电力电子课程设计

《电力电子设计技术报告》

题目：中频加热电源主电路的设计

学院：电子工程学院。

专业：自动化。

班级： 1004班。

姓名陈红玲。

学号： 201005080826

指导教师。2024年 5月 1日。

电力电子技术》

课程设计任务书。

1．课程设计目的1

2．课程设计题目描述和要求1

2.1. 课程设计题目描述1

2.2. 课程设计题目要求及技术指标2

3.课程设计报告内容3

3.1 设计方案的选定与说明3

3.2论述方案的各部分工作原理及计算4

3.3设计方案图表及其电路图6

4．总结95．参考书目10

一．中频加热电源主电路的设计要求。

原始数据及主要技术指标：

1）电源输出功率：ph=100kw;

2）额定频率：f=1khz;

3）逆变电路功率因数：cosφ=0.866, φ300;

4）整流器最小控制角：αmin=150;

5）电源效率：η=95%；

6）无整流变压器，电网线电压有效值380v；

7）电网波动系数：-5%～10%；

设计要求。完成以下设计内容。

1）主电路的选择；

2）完成整流侧电路参数计算；

3）完成逆变侧电路参数计算；

4）绘制主电路原理图；

二．主电路的选择依据。

因为，单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小、功率因数高和变压器利用率高等特点。然而值得注意的是，在大电感负载情况下，当控制角α接近π/2时，输出电压的平均值接近于零，负载上的电压太小，且理想的大电感负载是不存在的，故实际电流波形不可能是一条直线，而且在α=π2之前电流就会出现断续。电感量越小，电流开始断续的α值就越小。

单相半控桥式整流电路带大电感负载时的工作特点是：晶闸管在触发时刻换流，二极管则在电源电压过零时换流；由于自然续流的作用，整流输出电压ud的波形与全控桥式整流电路带电阻性负载时相同，α的移相范围为0～180°，ud 、id的计算公式和全控桥带电阻性负载时相同；流过晶闸管和二极管的电流都是宽度为180°的方波且与α无关，交流侧电流为正、负对称的交变方波。

三相半波(又称三相零式)相控整流电路如图2-7(a)所示。图中tr是整流变压器，可直接由三相四线电源供电。三只晶闸管的阴极连在一起，称为共阴极接法，这在触发电路有公共线时连接比较方便，因此得到了广泛应用。

三相全控桥式可控整流电路。

与三相半波电路相比，若要求输出电压相同，则三相桥式整流电路对晶闸管最大正反向电压的要求降低一半；若输入电压相同，则输出电压ud比三相半波可控整流时高一倍。另外，由于共阴极组在电源电压正半周时导通，流经变压器次级绕组的电流为正；共阳极组在电压负半周时导通，流经变压器次级绕组的电流为负，因此在一个周期中变压器绕组不但提高了导电时间，而且也无直流流过，克服了三相半波可控整流电路存在直流磁化和变压器利用率低的缺点。

三相全控桥式整流电路在任何时刻必须保证有两个不同组的晶闸管同时导通才能构成回路。换流只在本组内进行，每隔120°换流一次。由于共阴极组与共阳极组换流点相隔60°，所以每隔60°有一个元件换流。

同组内各晶闸管的触发脉冲相位差为120°，接在同一相的两个元件的触发脉冲相位差为180°，而相邻两脉冲的相位差是60°。

从以上比较中可看到：三相桥是可控整流电路从技术性能和经济性能两方面综合指标考虑比其它可控整流电路有优势，故本次设计确定选择三相桥是可控整流电路。

没有整流变压器，器件导通过程di/dt大，交流进线带有平波电抗器，如下图。

图1-1 三相桥是可控整流电路。

三．整流侧电路参数的计算。

1.整流电路（直流侧）参数计算和元件选择。

1）直流功率pdm：

已知电源效率为95％则。

pdm=phm/η=115.79

2）直流电压udm：

已知输入电压ul=380v,当控制角α=150时，整流输出直流电压。

udm=1.35*380*cos150 =495.5

3）直流电流idm：

idm=pdm/ udm=233.68a

4）晶闸管的选择。

1）晶闸管额定电流in：

因为ivt=id/=134.9a

in=ivt/1.57=85.9考虑裕量后in=(1.5～2)*85.9=171.9a

2）晶闸管额定电压utn：

utn =（2～3）u2φ =1616.7v

2.整流电路（直流侧）触发电路的选择。

可控硅变流技术在电子电力系统中已经应用得极其广泛，而可控硅触发系统则是变流装置中不可缺少的电路单元。集成电路kj系列触发器具有移相性能好，控制角与控制电压成比例，移相范围宽、抗干扰能力强、温漂小、输出功率大及可靠性高等一系列优点。

