電力電子課程設(shè)計chuban

220V題目：小功率晶閘管整流電路設(shè)計設(shè)計技術(shù)數(shù)據(jù)及要求：1、380V交流供電電源；2、電路輸出的直流電壓和電流的技術(shù)指標(biāo)滿足系統(tǒng)要求。謝謝閱讀3、電路應(yīng)具有一定的穩(wěn)壓功能，同時還具有較高的防治過電壓和過電流的抗干擾能力。感謝閱讀觸發(fā)電路輸出滿足系統(tǒng)要求。4、負載為他勵直流電動機，型號為Z371，電機參數(shù)為：謝謝閱讀型號 額定功率 額定電壓 額定電流 額定轉(zhuǎn)速 電樞回路電感感謝閱讀Z37117kw220V89.8A1500r/min11.51H一、 總體方案論證及選擇1、對電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)要求①輸出一定的直流電壓和電流。②輸出電壓的脈動指標(biāo)在允許X圍內(nèi)。③具有自動穩(wěn)壓功能和一定的穩(wěn)壓精度。④對調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)有靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)和動態(tài)技術(shù)指標(biāo)的要求。2、直流電動機選擇根據(jù)被控對象的特點和技術(shù)要求，綜合設(shè)計題目給出的參數(shù)，故選用直流他勵電動機。精品文檔放心下載3、主電路的選擇一般說來，對于晶閘管整流裝置在整流器功率很小時(4kw以下)，用單相整流電路，功率較大時用三相整流電路。由于本設(shè)計方案的負載直流電機的額定功率為17kw遠大4kw，故選擇三相整流電路。謝謝閱讀方案一：三相零式整流電路優(yōu)點：三相整流電路中，三相零式電路突出的優(yōu)點是電路簡單，用的晶閘管少，觸發(fā)器也少，對需要220V電壓的用電設(shè)備直接用380V電網(wǎng)供電，而不需要另設(shè)整流變壓器。謝謝閱讀缺點：要求晶閘管耐壓高，整流輸出電壓脈動大，需要平波電抗器容量大，電源變壓器二次電流中有直流分量，增加了發(fā)熱和損耗。因零線流過負載電流，在零線截面小時壓降大，往往需要從變壓器單獨敷設(shè)零線。謝謝閱讀方案二：三相橋式整流電路優(yōu)點：在輸出整流電壓相同時，電源相電壓可較零式整流電路小一半，因此顯著減輕了變壓器和晶閘管的耐壓要求。變壓器二次繞組電流中沒有直流分量。輸出整流電壓脈動小，所以平波電抗器容量就可小一些。精品文檔放心下載缺點：整流器件用得多，全控橋需要六個觸發(fā)電路，需要 電壓的設(shè)備也不能用謝謝閱讀380V電網(wǎng)直接供電，而要用整流變壓器。綜合比較可知，應(yīng)用本此設(shè)計的電路應(yīng)選擇為三相橋式整流電路作為整流電路。精品文檔放心下載1/74、觸發(fā)電路的選擇晶閘管的門極電壓又叫觸發(fā)電壓，產(chǎn)生觸發(fā)信號的電路叫觸發(fā)電路。觸發(fā)電路性能的好壞，直接影響到系統(tǒng)工作的可靠性。因此觸發(fā)電路必須保證迅速、準(zhǔn)確、可靠地送出脈沖。為達到這個目的，正確選用或設(shè)計觸發(fā)電路是非常重要的，一個觸發(fā)電路性能的優(yōu)劣常用下列幾點來衡量：感謝閱讀1．觸發(fā)脈沖必須保持與主電路的交流電源同步，以保證每個周期都在相同的延遲角處觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管。感謝閱讀2．觸發(fā)脈沖應(yīng)能在一定的X圍內(nèi)移相。對于不同的主電路要求的移相X圍也不同。例如對于三相半波電路、電阻性負載，要求的移相X圍為0°～150°；大電感負載(電流連續(xù))，只要求整流，則移相X圍為精品文檔放心下載0°～90°；如既要求整流又要逆變，則為30°～150°；三相全控橋式電路，電阻負載時為0°～120°，既要整流又要逆變時，其移相X圍為30°～150°，為保證逆變可靠，對最小逆變角min應(yīng)加以限制；三相半控橋式電路，移相X圍為0°～180°。精品文檔放心下載3．觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的功率（電壓與電流）。為使所有合格的器件在各種可能的工作條件下都能可靠觸發(fā)，觸發(fā)電路送出的觸發(fā)電壓和電流，必須大于器件門極規(guī)定的觸發(fā)電壓UGT與觸發(fā)電流IGT。例如KP50就要求觸發(fā)電壓不小于3.5V，電流不小于l00mA；KP200則要求觸發(fā)電壓不小于4V，電流不小于200mA。故觸發(fā)電壓在4V以上、1OV以下為宜，這樣就能保證任何一個合格的器件換上去都能正常工作。在觸發(fā)信號為脈沖形式時，只要觸發(fā)功率不超過規(guī)定值，觸發(fā)電壓、電流的幅值在短時間內(nèi)可大大超過額定值。精品文檔放心下載4．不該觸發(fā)時，觸發(fā)電路的漏電壓應(yīng)小于0.15～0.2V，以防誤觸發(fā)。精品文檔放心下載5．觸發(fā)脈沖的上升前沿要陡。否則，因溫度、電源電壓等因素變化時將造成晶閘管的觸發(fā)時間不準(zhǔn)確。