402428$小小妖精007$电力电子课程设计报告书

.6/9.电力电子技术课程设计〔论文题目：20KVAUPS电源设计课程设计〔论文任务及评语学号学生姓名专业班级课程设计〔论文题目20KVAUPS电源设计课程设计〔论文任务将三相380V交流市电转换为恒压恒频的三相220V交流电,为重要负荷供电。一、技术要求输入三相交流380V电源。输出恒定220V交流电压。输出恒定50HZ恒定频率交流电。输出容量为20KVA。市电断电可工作30分钟。二、设计任务1、方案的经济技术论证。2、主电路设计。3、通过计算选择整流器件、逆变元件的具体型号。4、确定蓄电池容量及型号。5、确定滤波电容与电抗器6、控制电路设计或选择。7、绘制主电路图。8、课程设计总结指导教师评语及成绩平时考核：设计质量：论文格式：总成绩：指导教师签字：年月日.目录第一章20KVAUPS电源设计方案 11.1UPS电源概述 11.2UPS电源设计的总体结构 1第二章UPS电源电源电路的设计22.1整流电路的设计 22.2逆变电路的设计 62.3整体设计电路 8第三章设计总结 1020KVAUPS电源设计方案UPS电源概述UPS是一种含有储能装置,以逆变器为主要组成部分的恒压、恒频的不间断电源。当市电正常时,UPS将市电稳压或稳压、稳频后供负载使用,同时向机内电池充电；当市电中断时〔异常时,UPS立即在4-10ms内或"零"中断时间内将蓄电池的电源通过逆变转换的方式向负载继续供应电力,使负载维持正常的工作,以便保存资料并保护负载的软硬件不受损坏。从原理上来说,UPS是一种集数字和模拟电路,自动控制逆变器与免维护贮能装置于一体的电力电子设备；从功能上来说,UPS可以在市电出现异常时,有效地净化市电；还可以在市电突然中断时持续一定时间给电脑等设备供电,使你能有充裕的时间应付；从用途上来说,随着信息化社会的来临,UPS广泛地应用于从信息采集、传送、处理、储存到应用的各个环节,其重要性是随着信息应用重要性的日益提高而增加的。1.2UPS电源设计的总体结构在正常情况下,即电源由市电提供,市电经过整流器整流为直流,存储到蓄电池中作为备用电源,而后再经逆变器转变成交流电提供给负载。但是由于逆变器容易发生故障,所以在电路旁侧加一旁路电源,以便解决当逆变器发生故障不能将市电输送给负载的难题。系统的方框图如图1.2所示逆变电路整流电路逆变电路整流电路市电负载触发电路蓄电池旁路电源触发电路蓄电池旁路电源图1.2UPS电源设计方框图各部分电路说明如下：1、整流电路：把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。2、储能电路：本设计方案要求采用蓄电池储能。蓄电池负载功率的计算方法如下〔W1、30min所需功率：20*0.5＝1500〔KVA2、蓄电池所需伏安数X：X＝20*0.5/<12*4*0.9>＝34.72〔Ah式中：20为UPS的额定功率,0.5为持续供电时间,12为单个蓄电池电压,4为蓄电池串连的个数,0.9为蓄电池放电常数；因此所选择的蓄电池满足上述条件即可。3、逆变电路：在驱动信号的控制下,将直流电源转换成频率和电压可以任意调节的交流电源。4、旁路电源：做备用装置使用第二章UPS电源的电路设计2.1整流电路作品设计的整流电路采用三相桥式全控整流电路,如图2.1.1所示。这种电路的参数随着负载的变化而变化。对于共阴极组的三个晶闸管,阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的三个晶闸管,则是阴极所接交流电压值最低的一个导通。这样,任何时刻共阳极和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态,施加于负载上的电压为某一线电压。图2.1.1晶闸管参数：保证电流连续的最小电感：L=0.693〔mH晶闸管的电流有效值：晶闸管通态平均电流：晶闸管的电流值：变压器参数：变压器二次侧电流：变压器原边电流：根据逆变电路可求出整流输出电路的输出电压和输出电流,输出电压=73.33V,输出电流=17.49A根据三相桥式求法可以求得晶闸管通态平均电流晶闸管的电流有效值：变压器二次侧电流：变压器二次侧电压：变压器原边电流：保证电流连续的最小电感：L=0.693〔mH=0.693*22.56mH这样既可确定各器件的选择。