直流稳压电源的设计.docx

目录1设计目的：22设计任务：23主要技术参数：34设计内容：34.1主电路设计：34.1.1,三相桥式全控整流电路工作原理：34.1.2,三相桥式全控整流电路的特点：44.1.3,三相桥式整流电路结构：54.1.4,三相桥式整流电路的波形：64.1.5,三相桥式整流电路的元器件清单：104.1.6,三相桥式整流电路计算：104.2,触发电路的设计：144.2.1,KC04集成移相触发器144.2.2,六路双脉冲发生器KC41C ：174.2.3，三相全控桥整流电路的集成触发电路：194.3同步信号：214.4 保护电路设计：224.4.1晶闸管的保护电路：225设计总结：256参考文献：26附录：27附录1：电路图见A3绘图纸27附录2：波形图：27附录3：元器件清单：30直流稳压电源的设计 1设计目的：1.电力电子技术课程是一门专业技术基础课程。电力电子技术课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，独立进行查询资料、选择方案、设计电路、书写报告，进一步加深对变流电路基本理论的理解，提高运用基本技能的能力，为今后的学习和工作打下坚实的基础。2.电力电子技术课程设计为电气工程及其自动化专业开设的专业基础技能设计，课程设计对自动化专业的学生是一个非常重要的实践教学环节。通过设计，使学生巩固、加深对变流电路基本理论的理解，提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，培养学生的创新精神和创新能力。2设计任务：1 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；2 选择主电路为三相桥式全控整流电路；3 选择主电路所有图列元件，并给出清单；4 选择触发电路及其同步信号；5 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（汇总绘制，注意对应关系）；6 绘制设计说明书。 3主要技术参数：装置输入电源为三相UL=380V工频交流电源，输出直流电压0200V，输出电流100A，当电流降为5A时电流开始断续，LB=1mH。主电路为三相桥式全控整流电路；负载性质为电动机负载。4设计内容：4.1主电路设计：如图14.1.1,三相桥式全控整流电路工作原理：应用最为广泛，共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）编号：1、3、5，4、6、2带电阻负载时的工作情况 =0时的情况假设将电路中的晶闸管换作二极管进行分析对于共阴极阻的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通对于共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的导通任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态从相电压波形看，共阴极组晶闸管导通时，ud1为相电压的正包络线，共阳极组导通时，ud2为相电压的负包络线，ud=ud1 - ud2是两者的差值，为线电压在正半周的包络线直接从线电压波形看， ud为线电压中最大的一个，因此ud波形为线电压的包络线。 4.1.2, 三相桥式全控整流电路的特点：（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。表2-1 三相桥式全控整流电路电阻负载=0时晶闸管工作情况时 段 III IIIIV V VI共阴极组中导通的晶闸管VT1 VT1 VT3 VT3VT5 VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2 VT2VT4 VT4VT6整流输出电压Ud Ua-Ub=UabUa-Uc=Uac Ub-Uc=UbcUb-Ua=UbaUc-Ua=UcaUc-Ub=Ucb（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发另一种方法是双脉冲触发（常用）。