电力电子课程设计可调直流稳压电源

电力电子课程设计设计课题：开关稳压电源系部：自动控制系专业：生产过程自动化班级：学生姓名：学号：指导教师：2016年12月19日1目录一、设计目的....................................................2二、设计任务及要求.............................................................................................22.1设计任务............................................................22.2设计要求............................................................2三、主要技术参数.................................................................................................23.1整流变压器的选择...........................................................................................23.2晶闸管的选择........................................................33.3平波电抗器的选择....................................................4四、设计内容.........................................................................................................54.1主电路的设计........................................................54.2主电路原理说明......................................................54.3保护电路的设计......................................................94.3.1晶闸管的保护电路.........................................................94.3.2交流侧保护电路..........................................................104.3.3直流侧阻容保护电路......................................................11五、设计体会.......................................................................................................11附录.........................................................................................................................12电路图...............................................................................................................12波形图...............................................................................................................13河南工学院电力电子课程设计2一、设计目的1、把从电力电子技术及其它先修课程（电工基础、电子技术、电机学等）中所学到的理论和实践知识，在课程设计实践中全面综合的加以运用，使这些知识得到巩固、提高，并使理论知识与实践技能密切结合起来。2、初步树立起正确的设计思想，掌握一般电力电子电路设计的基本方法和技能，培养观察、分析和解决问题及独立设计的能力，训练设计构思和创新能力。3、培养具有查阅参考文献和技术资料的能力，能熟悉或较熟悉地应用相关手册、图表、国家标准，为今后成为一名合格的电气工程技术人员进行必须的基本技能和基本素质训练。二、设计任务及要求2.1设计任务设计主电路及电气控制电路，主电路为三相桥式全控整流电路；2.2设计要求装置输入电源为三相UL=380V工频交流电源，输入电压为220VAC，输出直流电压的变化范围为0～24V。绘制装置总体电路原理图，绘制电路所有点电压、电流及元器件(晶闸管等)两端电压波形（汇总绘制，注意对应关系）；三、主要技术参数3.1整流变压器的选择由系统要求可知，整流变压器一、二次线电压分别为380V和220V，由变压器为Y接法可知变压器二次侧相电压为：河南工学院电力电子课程设计3VVU12732202（公式1）变比为：0.312738021UUK（公式2﹚变压器一次和二次侧的相电流计算公式为：KIKIdI11﹙公式3﹚dIIKI22﹙公式4﹚而在三相桥式全控中816.03221IIKK﹙公式5﹚AId305﹙公式6﹚所以变压器的容量分别如下：变压器次级容量为：2213IUS﹙公式7﹚变压器初级容量为：1123IUS﹙公式8﹚变压器容量为：221SSS﹙公式9﹚即：kWS46989.920.3816.03053803305816.01273变压器参数归纳如下：初级绕组三角形接法VU3801，AI96.821；次级绕组星形接法，VU1272，AI88.2482；容量选择为9.46989kW。3.2晶闸管的选择⑴晶闸管的额定电压河南工学院电力电子课程设计4由三相全控桥式整流电路的波形分析知，晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值26FMRMUUU﹙公式10﹚故桥臂的工作电压幅值为：VUm1.3111276﹙公式11﹚考虑裕量，则额定电压为：VUUmN3.933~2.6221.3113~23~2﹙公式12﹚⑵晶闸管的额定电流晶闸管电流的有效值为：AIIdVT4.34636003max﹙公式13﹚考虑裕量，故晶闸管的额定电流为：AIIVTAVVT30.441~97.33057.14.3462~5.157.12~5.1)(﹙公式14﹚3.3平波电抗器的选择为了限制输出电流脉动和保证最小负载电流时电流连续，整流器电路中常要串联平波电抗器。对于三相桥式全控整流电路带电动机负载系统，有：min2693.0dIUL﹙公式15﹚其中，（单位为mH）中包括整流变压器的漏电感、电枢电感和平波电抗器的电感。由题目要求：当负载电流降至20A时电流仍连续。所以mindI取20A。所以有：mHUL40.420127693.020693.02﹙公式16﹚河南工学院电力电子课程设计5四、设计内容4.1主电路的设计其原理图如图所示习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。4.2主电路原理说明整流电路的负载为带反电动势的阻感负载。假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角α=0o时的情况。此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。此时电路工作波形如下图所示。河南工学院电力电子课程设计6α=0o时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析ud的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压ud1为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压ud=ud1－ud2是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的最大（正得最多）的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小（负得最多）的相电压，输出整流电压ud为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压ud波形为线电压在正半周的包络线。由于负载端接得有电感且电感的阻值趋于无穷大，电感对电流变化有抗拒作用。流过电感器件的电流变化时，在其两端产生感应电动势Li，它的极性事阻止电流变化的。当电流增加时，它的极性阻止电流增加，当电流减小时，它的极性反过来阻止电流减小。电感的这种作用使得电流波形变得平直，电感无穷大时趋于一条平直的直线。河南工学院电力电子课程设计7为了说明各晶闸管的工作的情况，将波形中的一个周期等分为6段，每段为60o，如下图所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如表所示。由该表可见，6个晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。三相桥式全控整流电路电阻负载α=0o时晶闸管工作情况下图给出了α=30o时的波形。从ωt1角开始把一个周期等分为6段，每段为60o与α＝0o时的情况相比，一周期中ud波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表1的规律。区别在于，晶闸管起始导通时刻推迟了30o,组成ud的每一段线电压因此推迟30o，ud平均值降低。晶闸管电压波形也相应发生变化如图所示。图中同时给出了变压器二次侧a相电流ia的波形，该波形的特点是，在VT1处于通态的120o期间，ia为正，由于大电感的作用，ia波形的形状近似为一条直线，在VT4处于通态的120o期间，ia波形的形状也近似为一条直线，但为负值。时段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb河南工学院电力电子课程设计8由以上分析可见，当α≤60o时，ud波形均连续，对于带大电感的反电动势，id波形由于电感的作用为一条平滑的直线并且也连续。当α＞60o时，如α＝90o时电阻负载情况下的工作波形如下图所示，ud平均值继续降低，由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，使得ud的值出现负值，当电感足够大时，ud中正负面积基本相等，ud平均值近似为零。这说明带阻感的反电动势的三相桥式全控整流电路的α角的移相范围为90度。河南工学院电力电子课程设计94.3保护电路的设计为了保护设备安全，必须设置保护电路。保护电路包括过电流与过电流保护，大致可以分为两种情况：一种是在适当的地方安装保护器件，例如R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器等；另一种则是采用电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于