电力电子课程设计三相可控变流器的设计.doc
《电力电子课程设计三相可控变流器的设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电力电子课程设计三相可控变流器的设计.doc(21页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、目录绪论11方案的论证与设计21.1方案的论证21.2方案的设计22主电路设计及原理32.1主电路设计32.2 主电路原理说明32.3变压器的设计72.3.1变压器的概念及其工作原理72.3.2整流变压器参数计算82.4晶闸管选择及参数计算分析92.4.1晶闸管的主要参数92.4.2晶闸管的选择原则102.4.3晶闸管电路对电网的影响112.4.4系统功率因数的计算123 触发电路的设计133.1 电路图的选择133.2 触发电路原理说明144 保护电路的设计164.1过电压保护164.2 过电流保护175小结19参考文献20附录21绪论电力电子技术的应用范围十分广泛。它不仅用于一般工业,也广
2、泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等,在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。现如今电力电子技术已深入到工农业经济建设、交通运输、空间技术、国防现代化、医疗、环保和亿万人们日常生活的各个领域,进入21世纪后电力电子技术的应用更加广泛,因此对电力电子技术的研究更为重要。近几年越来越多电力电子应用在国民工业中,一些技术先进的国家,经过电力电子技术处理的电能已得到总电能的一半以上。整流电路就是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。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、
3、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后,主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间,用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离(可减小电网与电路间的电干扰和故障影响)。整流电路的种类有很多,有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。三相可控变流器的设计1方案的论证与设计1.1方案的论证三相可控整流电路中,最基本的是三相半波可控整流电路,应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路。它们所连接的负载性质不同就会有
4、不同的特点。下面分析两种三相可控整流电路在带阻感性负载的工作情况。 三相半波可控整流电路的优点是:线路简单、调整方便。主要缺点是:输出电压脉动冲大,负载电流脉冲大(电阻性负载时),且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化,变压器不能充分利用;而三相桥式全控整流电路具有输出电流脉动小,功率因数高,变压器二次电流对称,没有直流磁化问题,变压器利用率高的优点。根据以上的比较分析因此选择的方案为三相桥式全控整流电路(负载为阻感性负载)。1.2方案的设计我的选题是三相可控变流器的设计,初始条件是三相桥式全控整流电路,电阻-电感性(大电感)负载,R2.5,额定负载电流Id20A。需要运用的知识点有单
5、相桥式全控整流电路的原理及参数计算。整流电路主要由驱动电路、保护电路和整流主电路组成。根据设计任务,在此设计中采用三相桥式全控整流电路接阻感性负载。系统原理框图如图1所示。三相电源输出驱动电路整流主电路负载电路保护电路图1 系统原理方框图2主电路设计及原理2.1主电路设计其原理图如图1所示。图2 三相桥式全控整理电路原理图目前在各种整流电路中,应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路,其原理如图1所示,习惯将其中阴极连接在一起的三个晶闸管(VT1、VT3、 VT5)称为共阴极组;阳极连接在一起的三个晶闸管(VT4、VT6、VT2)称为共阳极组。此外,习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通,为此将晶闸
6、管按图示的顺序编号,即共阴极组中与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,按此编号,晶闸管的导通顺序为 VT1VT2VT3VT4VT5VT6。2.2 主电路原理说明三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电(即用于直流电动机传动),下面分析带阻感负载时的情况。假设将电路中的晶闸管换作二极管,这种情况也就相当于晶闸管触发角=0o时的情况。此时,对于共阴极组的三个晶闸管,阳极所接交流电压值最大的一个导通。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小(或
7、者说负得最多)的一个导通。这样,任意时刻共阳极组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。此时电路工作波形如图2所示。图3 反电动势=0o时波形=0o时,各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二绕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 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 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 为相电压在负半周的包络线,总的整流输出电压 = 是两条包络线间的差值,将其对应
8、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,输出整流电压 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 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
