8电力电子技术课程设计

1目录目录……………………………………………………………………………………1课程设计任务书………………………………………………………………………2一、设计课题……………………………………………………………………2二、设计目的……………………………………………………………………2三、技术数据……………………………………………………………………2四、设计任务……………………………………………………………………2五、设计说明书格式……………………………………………………………3六、应完成的技术资料…………………………………………………………3七、参考资料……………………………………………………………………4八、设计人员……………………………………………………………………4第一章元器件及电路选择…………………………………………………………5一、主电路形式选择……………………………………………………………5二、整流变压器的选择…………………………………………………………6三、晶闸管的选择………………………………………………………………9四、触发电路选择………………………………………………………………10五、平波电抗器选择……………………………………………………………11六、保护电路设计和参数计算…………………………………………………13七、散热系统的选择……………………………………………………………17第二章工作原理及主电路图…………………………………………………………17一、工作原理分析………………………………………………………………17二、主电路及波形图……………………………………………………………201.主电路图……………………………………………………………………202.波形图………………………………………………………………………213.谐波分析……………………………………………………………………22第三章心得体会………………………………………………………………………232电力电子技术课程设计任务书一、设计课题晶闸管整流主电路工程设计二、设计目的1、熟悉巩固所学的理论知识与实践技能。2、学习掌握工程初步设计的基本技能。3、培养学生查阅技术资料的能力，培养学生综合运用所学理论知识和实践知识独立完成课题的工作能力。三、技术数据参数1：某造纸机总轴传动用直流调速系统中，由整流电路供电给ZZK-32型快速无补偿直流电动机，其额定参数：PN=30kw，UN=230V，IN=136A，nN=1460r/min，磁极对数p=2。电网电压380V，若电网电压波动系数为0.95。参数2：某矿井提升机用直流电流机，Z4-355-32，PN=320kw，额定电压UN=400V，额定电流IN=877A，额定转速nN=540r/min。，弱磁转速1600r/min，励磁功率6kw，电枢回路电阻0…02153Ω，电感0.7mH，变压器初级电压6000V，若电网电压波动系数为0.95。提示：设计电路参考教材P74图。（大功率整流电路设计）参数3：某工厂车间刨床现改进为晶闸管整流器供电直流电动机拖动系统，主电动机额定功率PN=60kw，额定电压UN=220V，额定电流IN=305A，额定转速1000r/min。变压器初级电压380V，若电网电压波动系数为0.95。参数4：某晶闸管中频加热电源，电源电压380V，额定功率250kw，电源频率50HZ，输出中频频率1000HZ，工作1600°C。控制方式采用交流—直流——交流并联逆变器。对主电路器件的器件参数设计。提示：整流电路自选，逆变电路参考教材P141图。四、设计任务1.主电路形式选择；2.整流变压器的额定参数选择；3.晶闸管选择；4.触发电路选择35.平波电抗器选择；6.保护电路设计和参数计算；7.散热系统选择(不作计算,仅给予说明即可)；五、设计说明书格式（目录）1、设计任务书2、选定主电路方案的确定3、主电路设计，各主要元器件的选择4、驱动电路设计5、保护电路的设计，各主要元器件的选择6、电路的原理分析（要求文字加波形）7、参考文献附：参数4：设计说明编写目录：课题：晶闸管中频加热电源主电路工程设计1、设计任务书2、查资料中频感应加热电源基本原理及其工业应用3、电路方案设计4、各部分电路原理分析5、晶闸整流主电路参数的计算6、逆变电路参数计算（1）逆变晶闸管选择同整流（2）换流时间、/dVTItdidt、(23)qtt计算（3）负载补偿电容器(tantan)LHLQQQPQL—负载感应器功率因素角正切值，工业热处理cos0.060.5LQH—满足换流所需无功容量对应功率因素角正切值，cos0.70.85Hcos0.060.5L7、保护器件的选择8、参考文献六、应完成的技术资料41．设计计算说明书一份（含任务书，指导教师评阅页，目录(章节)，正文,参考文献）；2．绘制设计主电路原理要求：①书写或打印一律采用宋体，纸张A4，单面打印，，上2.5cm，下2.5cm，左2.5cm，右1.5cm。②计算公式先写字母再代数据后，直接写出计算结果。③坚持独立思考，利用所学理论及实践知识完成设计内容，严禁抄袭他人。④小组同学责任明确，相互协作。七、设计时间及进度安排第1天：教师讲课、准备资料；第2天：内容第1、2项；第3天：内容第3、4项；第4天：内容第5、6项；第5天：检查整理、绘制主电路图。八、参考资料1.吕如良等编.电工手册.上海科学技术出版社.2.刘峰主编.电力电子技术.大连理工大学出版社.3.天津电气传动设计研究所编著.电气传动自动化手册.机械工业出版社.4.孙树朴.电力电子技术.中国矿业大学出版社.5、王兆安主编.电力电子技术.机械工业出版社.6、莫正康主编.半导体变流技术.机械工业出版社7、张华主编.电类专业毕业设计指导.机械工业出版社设计人员:戴义杰,陈明杰,董健,关帆帆,王俊5第一章元器件及电路选择一、主电路形式选择整流电路包括单向半波、单向全波、单向桥式、三相半波、三相桥式等。