集成电路kj系列触发器利用在起动瞬间三相干扰触发脉冲同时存在的特点，设计出抗干扰电路，消除了在按下起动按钮的瞬间出现的干扰触发脉冲。利用电容的滤波作用，在变换电路的输入端加接滤波电容，消除了在移相至某区域出现的低幅值超前干扰触发脉冲；利用电容的充电效应，使得每次起动时，移相电压都由一较低值渐增至给定值，实现了限流起动的要求。

四．逆变电路的设计。

1. 电路结构。

逆变电路也称逆变器，是一种dc/ac(直流电/交流电)的转换器，它将电池组的直流电源转化成电压和频率稳定的交流电源。

图3-1是电流型逆变器的主电路图，主要由滤波电感、晶闸管、换相电容、换相电感组成。图2左端的直流输入是交流整流后经大电感滤波，无功能量由滤波电感l吸收，电流id方向保持不变、大小近于恒定．可以看作是直流电流源供电。在逆变器工作时，负载电流近似为幅值为输入电流的方波电流。

由于电流恒定，主臂晶闸管v1、v2、v3、v4不需要并联反馈二极管。辅助晶闸管v11、v12、v13、v13和换相电容c1、c2换相电感l1、l2构成换流环节。二极管v5、v6，电容c3，电阻r及电源u构成过电压抑制回路。

采用单项桥是电流型逆变电路，如下图。

图3-1 电流型逆变器的主电路。

2. 工作原理。

滤波电感l滤波储能，换相电容c1、c2的容量为c，换相电感l1、l2的电感值为l。在换流时输入电流id近似看作是恒流源，负载为电阻性负载。以下分析v1、v4导通，向v2、v3换流的过程。

1)换流前状态。

v1、v4导通，电流经v1、负载、v4流通，负载电流io=id，电压uo=eo=uo。电容c1、c2被充电，电压为uc1=uc2=uco，极性如图2中所示，为关断v1、v4作好准备。

2)主晶闸管关断阶段。

当触发v11、v14时，v11导通，将uc1加到v1，使v1关断；同理v14导通，uc2使v4承受反压关断。此阶段换相电容电压为。

3)电容恒流放电、充电阶段。

这个阶段从v1，v4关断开始，由于滤波电感l的作用，c1，c2继续放电，电流id经v11、l1、c1、负载、c2、l2、v14流通，c1、c2电压逐渐降为零，然后在恒电流下反向充电。此阶段，换相电容c1、c2电压为。

负载在恒流id的作用下，两端电压uo保持不变，即。

电压eo为l1、c1、负载、c2、l2的电压和，由于id恒定，l1、l2的感应电压值较小，约为零，暂不计，所以。

在这阶段，当eo大于过压限制u时，恒流源将通过v5向电容c3充电，使eo降低，同时流过v11、l1、c1、负载、c2、l2、v14的电流将减少。

4)主晶闸管开通阶段。

触发v2、v3导通，电流将分三条支路流通，一条是经v11、l1、c1、v3支路，此时eo大于-uc1，继续向电容c1充电，另一条是经v2、c2、l2、v14支路，由于eo大于-uc2，继续向电容c2充电，第三条是经v2、负载、v3支路，负载承受反向电压-co，电流io迅速反向聚增。电压eo受恒流源id的限制，迅速减小到正常水平，当eo小于-uc1=-uc2=uco时，v11、v14自然关断，电容c1、c2充电完成，为下一次关断v13、v12作好准备，此时换流完成，只剩余v2、负载、v3支路流通，负载电流io=-id。

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