二极管型号最高反向峰值电压〔V平均整流电流〔A最大峰值浪涌电流〔AIN4002100130IN4003200130IN4004400130IN4005600130IN4006800130IN53921001.550IN53932001.550IN53943001.550IN53954001.550IN53965001.550IN53976001.550IN53988001.550RL1521001.560RL1532001.560RL1544001.560RL1556001.560RL1568001.560RL15710001.560RL202100270RL203200270RL204400270RL205600270RL2068002702A021002702A032002702A044002702A056002702A06800270RY2524003150RY2536003150RY2548003150IN54021003200IN54031503200IN54042003200IN54054003200IN54066003200IN54078003200整流电路中,主要应用的是晶闸管进行的整流,而晶闸管和二极管的最大不同之处是晶闸管工作需要一些附加条件当晶闸管承受反向电压时,无论门集是否有触发电流,晶闸管都不导通。当晶闸管承受正向电压时,仅在门集有触发电流的情况下晶闸管才能导通。晶闸管一旦导通,门集便失去控制作用,无论门集触发电流是否还纯在,晶闸管都保持导通。若要使已导通的晶闸管关断,只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。综上,我们需要给晶闸管加以触发电路,触发电路电路图如图所示图晶闸管触发电路2.2逆变电路作品设计采用三相PWM逆变器,具有调节典雅的功能,同时具有改善波形的功能,此外,PWM控制亦可以消除较低次谐波三相PWM逆变器是要把直流输入变换为三相正弦交流输出,许多实际装置中通常采用经典的三项逆变结构,如图2.2.1所示。这是有三个基本桥壁组成的三相桥式逆变器,其控制方式一般采用双极性方式,A、B、C通常共用一个三角载波,三角调制信号依次相差120°,各相功率开关的控制规律相同图三相桥式PWM型逆变电路对于三相输出的逆变器,三相负载的平衡是一个必须考虑的重要问题,目前性能较好的大中型UPS都要求具备三相100%不平衡的功能。为了适应三相负载不平衡的需要,三相逆变器最好采用三个单项桥分别变换,然后再把输出按120°的相位差组合起来的方式,如图所示。每相各有一个单项桥是逆变器,每个单项桥式逆变器需用四个开关管。因此总共需要12个开关器件,节后复杂。带来的好处是：三个单项逆变器工作独立,其输出互不影响,实际上三个单相逆变器并联,只是相位不同。这样可以允许三相负载100%不平衡,三相严重不平衡也不会对任一逆变器输入产生影响。图作品采用逆变电路图中各相逆变器结构相同,为全桥逆变电路。采用高频SPWM技术,功率开关管选用IGBT,开关频率为30Hz。通过正弦波控制信号与三角波比较的方法,得到基波为50Hz的SPWM波,再经滤波器滤除高频,可输出低失真的50Hz正弦波。整流二极管的选取：二极管的电压额定值：其中为电压波形系数,为安全系数二极管的电流额定值：开关器件的选择:电压额定值：电流额定值:设计要求UPS电源的功率S=20MVA输出交流电压Uo=220V则可以计算出Io===52.48A根据二极管的电压额定公式可求出,二极管的额定电压值,并确定二极管的选取根据二极管的电流额定公式可求出,二极管的额定电流值,并确定二极管的选取根据所求参数确定相应器件的选取型号参数3CT13CT33CT53CT103CT20额定通态平均电流/A1351020断态重复峰值电压/V30~300030~300030~300030~300030~3000反向重复峰值电压/V30~300030~300030~300030~300030~3000维持电流/mA2040406060门极触发电压/V2.53.53.53.53.5门极触发电流/mA2050507070门极最大允许正向电压/V10101010102.3整体设计电路图市电经过三相桥式全控整流电路进行整流,将交流电转换成直流电,给蓄电池充电,同时经过逆变器将直流转换回交流给负载供电,此时负载得到的交流电压比市电电压质量高,即使市电发生质量问题,也能获得正常的恒压恒频的正弦波交流输出,并且具有稳压稳频的功能,因此也称为稳压稳频电源。同时,如果主回路发生故障,有旁路电源做为备用,这样,便提高了供电的可靠性。整体设计电路图如图2.3所示。图2.3整体设计电路图第三章设计总结经过数日的研究,我终于完成了我的课程设计。本次课程设计让我体会颇深,知道了理论联系实际的重要性。平日的学习中,我总是马马虎虎,理论上大概过得去就可以,而且做题时只要思路明确即可,不用考虑很多实际问题,但是在实际的问题上,却丝毫马虎不得,万事都得考虑好因因果果,否则一旦配合不好,即达不到预期结果。在课设的这些天里,我反复的翻阅资料,研读课本,不仅培养了我的自学专研能力,也有机地结合了理论与实践,同时也激起了我的创新思维与组合思维,为日后的进一步学习创下了良好的条件,为以后的就业等打下良好基础。本次课设题目是20MVAUPS电源设计。刚开始,我很困惑,不知从何下手,经过大量资料的翻阅,大概得到了整体电路设计的方案