設(shè)脈沖的幅值為Um，脈沖前沿是指由0.1Um上升到0.9Um所需要的時間，一般要在10μs以內(nèi)為宜。精品文檔放心下載6．觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度。一般晶閘管的開通時間為6μs左右，故觸發(fā)脈沖的寬度至少應(yīng)在6μs以上，最好應(yīng)有20～50μs。對于電感負載，觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)加大，否則在脈沖終止時主電路電流還上升不到晶閘管的擎住電流，則晶閘管又重新關(guān)斷。精品文檔放心下載5、保護電路的設(shè)置晶閘管有許多優(yōu)點，但是它承受過電壓和過電流的能力很差，短時間過壓過流就會使器件損壞。晶閘管能承受電壓和電流上升率是有一定限制的，當(dāng)電流上升率過大時，會使器件局部燒穿而損壞。當(dāng)電壓上升率太大時，又會導(dǎo)致晶閘管誤導(dǎo)通，使運行不正常。除了合理選擇晶閘管外，還必須針對過電壓和過電流采取恰當(dāng)?shù)谋Ｗo措施。感謝閱讀二、 主電路設(shè)計1、系統(tǒng)框圖變阻容三相全穩(wěn)壓負載控橋整壓保護電路電器流機圖1系統(tǒng)框圖2/72、主電路圖圖2主電路圖三、 單元電路的設(shè)計1、整流變壓器額定參數(shù)計算①變壓器二次側(cè)相電壓U的計算2由指導(dǎo)書中第13頁給出的計算過程可知：U(1~1.2)U/AB2d經(jīng)查表：A2.34,0.9,Bcoscos100.985，U220Vd帶入計算得：U106V~126V，取U106V22②二次側(cè)相電流I和一次側(cè)相電流I的計算21首先求變比KKU1U3803.271162由表21可知：KK0.8161112帶入計算得：I1.05KIK23.5AIKI73.3A111d212d③變壓器容量計算：mm312SmUI338023.526.79KVA1111311673.325.5KVASmUI2222(SS)/226.14KVA精品文檔放心下載12、整流元件的選擇①晶閘管額定電壓：U(2~3)U710V系數(shù)取為2.5TNTM3/7②晶閘管的額定電流I(1.5~2)KIT(AV)d由表24可知：K0.367計算得：I20.36789.865AT(AV)因此，選用晶閘管型號為KP100103、電抗器參數(shù)計算為了使直流負載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器Ld，稱平波電抗器。其主要參數(shù)有流過電抗器的電流，一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計算主要是電感量的計算。感謝閱讀（1）使輸出電流連續(xù)的臨界電感量L1LKU/I,U116V112dmin2查表2-7可得：K1=0.695K0.6951計算得：I10%I8.98AdmindL8.9mH（2）限制輸出電流脈動的電感量L12LK*U/SiI,U116V,I89.8A222d2d查表2-7可得：K1.045,Si10%2L2=13.50mHL13.50mH計算得：2（3）電動機電感量LD和變壓器漏電感量LTLKUD2pnI*1.0103DDD由所給負載參數(shù)：U220V,I89.8A,n1500r/min,p2取K10DDDL4.08mH帶入計算得：DLK*U*U/100I,U116V,I89.8ATTah2D2D查表得：K3.9,U5VTah帶入計算得：L0.25mHT（4）實際串入電抗器電感量LL(LNL)4.32mHD11DTLL(LNL)8.92mHD22DTLD1 D2故選用8.92mH作為串入半波電抗器的電感值。4、晶閘管保護環(huán)節(jié)的設(shè)計與計算（1）過電壓保護：以過電壓保護部位來分，有交流側(cè)過電壓保護、直流側(cè)過電壓保護和器件兩端的過電壓保護三種。謝謝閱讀4/7（?。┙涣鱾?cè)過電壓保護措施采用組容保護。即在變壓器二次并聯(lián)電阻R和電容C進行保護，接線方式為三相變壓器二次側(cè)Y聯(lián)結(jié)，阻容保護Y聯(lián)結(jié)。如圖4所示。感謝閱讀圖3組容保護參數(shù)計算：由于S26.14KVA對于Im變壓器勵磁電流百分?jǐn)?shù)，10~100KV·A變壓器對應(yīng)I10~4A所以取I10A,U220Vemem210~100KVA變壓器對應(yīng)的U5~10V，這里取U5VahahC6I*S/U232.40Fem2電容C耐壓1.5U466Vu2u2220V311VmmdU2U3.981K2ahem取R5K2fU1.01062.92A感謝閱讀c c c(3~4)I2184.8kwR R（ⅱ）直流側(cè)過電壓保護措施直流側(cè)保護可采用與交流側(cè)保護相同的方法，可采用阻容保護和壓敏電阻保護。但采用阻容保護易影響系統(tǒng)的快速性，并且會造成di/dt加大。因此，一般不采用阻容保護，而只用壓敏電阻作過電壓保護，如下圖4所示。精品文檔放心下載圖4直流側(cè)過電壓保護電路圖壓敏電阻的標(biāo)稱電壓U ，一般用下面公式計算，即：1mA(1.8~2)U1mA