（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同=30时的工作情况从wt1开始把一周期等分为6段，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2-1的规律区别在于：晶闸管起始导通时刻推迟了30，组成ud的每一段线电压因此推迟30变压器二次侧电流ia波形的特点：在VT1处于通态的120期间，ia为正，ia波形的形状与同时段的ud波形相同，在VT4处于通态的120期间，ia波形的形状也与同时段的ud波形相同，但为负值。=60时工作情况ud波形中每段线电压的波形继续后移，ud平均值继续降低。=60时ud出现为零的点。 4.1.3,三相桥式整流电路结构：三相桥式整流电路由三相电源、6个晶闸管和负载构成。其中阴极连在一起的三个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连在一起的三个晶闸管（VT2、VT4、VT6）称为共阳极组。4.1.4,三相桥式整流电路的波形： 1图1：基本波形带电阻负载=0时的波形： 图12.图2：带阻感负载 =0 时波形： 图23.图3：带阻感负载=30时的波形： 图34.图4:带阻感负载=90时的波形： 图44.1.5,三相桥式整流电路的元器件清单：4.1.6,三相桥式整流电路计算：1）整流变压器额定参数的计算： 1.当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载60时）的平均值为： 取=60时，带入Ud=200V,Id=100A,求得：U2=Ud/（2.34cos60）=200V/（2.340.5）=170.94V 负载阻值：R=Ud/Id=200V/100A=22.变比计算： 整流变压器一次侧线电压U1=380V，二次侧相电压U2=170.94V, 因此:K=U1/U2=380V/170.94V=2.2224.整流变压器一次侧和二次侧的相电流计算： 由于变压器的二次侧采用星形联结法，则： I2 =1/2(Id223+(-Id)223)=23 Id=0.816Id I2=0.816100A=81.6A I1=I2/K=81.6A/2=40.8A5.变压器的容量计算： 变压器的初级容量:S1=3U1I1=3380V40.8A=46.512KVA变压器的次级容量:S2=3U2I2=3170.94V81.6A=41.846KVA变压器的总容量：S=(S1+S2)/2 =(46.512+41.846)/2 =44.179KVA所以整流变压器的二次侧电压U2为170.94V，二次侧电流I2为81.6A,变压器的变比约为2，变压器的容量为44.179KVA。2)晶闸管的选择： 1,晶闸管的额定电压：晶闸管所承受的最大电压为变压器二次侧线电压峰值：URM=23U2=6170.94V=418.7V晶闸管阳极和阴极间的最大正向电压为变压器二次侧相电压峰值：UFM=2U2= 2170.94V =241.7V考虑安全裕量，额定电压为：UN=（23）UM=(23)418.7=（837.41256.1）V 2.额定电流： 晶闸管电流的有效值：IVT=Id/3=57.73A 考虑安全裕量，额定电流为：IVT（AV）=(1.5-2)IVT/1.57=（55.16-73.54）A3. 晶闸管保护环节，包括交流侧过电压保护和晶闸管两端的过电压保护、过电流保护等。 过电压保护：阻容保护； 过电流保护：熔断器保护。3）电抗器的参数计算： 为了保证最小负载电流时电流连续，整流器中常用串联平波电抗器，则有： L=0.693 U2/Idmin 其中电感包括整流变压器的漏电感、电枢电感、平波电抗器的电感。由题目要求可知：当负载电流降至5时电流开始断流，所以Idmin=5A,有： L=0.693 U2/Idmin=0.693170.94V5A=23.69mH4.2,触发电路的设计：4.2.1,KC04集成移相触发器 可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成，脉冲输出等几部分电路 图4.2.1 集成触发电路中主要器件是KC04(或KJ004)晶闸管移相触发电路,它两路相位差180的移相脉冲,可以方便地构成三相全控桥式触发电路.该电路具有输出负载能力大,移相性能好,正负半周脉冲对称,移相范围宽,同步电压要求小等优点.下面把KC04(或KJ004)晶闸管移相触发器的工作原理作一简要介绍. 