电力电子技术课程设计

变流器技术应用设计。

专业班级：09自动化一班。

时间：2011.12.19-2011.12.26

姓名：学号：0908060211

指导教师： :李荣生。

大同大学电气工程系。

课题：晶闸管整流电路分析与设计。

一设计目的。

1. 熟悉巩固课本所学的理论知识与实践能力。

2. 学会分析电路和设计电路的基本技能。

3. 了解不同变流电路的工作原理及应用。

4. 培养学生查询技术资料的能力，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。

二技术数据。

某造纸机传动用直流调速系统中，采用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.

95.三设计任务。

1. 主电路方案确定及主电路器件选择；

2. 整流变压器的额定参数选择；

3. 平波电抗器选择；

4. 触发电路选择；

5. 保护电路设计和参数计算；

6. 电路的原理分析；

7. 整流变压器漏抗对电路的影响分析。

四设计说明书装订格式。

1. 封面与目录。

2. 按设计任务列节次。

3. 参考文献。

五应完成的技术资料。

1. 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；

3. 封面格式(计算机打印课题名称).

六设计时间及进度安排。

第一天：准备资料，设计方案确定；

第二~三天：电路参数计算；

第四天：电路分析；

第五天：检查整理绘制主电路图；

其他。七参考资料。

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. 王兆安主编《电力电子技术》机械工业出版社；

5. 莫正康主编《半导体变流技术》机械工业出版社；

6. 张华主编《电类专业毕业设计指导》机械工业出版社。

教师评阅页。

目录。主电路图5

元器件及电路选择6

主电路形式选择6

整流变压器的选择7

晶闸管选择10

平波电抗器选择10

触发电路的选择12

保护电路设计和参数计算………13

工作原理及主电路16

工作原理分析16

主电路及波形如下所示………19

心得体会23

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。

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。

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。

(1、带续流二极管２、不带续流二极管)

b、二次侧电压。

１）、值的大小首先要保证满足负载所要求的最大平均。

２）、导通时晶闸管并非理想的开关器件，有一定的管压降。用表示。

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与变压器次级相电压u2之间的关系可用下式表示：

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的精确表达式为：

可取。变压器变比。

为负载电动机的额定电机的额定电压。

c计算， ,

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： ,为一次二次电流；，为变压器一次侧二次侧绕组的匝数，为变压器的变比；,分别为电流的波形系数；,为变压器一次侧，二次侧绕组的相数。)

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。

晶闸管正、反向重复峰值电压为，即。

取取800v。

2）晶闸管通态平均电流。

晶闸管通过电流有效值为。

晶闸管通态平均电流应取为。

取100a。所以选择晶闸管型号为kp100-8。

四、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α增大，负载电流减小到一定程度时，还会产生电流断续现象，造成对电流器特性的不利影响。当负载为直流电动机时，电流断续和直流脉动还会使晶闸管导通角θ减小，整流器等效内阻增大，电动机的机械特性变软，换向条件恶化，并且还会增加电动机的损耗。

因此，为了提高它对负载供电的性能和提高运行的安全可靠性，除在设计变流装置时要适当增大晶闸管和二极管的容量，选择适于变流器供电的特殊系列的直流电动机外，常在直流侧使用平波电抗器以限制电流的脉动分量，维持电流连续。

电抗器的主要参数：流过电抗器的电流和电抗器的电感量。前者往往是给定的，无须计算，下面对直流侧串接的平波电抗器电感量进行计算。

1)电动机电枢电感：

式中，对于快速无补偿直流电动机，kd=8

电动机额定电压（v）；

-电动机额定电流（a）；

-电动机额定转速（r/min）；

-电动机的磁极对数；

(2)求变压器漏电抗。

式中，的值由查表可得为3.9；

( 变压器的短路比，100kv以下取５，100~1000kv取５~10；

(变压器二次侧相电压有效值)v；

(晶闸管装置直流侧的额定负载电流)a。

3）求限制输出电流脉动的电感量。

式中，（最低谐波频率的电压幅值与交流侧相电压之比）取0.8；

输出电流的最低频率谐波频率）（hz）取300；

电流脉动系数一般小于5%~10%），取5%。

4）使输出电流连续的临界电感量。

式中，取0.693。

平波电抗器的额定电流为，1.1为安全系数。

根据以上计算，，故取其较大者，即电抗器电感量应大于8mh，且为铁心气隙可调的摆动电抗器。

五、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、、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，即可获得与主电路二次侧相电压同步的三个电压、、。

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：

六、保护电路设计和参数计算。

一）、过电压保护：

晶闸管的过载能力差，不论承受的是正向电压还是反向电压，很短时间的过电压就可能导致其损坏。凡是超过晶闸管正常工作时承受的最大峰值电压都算过电压，虽然选择晶闸管时留有安全裕量，但仍需针对晶闸管的工作条件采取适当的保护措施，确保整流装置正常运行。

对于过电压保护包括交流侧、直流侧、元件保护。

1.交流侧保护。

电源变压器初级侧突然拉闸，使变压器的励磁电流突然切断，铁心中的磁通φ在短时间内变化很大，因而在变压器的次级感应出很高的瞬时过电压，这种过电压可用阻容保护。

由于电容两端的电压不能突变，可以限制变压器次级的电压变化率，因而限制了瞬时电压上升的水平。电容器把变压器铁心的磁能转化成电容电能。串联的电阻可以消耗部分能量，并可抑制lc回路的振荡。

电力电子技术课程设计

电力电子技术课程设计

电力电子技术课程设计

电力电子技术课程设计

其他用户还读了