3电力电子课程设计.docx
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3电力电子课程设计
电力电子技术课程设计报告
<2018—2018学年第一学期）
题目晶闸管可控整流直流电动机的设计
系别电子与电气工程系
专业电气工程及其自动化
班级1020321
学号102032129
姓名
指导教师
完成时间16课时
评定成绩
电力电子课程设计任务书
题目：
三相桥式全控整流电路的设计<带反电动势负载）
一、初始条件：
求调速范围D=10，静差率小于等于5%，拟用他励直流电动机拖动，设计一套晶闸管-电动机调速某反抗性生产机械负载功率PL=1.5kW，最大冲击负载功率不大于5kW，最高转速nmax=1500转/分，正常转速为1500转/分，系统要系统的晶闸管主电路，以满足生产机械的需求。
1、反电动势负载（根据负载要求选择他励直流电动机型号而定>
2、确定电网电压、选择整流电路形式；根据晶闸管最小触发角α=30°和调速要求，设计满足负载要求的电力电子整流主电路并进行相应分析计算。
3、其他保护电路元器件，由设计者通过计算进行选取。
二、主要任务：
性能指标:
1.输入交流电源：
三相380V±10%，f=50Hz
2.直流输出电压0~220V范围内，直流输出电流额定值12.35A
设计任务:
1..主电路的设计及说明<主电路设计包括整流变压器变比、晶闸管电路形式、晶闸管选择等）。
2.触发电路的选择和设计，每个开关器件触发次序及相位分析；
3.保护电路的设计，过流保护，过电压保护原理分析；
4.各参数的计算<输出平均电压，输出平均电流，输出有功功率计算，输出波形分析）；
5.应用举例；
6.心得体会。
时间安排：
教师
学生
第一天下课程设计任务。
理论课两节，下达课程设计任务。
讲解主电路、触发电路的选择和设计思路，指导学生进行设计
根据所设计的任务，查阅资料，至少查阅3～5篇论文和相关书籍、手册。
开始按要求进行课程设计，画出相应电路、波形，并加以论述
第二天理论课两节，保护电路设计及其所用元器件参数计算。
检查第一天学生设计完成情况。
指导学生进行设计
方案选择及其设计，保护电路设计、元器件参数计算，画出相应电路及波形，并加以论述
第三天理论课两节，进一步讲解设计思路和方法。
讲解课程设计报告的撰写要求。
检查第二天学生课程设计进度和完成情况。
指导学生进行设计
按照任务要求，统筹理顺课程设计论文，馔写电力电子课程设计报告初稿。
第四天，指导学生进行设计，检查学生课程设计完成情况
按照任务要求，进一步统筹理顺课程设计论文，馔写规范化的电力电子课程设计报告。
检查指导学生课程设计及进度，督促学生按时完成课程设计任务。
对部分学生论文审查和询问，对学生论文进行答辩
提交报告，准备答辩
三相桥式全控整流电路设计
摘要
整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。
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、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）。
变压器设置与否视具体情况而定。
整流电路的种类有很多，有单相半波整流电路、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。
变压器主要功能有：
电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压<磁饱和变压器）等。
按用途可以分为：
配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、油浸式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器等。
数据库触发器它定义了当一些数据库相关事件发生时应采取的动作。
可用于管理复杂的完整性约束，或监控对表的修改，或通知其它程序，表已发生修改。
它的类型有：
语句级触发器，以及行级触发器，前者可以在语句执行前或执行后被触发。
后者在每个触发语句影响的行触发一次。
还有before和after触发的命令。
在insert,update,和delete之前或之后执行，引用新旧值进行处理。
如果需通过触发器设定插入行中的某列值，则为了访问“新（new>”值，需使用一个触发器before insert，使用after insert则不行。
Instead of 触发器命令，使用它告诉oracle应执行什么操作
为防止主回路短路或直流牵引电动机发生环火造成主回路电流过大而损坏同步牵引发电机、主整流柜等电气设备，机车在牵引、电阻制动或自负载工况下，对主电路的过电流和过电压均进行保护。
交一直流传动内燃机车主电路过流保护电路见下图。
在牵引发电机当主回路电流超过电流限制值时，LJ线圈中达到动作电流使LJ动作，其常开触头断开，通过控制电路切断牵引发电机的励磁回路，使机车卸载，同时司机操纵台“总过流”信号灯亮。
目录及要求格式
1主电路设计5
2触发电路的设计9
3保护电路的设计10
4各参数的计算11
5应用举例12
6心得体会13
7参考文献13
1主电路设计
1.1主电路任务
合理运用所学知识，进行电力电子电路和系统的设计，理解和掌握常用的电力电子电路及系统的主电路、控制电路和保护电路的设计方法，掌握元器件的选择计算方法。
1.2电机的选择
依据P1=4千瓦，nmax=1500转/分
要求满足
1、弱磁转速>生产机械最高转速
2、额定功率×过载能力>最大冲击负载功率
3、额定功率>生产机械功率。
由选择电动机功率
=（1.1～1.2>
故取电动机
=<2..75-3>千瓦
通过查产品目录选择Z-型号电动机，相应技术数据如下：
1.输入交流电源：
三相380V±10%，f=50Hz
2.直流输出电流额定值In=12.35A，额定电压Un=220V
3.该电机型号是Z2-32
1.3主电路的计算
1.3.1整流变压器的计算
负边Y接U2=<1～1.2）Ud/AεB
A：
整流参数2.341.172.34
B：
电网电压波动系数0.9~1.05
ε：
安全裕量0.9～1