图实4.2.1为KC04电路原理图,其中点划线框内为集成电路部分.从图中可以看出,它与分立元件的锯齿波移相触发电路相似.可以分为同步,锯齿波形成,移相,脉冲形成,脉冲分选及功放几个环节. 图实4.2.1 KC04(KJ004)电路原理图V1V4等组成同步环节.同步电压uS经限流电阻R20.加到V1,V2基极.在uS的正半周,V1导通,电流从十15VR3一VD1一V1一地.在uS负半周,V2,V3导通,电流从十15VR3一VD2一V3一R5一R21一15V.因此,在正,负半周期间.V4基本上处于截止状态.只有在同步电压|uS|十0.7V时,V6导通.设uC5,Ub为定值,改变UC,则改变了V6导通的时刻,从而调节了脉冲的相位. V7等组成了脉冲形成环节.平时V7经电阻R25获得基极电流而导通,电容C2由电源十15V经电阻R7,VD5,V7基射结充电.当 V6由截止转为导通时,C2所充电压通过 V6成为 V7基极反向偏压,使V7截止.此后C2经十 15VR25一V6一地放电并反向充电,当其充电电压uc2(即12#端)十1.4V时,V7又恢复导通.这样,在V7集电极就得到固定宽度的移相脉冲,其宽度取决于充电时间常数R25C2的大小. V8,V12为脉冲分选环节.在同步电压一个周期内,V7集电极输出两个脉冲,这两个脉冲的相位差为180.脉冲分选是通过同步电压的正负半周进行的.例如在us正半周V1导通,图中的A点呈现低电位,B点为高电位,V8截止,V12导通.V12把来自V7的正脉冲箝位在零电位.同时,V7正脉冲又通过二极管VD7,经V9V11放大由1#端输出脉冲.在同步电压负半周,情况则相反,V8导通,V12截止.V7正脉冲经 V13V15放大由 15#端输出负相脉冲.图KC04电路波形同步变压器KC04中稳压管V17V20可提高V8,V9,V12,V13的门限电压,从而提高了电路的抗干扰能力.二极管VD1,VD2,VD6VD8为隔离二极管. 下图为KCO4电路波形图： 4.2.2,六路双脉冲发生器KC41C ：脚是六路脉冲输入端(如三片KC04的六个输出脉冲)，每路脉冲由输入二极管送给本相和前相，再由T1T6组成的六路电流放大器，分六路输出。T7组成电子开关，当控制端脚接低电平时，T7截止，脚有脉冲输出。当脚接高电平时，T7导通，各路输出脉冲被封锁。下图（a）为KC41C原理图；（b）为KC41C的外部接线图。 图4.2.24.2.3，三相全控桥整流电路的集成触发电路：4.3同步信号：4.4 保护电路设计：4.4.1晶闸管的保护电路： 上图为R-C阻容吸收回路 上图为电子保护电路5设计总结： 经过了2个星期的电路电子课程设计，我学了很多东西，把课堂上学的理论知识更好地与实际联系在一起。我收获颇多，主要有一下几点：1. 在课程设计开始之时，我是思绪全无，无从下手，这跟理论知识学的不够扎实有很大的关系。有句话叫书到用时方恨少，是很有它的道理的。于是我开始把书有关课程设计的内容重新复习了一遍，把重点都一一列出来，遇到不大理解的就跟同学讨论。在这之后才对知识进行了全面的梳理和了解，终于能熟练地运用书上的理论知识和课程设计内容相结合起来。也学会了思考的方式，找到了设计的灵感。2. 在经过一段时间的举步艰难之后，终于茅塞顿开，真是柳暗花明啊，心里也暗喜和欣慰，自己的努力没有白费，这时才明白有了思路才会有出路。3. 但有句话叫实践才是检验真理的唯一标准，所以我又经过实践仿真进行了检验，还是发现了一些问题，然后进行了修改。4. 不管我们要做什么，都要与创新这个词相联系，我们要从小处细节做起，在顺应时代潮流的同时，要在小处不断地创新，挖掘自己的思维想象。所以我进行了一些新的拥有自己的设计，就如整流变压器的这一部分，就有很多种设计方案，我自己经过查询资料和网上查一些方案，最后才确定了自己的设计方案。 本次课程设计巩固了我对电力电子专业的基础知识的掌握，同时，提高了我的对资料的检索能力，在资料查找的过程中我多方面地了解到了单相，三相整流技术在实际中的应用，将理论与实际相结合，对我们将来的工作中的实际应用意义非常重要 虽然这次的课程设计结束了，但我很期待能有更多的机会来进行这方面的锻炼。在此要感谢王老师对我们这次课程设计的悉心指导，希望王老师能给我一些建议和点评，让我以后能够做的更好，更加出色。6参考文献： 1直流开关电源的软开关技术 阮新波 严仰光编著，科学出版社； 2电力电子技术 丁道宏主编，航空工业出版社；3电力电