电力电子课程设计可调直流稳压电源(DOC)

1、电力电子课程设计设计课题：开关稳压电源部：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 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 设计目的 2 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 设计任务及要求 2. HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 设计任务 2 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 设计要求 2 HYPERLINK l bookmark

2、10 o Current Document 主要技术参数 2. HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 整流变压器的选择2. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 晶闸管的选择 3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 平波电抗器的选择 4设计内容 5. HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 主电路的设计 5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 主电路原理说明 5 H

3、YPERLINK l bookmark22 o Current Document 保护电路的设计 9晶闸管的保护电路 9交流侧保护电路 10直流侧阻容保护电路 11 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 设计体会1.1.附录 1.2.电路图 1.2. HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 波形图 1.3.河南工学院电力电子课程设计 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

4、知识与实践技能密切结合起来。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。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；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220V AC，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

5、总绘制，注意对应关系）；三、主要技术参数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：变比为：变压器一次和二次侧的相电流计算公式为：而在三相桥式全控中所以变压器的容量分别如下：变压器次级容量为：变压器初级容量为：变压器容量为：变压器参数归纳如下：220VU 2127VU1 KU23803.0127I1KI1IdK1)23I2KI2Id4KI1 KI22 0.8163I d 305AS1 3U 2I 2S2 3U1I1S1S2S1223 127 0.816 305 3 380 305 0.816S3.09.469

6、89kW初级绕组三角形接法U1 380V， I1 82.96A； 次级绕56789组星形接法，U 2 127V ，I 2 248.88A；容量选择为9.46989kW。3.2 晶闸管的选择 晶闸管的额定电压变压器二次线电压峰值U FM U RM 6U 210故桥臂的工作电压幅值为：U m 6 127 311.1V11考虑裕量，则额定电压为：UN 23Um2 3 311.1622.2 933.3V 公式12 晶闸管的额定电流VTI d max 600346.4A3313考虑裕量，故晶闸管的额定电流为： TOC o 1-5 h z IVT(AV)1.5 2 IVT 1.5 2 346.4330.9

7、7 441.30 A公式141.571.573.3 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：L 0.693 U 2公式15I d min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20A 时电流仍连续。所以Idmin取 20A。所16U 2127L 0.693 20.6934.40mH20204.1 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；3 个晶闸管（VT4、 VT6、 VT2）称为共阳极组。此外

8、，习惯上希至 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，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 =0o时的情况。此时，对于共阴极组的3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，1 个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某 =0o时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二绕

9、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

10、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。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 VT

11、3 VT4 VT5 VT6。三相桥式全控整流电路电阻负载 =0o时晶闸管工作情况时段共阴极组中 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下图给出了 =30o时的波形。从 t1 角开始把一个周期等分为6 段， 每段为60o与 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3

12、0o， 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。由以上分析可见，当 60o 时，ud 波形均连续，对于带大电感的反电动势，i d波形由于电感的作用为一条平滑的直线并且也连续。当 60o时，如 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

13、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 角的移相范围为90 度。4.3 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有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。本例中设计的三相桥式全控整流电路为大功率装置，故考虑第一种保护方案，分别对晶闸管、交流侧、直流侧进行保护设电路的设计

14、。晶闸管的保护电路、晶闸管的过电流保护：过电流可分为过载和短路两种情况，可采用多种保护措施。对于晶闸管初开通时引起的较大的di/dt，可在晶闸管的阳极回路串联入电感进行抑制；对于整流桥内部原因引起的过流以及逆变器负载回路接地时可管元件在反向阻断能力恢复前，将在反向电压作用下流过相当大的反向恢复电流。当阻断能力恢复时，因反向恢复电流很快截止，通过恢复电流的电感会因高电流变化率产生过电压，即换相过电压。为使元件免受换相过电压的危害，一般在元件的两端并联RC电路。如下图所示：交流侧保护电路晶闸管设备在运行过程中会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭，同时设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现，所以要进行过电压保护，可采用如下图所示的反向阻断式过电压抑制RC 保护电路。整流电路正常工作时，保护三相桥式整流器输出端电压为变压器次级电压的峰值，输出电流很小，从而减小了保护元件的发热。过电压出现时，该整流桥用于提供吸收过电压能量的通路，电容将吸取过电压能量转换为电场能量；过电压消失后，电容经 、 放电，将储存的电场能量释放，逐渐将电压恢复到正常值。4.3.3 直流侧阻容保护电路直流侧也可能发生过电压，在下图中，当快速熔断器熔断或直流快速开关切断时，因直流侧电抗器释放储能，会在整流器直流输出端造成