓消失后，電容經(jīng) 、 放電，將儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量釋放，逐漸將電壓恢復(fù)到正常值。4.3.3 直流側(cè)阻容保護(hù)電路直流側(cè)也可能發(fā)生過電壓，在下圖中，當(dāng)快速熔斷器熔斷或直流快速開關(guān)切斷時(shí)，因直流側(cè)電抗器釋放儲(chǔ)能，會(huì)在整流器直流輸出端造成