電力電子課程設(shè)計--中頻電源主電路設(shè)計

1、遼寧石油化工大學(xué)課 程 設(shè) 計信控 學(xué)院 電氣工程及其機動化專業(yè)電氣1103班題 目 中頻電源主電路設(shè)計 學(xué) 生 指導(dǎo)老師 二零一一年六月課程設(shè)計任務(wù)書題 目中頻電源主電路設(shè)計學(xué)生姓名馬宗亮學(xué)號1103040311專業(yè)班級電氣1103設(shè)計內(nèi)容與要求設(shè)計數(shù)據(jù)：（1）額定中頻電源輸出功率PH=100kW，極限中頻電源輸出功率PHM=1.1PH=110kW；（2）電源額定頻率f =1kHz；（3）逆變電路效率h=95%（4）逆變電路功率因數(shù)：cosj =0.81，j =36º；（5）整流電路最小控制角amin =15º；（6）無整流變壓器，電網(wǎng)線電壓UL=380V；（7）電網(wǎng)波動

2、系數(shù)A=0.951.10。 設(shè)計要求： （1）畫出中頻感應(yīng)加熱電源主電路原理圖；（2）完成整流側(cè)電參數(shù)計算；（3）完成逆變側(cè)電參數(shù)計算。/起止時間2011 年 6 月3 日 至 2011 年 6 月9 日指導(dǎo)教師簽名年 月 日系（教研室）主任簽名年 月 日學(xué)生簽名馬宗亮 2014年6月25日目 錄1.1 課程設(shè)計的題目 （1）1.2 設(shè)計思想及內(nèi)容 （2）1.3 主電路原理圖 （6）1.4 元器件清單. （7）1.5 設(shè)計總結(jié). （8）參考文獻 （8）電力電子技術(shù)課程設(shè)計1.1 課程設(shè)計的題目1. 原始數(shù)據(jù)及資料：（1）額定中頻電源輸出功率PH=100kW，極限中頻電源輸出功率PHM=1.1P

3、H=110kW；（2）電源額定頻率f =1kHz；（3）逆變電路效率h=95%；（4）逆變電路功率因數(shù)：cosj =0.81，j =36º；（5）整流電路最小控制角amin =15º；（6）無整流變壓器，電網(wǎng)線電壓UL=380V；（7）電網(wǎng)波動系數(shù)A=0.951.10。2. 設(shè)計要求（1）畫出中頻感應(yīng)加熱電源主電路原理圖；（2）完成整流側(cè)電參數(shù)計算；（3）完成逆變側(cè)電參數(shù)計算。1.2 設(shè)計思想及內(nèi)容1.設(shè)計思想中頻電源裝置的基本工作原理，就是通過一個整流電路把工頻交流電變?yōu)橹绷麟姡?jīng)過直流電抗器最后經(jīng)逆變器變?yōu)閱蜗嘀蓄l交流電供給負載，所以中頻電源裝置實際上是交流電-直流電-

4、交流電-負載。2設(shè)計內(nèi)容：一 整流電路的設(shè)計1. 整流電路的選擇：本設(shè)計不用整流變壓器而直接由380V三相交流接入再整流為直流電源。常用的三相可控整流的電路有三相半波三相半控橋三相全控橋雙反星形等。三相全控橋整流電壓脈動小，脈動頻率高，基波頻率為300Hz，所以串入的平波電抗器電感量小，動態(tài)響應(yīng)快，系統(tǒng)調(diào)整及時，并且三相全控橋電路可以實現(xiàn)有源逆變，把能量回送電網(wǎng)或者采用觸發(fā)脈沖快速后移至逆變區(qū)，使電路瞬間進入有源逆變狀態(tài)進行過電流保護。三相全控橋式可控整流電路與三相半波電路相比，若要求輸出電壓相同，則三相橋式整流電路對晶閘管最大正反向電電壓的要求降低一半；若輸入電壓相同，則輸出電壓比三相半波可

5、控整流是高一倍。而且三相全控橋式可控整流電路在一個周期中變壓器繞組不但提高了導(dǎo)電時間，而且也無直流流過，克服了三相半波可控整流電路存在直流磁化和變壓器利用率低的缺點。從以上比較中可看到：三相橋是可控整流電路從技術(shù)性能和經(jīng)濟性能兩方面綜合指標考慮比其他可控整流電路有優(yōu)勢，故本次設(shè)計確定選擇三相橋式可控的整流電路。因為電源額定頻率f為1KHZ,所以三相橋式可控整流電路中的晶閘管選擇快速晶閘管。2. 整流側(cè)參數(shù)計算：(1)直流側(cè)最大輸出功率：Pdm=1.1=1.1×=115.79Kw(2)整流側(cè)輸出電壓：Ud=1.35UL cosa=1.35×380×cos15