单相可控整流电路因其具有电路简单、投资少和制造、调试、维修方便等优点，但输出直流电压脉动大，脉动频率低，当容量较大时易造成三相电网不平衡，一般4Kw一下容量的可控整流装置应用较多。当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小时，应采用三相整流电路。由于三相桥式全控整流电路具有变压器利用大，输出同样的整流功率，变压器计算容量小，因而变压器最经济。本设计由于负载容量较大，故选用三相桥式全控整流电路。为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管KP1和KP4接a相，晶闸管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相。晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴极组，而晶闸管KP2、KP4、KP6组成共阳极组。图1是电路接线图。6BKP1KP3KP5KP4KP6KP2Rabcu2图1三相桥式全控整流电路二、整流变压器的选择1、整流变压器作用：在整流电路装置中满足负载要求的交流电压往往与电网电压不一致，为降低或减少晶闸管交流装置对电网和其他用电设备的干扰，设置变压器将晶闸管装置与电网隔离。2、连接组别：采用/11Y。为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形避免3次谐波电流流入电网。因此采用/11Y接法。3、选择原则：整流变压器一次侧电压是电网电压，而整流变压器参数的计算是根据负载的要求计算二次侧的相电压Ｕ2，相电流I2.一次侧容量S1,二次侧容量S2。4、参数的计算：a本次设计以具有大电感的直流电动机负载参数取值。22.34doUAUdAdoUBU(1、带续流二极管２、不带续流二极管)70.5C2110.816dIKI1120.816dKIKI23m13m121SS21.05dSS11.05dSS1.05dSPb二次侧电压2U（１）、2U值的大小首先要保证满足负载所要求的最大平均dU（２）、导通时晶闸管并非理想的开关器件，有一定的管压降。用vTU表示。（３）、变压器漏抗的存在导致晶闸管整流装置在换相过程中产生换相压降ΔＵx表示（４）、当晶闸管整流装置对直流电动机供电时，为改善电动机的性能，保证流过电动机的电流连续平滑，串接足够大的平波电抗器。平波电抗器具有一定的直流电阻，所以电流流过该电阻时会产生一定的压降，用时还需要考虑电动机电枢电阻的压降用ＵP表示。考虑到以上几点，在选择变压器二次侧电压值时，应当取比较理想情况下满足负载要求的Ｕd要求的Ｕ2稍大的值。理想情况下其输出直流电压dU与变压器次级相电压U2之间的关系可用下式表示：22.34cosdUU在实际运行中，整流变压器输出平均电压还受下列因数影响：电源电压波动：若电源电压允许波动范围为+5%～-10%，令ε为电网电压波动系数，且ε为ε=0.95。根据推导得变压器二次侧相电压2U的精确表达式为:82cumin20%2.34cos2.34cos10022020.80.5552.340.95cos251.51.17100116.13VdsTkgxgUnUUUupKKKS实际可取2110VU。变压器变比12213803.45110UIKUIdU为负载电动机的额定电机的额定电压。c计算1I,2I,1S,2S,S。忽略变压器激磁电流的情况下，根据变压器的磁势平衡方程写出一次侧和二次侧电流的关系式为：1122ININ22121NIIINkAAIIINd111136816.0816.0816.02AKII3445.311105.105.121kVAIUS63.3611111033222kVAIUS76.383438033111kVASSS70.3763.3676.38212121(1I,2I为一次二次电流；1N，2N为变压器一次侧二次侧绕组的匝数，k为变压器的变比；11k,12k分别为电流的波形系数；1m,2m为变压器一次侧，二次侧绕组的相数。)9三、晶闸管选择晶闸管是一种既有开关作用又具有整流作用的大功率半导体器件。它具有体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维护简单、操作方便和寿命长等特点。有时操作不当会造成晶闸管损坏，因此选择合适的晶闸管参数非常必要。晶闸管参数的计算：（1）晶闸管的电压定额TNU。晶闸管正、反向重复峰值电压为26U，即26269.44VmUU取VVUUmTN3.808~8.5383~2'取800V。（2）晶闸管通态平均电流TaI。晶闸管通过电流有效值为AIIINdVT5.78313633晶闸管通态平均电流TaI应取为AAIIVTTa1.100~7557.12~5.1取100A。所以选择晶闸管型号为KP100-8。10四、触发电路的选择为了保证电路合闸后能工作或在电流断续后继续工作，电路必须有两个晶闸管同时导通。对将要导通的晶闸管施加触发脉冲，有以下两种方法可供选择。1.单宽脉冲触发。2.双窄脉冲触发。双窄脉冲的作用同单宽脉冲的作用是一样的。二者都是每隔60度按1至6的顺序输送触发脉冲，还可以在触发一只晶闸管的同时触发另一只晶闸管导通。双窄脉冲虽复杂，但脉冲变压器铁心体积小、触发装置的输出功率小，所以被广泛采用。该电路需要三个互差1200，且与主电路三个相电压UU、VU、WU同相的三个同步电压，因此需要设计一个三相同步变压器。但考虑到同步变压器功率很小，一般每相不超过1W。这样小的变压器很难买到，可用三个单相变压器接成三相变压器组来代替，并接成/Y-11，即可获得与主电路二次侧相电压同步的三个电压saU、sbU、scU。按电路要求，同步电压取30V，因一次侧直接与电网相接，每相绕组电压为380V，考虑制造方便，功率的裕量留大一些。这里选用三相全控桥整流电路的集成六脉冲触发器实用电路，如图所示：11五、平波电抗器选择在使用晶闸管整流装置供电时，供电电压和电流中含有各种谐波成分。当控制角