电力电子课程设计

发布 2022-10-03 16:51:28 阅读 4238

第一章三相全控桥式整流电路设计方案。

单相可控电路与三相可控电路相比,有结构简单,输出脉动大,脉动频率低的特点,其不适于容量要求高的情况,而三相可控整流电路有与之基本相反的特点,对于相当于反电动势负载的电动机来说,它能满足其电流容量较大,电流脉动小且连续不断的要求。三相桥式整流电压的脉动频率比三相半波高一倍,因而所需平波电抗器的电感量也减小约一半。三相半波虽具有接线简单的特点,但由于其只采用三个晶闸管,所以晶闸管承受的反向峰值电压较高,并且电流是单方向的,存在直流磁化问题。

三相全控桥式整流电路系统通过变压器与电网连接,经过变压器的耦合,晶闸管主电路得到一个合适的输入电压,使晶闸管在较大的功率因数下运行。变流主电路和电网之间用变压器隔离,还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分。采用锯齿波同步kj004集成触发电路,利用一个同步变压器对触发电路定相,保证触发电路和主电路频率一致,触发晶闸管,使三相全控桥将交流整流成直流,带动直流电动机运转,工作在电动状态。

总体框图1如图所示。整个设计主要分为主电路、触发电路、同步电路三个部分。当接通电源时,三相全控桥式整流电路主电路通电,同时通过同步电路连接的集成触发电路也通电工作,形成触发脉冲,使主电路中晶闸管触发导通工作,经过整流后的直流电通给直流电动机,使之工作。

第二章三相全控桥式整流电路设计。

如图2所示,三相全控桥式整流电路是通过六个晶闸管和足够大的电感把电网的交流电转化为直流电而供给电机使用的,它可以通过调节触发电路的控制电压uco改变晶闸管的控制角α,从而改变输出电压ud和输出电流id来对电动机进行控制。整流电路在接入电网时由于变压器一次侧电压为380v,大于电动机的额定电压,所以选用降压变压器,为得到零线,变压器二次侧必须接成星型,而一次侧接成三角形,这样可以避免三次谐波电流流入电网,减少对电源的干扰。

图3为三相桥式整流电路在а=0时直流电动机串平波电抗器负载时的电压电流波形。电路要求6块触发电路先后向各自所控制的6只晶闸管的门极在自然换向点送出触发脉冲,即共阴极组在三相电源相电压正半波的交点处向vt1、vt3、vt5输出触发脉冲;而共阳极三相电源相电压负半波的交点处向vt2、vt4、vt6输出触发脉冲;阴极组输出直流电压ud2为三相电源相电压负半波的包络线。三相全控桥式整流电路输出整流电压ud=ud1-ud2,为三相电源6个线电压正半波的包络线。

各线电压正半波的交点1~6就是三相全控桥电路6只晶闸管vt1~vt6的α=0的点。

由上述可知,三相全控桥输出电压ud是由三相电压6个线电压uab、uac、ubc、uba、uca和ucb的轮流输出组成的。各线电压正半波的交点1~6分别为vt1~vt6的α=0点。因此分析三相全控整流电路不同ud波形时,只要用线电压波形图直接分析画波形即可。

1)变压器次级相电压的分析计算。

整流器主电路有多种接线形式,本例中为型接法。在理想情况下,输出直流电压与变压器次级相电压有以下关系。

其中为与主电路接线形式有关的常数;为以控制角为变量的函数。

在实际运行中,整流器输出的平均电压还受其它因素的影响,主要为:

电网电压的波动。一般的电力系统,电网电压的波动允许范围在,令为电压波动系数,则的变化范围为。通常取电源电压为最低值时恰好满足负载要求,并作为选择的依据,设计中常取。

整流元件(晶闸管)的正向压降。在前面对整流电路的分析中,没有考虑整流元件的正向压降对输出电压的影响。实际上整流元件(晶闸管)为非线性元件,导通时两端的门槛电压(一般为)使输出平均电压下降。

若整流回路中串联整流元件数为,产生电压降为。

直流回路的杂散电阻。滞留回路中,接线端子、引线、熔断器、电抗器等都具有电阻,统称杂散电阻。设备工作时会产生附加电压降,记为。在额定工作条件下,一般取额定电压的。

交流电源系统电抗引起的换相过程电压损失。在计算中,可用整流变压器漏抗近似表示电源系统的电抗。对三相桥式电路而言,

考虑上述所有因素,整流电路的直流输出电压应为。

将有关各量代入并整理后可得次级相电压有效值的计算公式为。

当不需要精确计算时,可以简化为。

由波形图3,图4也可以得出:当电压波形连续时()

当电压波形断续时()有。

综合可以得。

得,а=0,代入数据可得。

故可取。2) 变压器次级相电流有效值的计算。

变压器次级相电流有效值与其直流负载电流的关系为。

式中,为次级电流变换系数,这里。

所以。3) 变压器初级相电流有效值的计算。

整流变压器的初、次级电流都是非正弦波,两者的关系受变流器接线方式的影响。对于桥式电路初、次级相电流波形相同,其有效值之比等于变压器的匝数比。一般取,则。

式中为时网侧电流变换系数。即。

所以 4) 变压器容量的计算。

对于三相全控桥,变压器次级容量为

初级容量为

变压器容量为

即: 整流变压器参数归纳如下:

初级绕组三角形接法,,;次级绕组星形接法,,;等值容量。

1) 晶闸管的额定电压。

由三相全控桥式整流电路的结果分析知,晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值

故桥臂的工作电压幅值为。

考虑裕量,则额定电压为。

2) 晶闸管的额定电流。

晶闸管电流的有效值为。

考虑裕量,故晶闸管的额定电流为。

2.3.3平波电抗器的电参数。

为了限制输出电流脉动和保证最小负载电流时电流连续,整流器转库电路中常要串联平波电抗器。对于三相半控桥式整流电路带电动机负载系统,有。

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;一般取电动机额定电流的。

本例中,取,即。

控制晶闸管的导通时间需要触发脉冲,设计利用kj004构成的集成触发器实现产生同步信号为锯齿波的触发电路。

kj004可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中,作可控硅的双路脉冲移相触发。而且,kj004器件输出两路相差180度的移相脉冲,可以方便地构成全控桥式触发器线路。此外,kj004电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低,有脉冲列调制输出端等功能与特点。

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