DC由于U

220V

，則U

2220V

440VDC

1mA故選用MY31-440/5（ⅲ）晶閘管兩端過電壓保護措施5/7由于晶閘管型號為KP100-5，則采用的在晶閘管兩端并聯(lián)組容保護。由經(jīng)驗數(shù)據(jù)得感謝閱讀0.25F,R20,線路圖如上圖右所示。謝謝閱讀（2）過電流保護快速熔斷器簡稱快熔，其斷流時間短，保護性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護措施。感謝閱讀快速熔斷器可以安裝在直流側(cè)、交流側(cè)和直接與晶閘管串聯(lián)。電路圖如下。精品文檔放心下載II/351.8ATdI65A,1.57I102AT(AV)T(AV)51.8IFU102A圖5過電流保護電路圖四、 觸發(fā)電路選擇與設(shè)計觸發(fā)電路選擇KJ004電路，它的原理與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似，也分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。由1個KJ004構(gòu)成的觸發(fā)單元可輸出2個相位間隔180°的觸發(fā)脈沖。只需用3個KJ004集成塊和1個KJ041集成塊,即可形成六路雙脈沖,再由六個晶體管進行脈沖放大,即構(gòu)成完整的三相全控橋觸發(fā)電路,如圖2-17所示。感謝閱讀其中，KJ041內(nèi)部實際是由12個二極管構(gòu)成的6個或門，其作用是將6路單脈沖輸入轉(zhuǎn)換為6路雙脈沖輸出。也有廠家生產(chǎn)了將圖2-17全部電路集成的集成塊，但目前應(yīng)用還不多。感謝閱讀以上觸發(fā)電路均為模擬量的，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、可靠，但缺點是易受電網(wǎng)電壓影響，觸發(fā)脈沖的不對稱度較高，可達3°～4°，精度低。在對精度要求高的大容量變流裝置中，越來越多地采用了數(shù)字觸發(fā)電路，可獲得很好的觸發(fā)脈沖對稱度。精品文檔放心下載觸發(fā)電路圖見附頁1。五、 系統(tǒng)電氣原理總圖系統(tǒng)電氣原理總圖見附頁2。6/7六、 參考資料1．《電力電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書》，王世榮等編 2008.12謝謝閱讀2．《電力電子技術(shù)》，機械工業(yè)，王兆安編 2006.2感謝閱讀3．《半導(dǎo)體變流技術(shù)》，機械工業(yè) 黃俊編 1980年謝謝閱讀4．《電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)計指導(dǎo)》，石玉、栗書賢、王文郁編，機械工業(yè)謝謝閱讀5．《電力電子技術(shù)》，林輝、王輝主編，XX理工大學(xué)6．《電力電子技術(shù)》，蘇玉剛、陳渝光主編，XX大學(xué)7．《電力電子技術(shù)》，浣喜明、姚為正編著，高等教育8．《電力電子技術(shù)》，石新春、楊京燕等編，中國電力9．《電力電子技術(shù)實踐教程》，潘孟春、胡媛媛主編，國防科技大學(xué)謝謝閱讀七、 設(shè)計總結(jié)通過本課程設(shè)計，我受益匪淺。熟悉和掌握可控整流電路的基本工作原理及參數(shù)計算方法。掌握晶閘管在相關(guān)電路中的工作特點，并能根