6、6;=495.52V(3)整流側(cè)輸出電流：Id= =115.79× =233.67A(4)晶閘管額定電壓：UTN=(1+10%)×380××2=1182.28V(5)晶閘管額定電流：ITN=2×× =171.87A3. 整流側(cè)電路圖：三相橋式全控整流電路是三相半波共陰極組與共陽極組整流電路的串聯(lián)，在任何時刻都必須有兩個晶閘管導(dǎo)通才能形成導(dǎo)通回路，其中一個晶閘管是共陰極組，另一個晶閘管是共陽極組。六個晶閘管導(dǎo)通順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，每隔60°一個晶閘管換相。為了保證在任意時刻都必須有兩個晶閘管導(dǎo)

7、通，采用了雙脈沖觸發(fā)電路，在一個周期內(nèi)對每個晶閘管連續(xù)觸發(fā)兩次，兩次脈沖前沿的間隔為60°。電路圖如下：二 逆變電路的設(shè)計逆變電路也稱逆變器，它與整流相對應(yīng)，把直流電變成交流電，本次設(shè)計采用電流型逆變電路，主要由濾波電容、晶閘管、換相電容、換相電感組成。整流電路的輸出電壓作為逆變電路的直流側(cè)輸入電壓，且本次設(shè)計不考慮換相過程。整流之后的直流電壓相當于逆變電路的電源，經(jīng)過大電感的濾波，使得流經(jīng)電路的電流的方向不變，大小恒定。因為電感反饋無功能量時直流電流并不反向，因此不需要并聯(lián)反饋二極管。1.逆變側(cè)參數(shù)計算：(1)直流電壓：因為整流電路的輸出電壓為逆變電路的直流電壓，所以Ud=495.

8、52V(2)負載兩端基波電壓有效值：Uo=1.11 =679.05V(3)負載電流基波有效值：Io=0.9Id=210.30A(4)晶閘管額定電壓：UTN=2×Uo=2××679.05=1920.35V(5)晶閘管額定電流：ITN=2× =2× =210.522. 逆變側(cè)電路圖三 保護系統(tǒng)由于晶閘管中頻電源裝置的工作受供電電網(wǎng)及負載的影響較大，而且晶閘管元件的超載能力又較小，故要使電路可靠工作，必須要有完善的保護措施。當整流橋輸出失控或逆變橋輸出發(fā)生短路以及外界的其他因素，會使電路中的電壓和電流在極短時間內(nèi)上升到極大值，故需要設(shè)計過電壓過電流保

9、護電路。消除過電壓現(xiàn)象通?？梢圆捎米枞菸针娐?，其實質(zhì)是將引起過電壓的磁場能量變成電場能量儲存在電容器中，然后電容器通過電阻放電，把能量逐漸消耗在電阻中。1.整流側(cè)晶閘管過電壓保護：(1)RC吸收電路電容：Cs =(2.55)×10-3×IT(AV)=2.5×10-3×ITN =0.53µFCs的交流耐壓：Ucsm=1.5UTN=1773.15V(2)RC吸收電路電阻：Rs =1030(W) 電阻的功率:PR =fC(Um)2×10-6=1000×0.19×(2.45×Ud)2×10-6=279

10、.3W2.逆變側(cè)晶閘管過電壓保護：(1)RC吸收電路電容：Cs=(2.55)×10-3×ITN = 2.5×10-3×210.52=0.53mF(2)RC吸收電路電阻：Rs=1030(W)電阻的功率:PR =fC(Um)2×10-6=1000×0.29×(×Ud)2×10-6=142.1W1.3主電路原理1.4 元器件清單序號器件名稱數(shù)量備注1晶閘管6整流橋2晶閘管4逆變橋3晶閘管RC保護電容6整流橋4晶閘管RC保護電阻6整流橋5晶閘管RC保護電容4逆變橋6晶閘管RC保護電阻4逆變橋7電感48電阻1負載9

11、電容1負載1.5 設(shè)計總結(jié)通過這次的課程設(shè)計可以及時掌握和鞏固所學(xué)的基本知識，了解中頻電源的工作原理，學(xué)會分析電路和設(shè)計電路的方法和步驟，同時培養(yǎng)我們一定的制圖能力。PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計者的首選軟件，使用它來進行電路圖的繪制既方便又美觀準確。另外，還使用了公式編輯器?？傊?，獲益良多。在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時滿富盛激情到最后汗水背后的復(fù)雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過實習(xí)，我才真

12、正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識到老一輩電子設(shè)計為我們的社會付出。我想說，設(shè)計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學(xué)習(xí)中，很少有機會能有實踐的機會，但我們可以，而且設(shè)計也是一個團隊的任務(wù)，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學(xué)里一年的相處還趕不上這十來天的合作，我感覺我和同學(xué)們之間的距離更加近了；我想說，確實很累，但當我們看到自己所做的成果時，心中也不免產(chǎn)生興奮； 正所謂“三百六十行，行行出狀元”。我們同樣可以為社會作出我們應(yīng)該做的一切，這有什么不好？我們不斷的反問自己。也許有人不喜歡這類的工作，也許有人認為設(shè)計的工作有些枯燥，但我們認為無論干什么，只要人生活的有意義就可。社會需要我們，我們也可以為社會而工作。既然如此，那還有什么必要失落呢？于是我們決定沿著自己的路，執(zhí)著的走下去。 同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié)協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導(dǎo)致導(dǎo)致整項工作的失敗。實習(xí)中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須