9、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,如图3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VT1VT2VT3VT4VT5VT6。表1 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共阳极组中导通的晶闸管整流输出电压-=-=-=-=-=-=图4给出了=30o时的波形。从 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 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 的每一段线电压因此推迟30o,平均值降低。晶闸
10、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 的波形,该波形的特点是,在 处于通态的120o期间,为正,由于大电感的作用, 波形的形状近似为一条直线,在 处于通态的120o期间, 波形的形状也近似为一条直线,但为负值。图4 =30o时的波形由以上分析可见,当60o时,波形均连续,对于带大电感的反电动势,id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图5所示,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 的值出现负值,当电感足够大时,中正负面积基本相等,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
11、电路的角的移相范围为90度。图5 90o时的波形2.3变压器的设计2.3.1变压器的概念及其工作原理变压器是一种静止电机,它可将一种电压的电能转换为另一种电压的电能。从电力的生产、输送、分配到各用电户,采用着各式各样的变压器。首先,从电力系统来讲,变压器就是种主要设备。我们知道,要将大功率的电能输送到很远的地方去,采用较低电压即相应的大电流来传输是不可能的。这是由于一方面大电流还将在输电线上引起大的功率损耗;另一方面大电流还将在输电线上的电压降落,致使电能根本输不过去。为此,需要变压器来将发电机的端电压升高,相应电流就可减少。一般来说,当输电距离越远,输出功率越大时,要求的输出电压也越大。在电
12、力系统中变压器的地位是非常重要的,不仅需要变压器的数量多,而且要求性能好,技术经济指标先进,还要保证运行安全可靠。一二侧电压之比近似等于其匝数比。因此在原绕组不变的情况下改变副绕组的匝数,就可达到输出电压的目的。若将副绕组与负载相接,副边就会有电流流过,这样就把电能传输给了负载。从而实现了传输电能,改变电压的要求,就是变压器工作的基本原理。2.3.2整流变压器参数计算二次相电压:平时我们在计算是在理想条件下进行的,但实际上许多影响是不可忽略的。如电网电压波动、管子本身的压降以及整流变压器等效内阻造成的压降等。所以设计时应按下式计算:式中 负载的额定电压; 整流元件的正向导通压降,一般取1V;
13、电流回路所经过的整流元件(VT及VD)的个数; A 理想情况下=0时与的比值,查表可知; 电网电压波动系数,一般取0.9; 最少移相角,在自动控制系统中总希望值留有调节余量,对于可逆直流调速系统取(3035),不可逆直流调速系统取(1015); C 线路接线方式系数,查表单相桥式C取0.5V; 变压器阻抗电压比,100KVA以下,取=0.05V, 100KVA以上,取=0.050.1V; 二次侧允许的最大电流与额定电流之比。一次与二次额定电流及容量计算:如果不计变压器的励磁电流,根据变压器磁动势平衡原理可得一次和二次电流关系式为: K= 式中、变压器一次和二次绕组的匝数; K变压器的匝数比。
14、大电感负载时变压器二次电流的有效值为此时,为0。可以计算出,选择整流变压器的变比为:变压器二次侧容量为=21.3716.32=348.76VA2.4晶闸管选择及参数计算分析由于单相桥式全控整流带电感性负载主电路主要元件是晶闸管,所以选取元件时主要考虑晶闸管的参数及其选取原则。2.4.1晶闸管的主要参数额定电压通常取和中较小的,再取靠近标准的电压等级作为晶闸管型的额定电压。在选用晶闸管时,额定电压应为正常工作峰值电压的23倍,以保证电路的工作安全。晶闸管的额定电压 :工作电路中加在管子上的最大瞬时电压 额定电流 又称为额定通态平均电流。其定义是在室温40和规定的冷却条件下,元件在电阻性负载流过正
15、弦半波、导通角不小于170的电路中,结温不超过额定结温时,所允许的最大通态平均电流值。将此电流按晶闸管标准电流取相近的电流等级即为晶闸管的额定电流。要注意的是若晶闸管的导通时间远小于正弦波的半个周期,即使正向电流值没超过额定值,但峰值电流将非常大,可能会超过管子所能提供的极限,使管子由于过热而损坏。在实际使用时不论流过管子的电流波形如何、导通角多大,只要其最大电流有效值,散热冷却符合规定,则晶闸管的发热、温升就能限制在允许的范围。 :额定电流有效值,根据管子的换算出, 、三者之间的关系: 考虑到晶闸管电流的安全裕量为,流过每个晶闸管的电流有效值为,晶闸管的额定电流为 ,。波形系数:有直流分量的
16、电流波形,其有效值与平均值之比称为该波形的波形系数,用表示:额定状态下, 晶闸管的电流波形系数为:晶闸管承受最大反向电压,所以晶闸管的额定电压为。2.4.2晶闸管的选择原则一、所选晶闸管电流有效值ITn 大于元件 在电路中可能流过的最大电流有效值。二、 选择时考虑(1.52)倍的安全余量。即0.707(1.52) 因为,则晶闸管的额定电流为=10A(输出电流的有效值为最小值,所以该额定电流也为最小值)考虑到2倍裕量,取20A.即晶闸管的额定电流至少应大于20A。三、 若散热条件不符合规定要求时,则元件的额定电流应降低使用。1) 通态平均管压降。指在规定的工作温度条件下,使晶闸管导通的正弦波半个
17、周期内阳极与阴极电压的平均值,一般在0.41.2V。2) 维持电流。指在常温门极开路时,晶闸管从较大的通态电流降到刚好能保持通态所需要的最小通态电流。一般值从几十到几百毫安,由晶闸管电流容量大小而定。3) 门极触发电流。在常温下,阳极电压为6V时,使晶闸管能完全导通所需的门极电流,一般为毫安级。4) 断态电压临界上升率。在额定结温和门极开路的情况下,不会导致晶闸管从断态到通态转换的最大正向电压上升率。一般为每微秒几十伏。5) 通态电流临界上升率。在规定条件下,晶闸管能承受的最大通态电流上升率。若晶闸管导通时电流上升太快,则会在晶闸管刚开通时,有很大的电流集中在门极附近的小区域内,从而造成局部过
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电力 电子 课程设计 三相 可控 变流器 设计
链接地址:https://www.31ppt.com/p-4150007.html