查表得A、B、ε
则U2=94.0v
变压比K=U1/U2=4.04
1.3.2一次电流I1和二次电流I2的计算
整流变压器一次电流
I1=<1+KIO）KI1Id/K=9.10A
式中KIO----整流变压器空载电流百分之，一般在4%～10%。
KII、KI2-----整流电路波形系数，单相全波为1.57
整流变压器二次电流
I2=KI2Id=35.011A
1.3.3变压器容量计算
一次容量
S1=3U1I1=10374W
二次容量
S2=3U2I2=9873.102W
变压器容量
SN=
1.3.4晶闸管元件的选择
1>晶闸管的额定电压
UTN=
U2=230.25V
取UTm==230.25V则Utn460.5V
2>晶闸管的额定电流
晶闸管流过电流有效值
IT=0.577Id=12.87A
晶闸管额定电流
IT×IT/1.57
取
=16.4A
故选标准产品，型号为：
KP30-5G
1.3.5晶闸管保护环节的计算
（1>交流侧过电压保护
三相全控整流电路交流侧阻容保护接线图如下
采用阻容保护，电容量
C＞=6×K1O×SN/U22（µF>=0.15UF
耐压＞=1.5UTm=412.8V
U%，I%查《电力电子变换技术》
主编：
林忠岳P266
P266
根据电器技术手册选--uF、耐压--V的标准电容
电阻值
R＞=2.3×U22/SN×
（Ω>
取R=12.5（Ω>
电容器流过的电流
Ic=2×3.14/Uc×10-6（A>=2.26A
电阻的功率
PR＞=（3～4>Ic2R=191.53-255.38W
根据电器技术手册选Ω、W的标准电阻
晶闸管阻容保护，电阻、电容计算与选择，查阅相关资料计算、选择。
1.3.6直流侧过压保护
1）直流测采用压敏电阻作过压保护，电压峰值为
UimA＞=（1.8～2>UDC=（396-440>V（取440V>
根据电器技术手册选MY31-440/5星，额定电压440V，通流为5A的标准压敏电阻作直流侧过电压保护。
1.3.7晶闸管及续流二极管两端的过压保护
莫正康《电力电子应用技术》P55
查表可得C=0.1µFR=100Ω
耐压电压U=<1.1～1.5）Um=550-750（V>
故选C为0.1µF、（550-750>V金属化纸介质电容器
2触发电路的设计
2.1设计任务
设计一个三相可控整流电路，使其输入电压为:
三相交流380伏，50赫兹.
输出功率为:
2KW
2.2设计要求
输入电压:
三相交流380伏.50赫兹.输出功率:
2KW
负载为阻感性负载
3保护电路的设计
3.1主电路的过电压保护
抑制过电压的方法：
用非线性元件限制过电压的副度，用电阻消耗生产过电压的能量，用储能元件吸收生产过电压的能量。
对于非线性元件，不是额定电压小，使用麻烦，就是不宜用于抑制频繁出现过电压的场合。
所以我们选用用储能元件吸收生产过电压的能量的保护。
使用RC吸收电路，这种保护可以把变压器绕组中释放出的电磁能量转化为电容器的电场能量储存起来。
由于电容两端电压不能突变，所以能有效抑制过电压，串联电阻消耗部分产生过电压的能量，并抑制LC回路的震动。
电路图如图3，阻容吸收电路的电容电阻值选择<课程设计者查相关资料选择，本例题中未选）
图3
3.2晶闸管的过电压保护
晶闸管的过电压能力较差，当它承受超过反向击穿电压时，会被反向击穿而损坏。
如果正向电压超过管子的正向转折电压，会造成晶闸管硬开通，不仅使电路工作失常，且多次硬开关也会损坏管子。
因此必须抑制晶闸管可能出现的过电压，常采用简单有效的过电压保护措施。
对于晶闸管的过电压保护可参考主电路的过电压保护，我们使用阻容保护，电路图如图4
图4
阻容吸收电路的电容电阻值选择<课程设计者查相关资料选择，本例题中未选）
3.3晶闸管的过电流保护
常见的过电流保护有：
快速熔断器保护，过电流继电器保护，直流快速开关过电流保护。
快速熔断器保护是最有效的保护措施；过电流继电器保护中过电流继电器开关时间长<只有在短路电流不大时才有用；直流快速开关过电流保护功能很好，但造价高，体积大，不宜采用。
因此，最佳方案是用快速熔断器保护。
如图5，快速熔断器请同学查找相关技术资料选定规格型号。
4各参数的计算
晶闸管阻容吸收元件参数可按表3所提供的经验数据选取，电容耐压一般选晶闸管额定电压1.1～1.5倍。
晶闸管阻容吸收元件参数可按表3所提供的经验数据选取，电容耐压一般选晶闸管额定电压1.1～1.5倍，参考表2。
表2
晶闸管额定电流IT（AV>/A
1000
500
200
100
50
20
10
电容C/UF
2
1
0.5
0.25
0.2
0.15
0.1
电阻R/欧姆
2
5
10
20
40
80
100
由题意用电容为0.1UF，电容耐压为（550-750>V。
电阻为100欧姆。
5应用举例
三相桥式全控整流电路
应用最为广泛，共阴极组——阴极连接在一起的3个晶闸管编号：
1、3、5，4、6、2
a带电阻负载时的工作情况
a=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。
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°。
时段IIIIIIIVVVI
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
<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a=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。
a=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。
a=60°时ud出现为零的点。
6心得体会
对于本次电力电子技术课程的设计，自己可以算是第一次接触这样的设计类的题目，一开始真的是毫无头绪。
后面听过老师的讲解，感觉好多了，知道该如何下手，还有那个电力电子课程设计指导书也起到了不可替代的作用，虽然时常发现指导书里面会出现一点错误，不过自己始终都是按照老师的笔记讲解去做。
通过对三相桥式可控整流电路的设计，掌握三相桥式全控整流电路的工作原理；综合运用所学知识，进行三相桥式可控整流电路和系统设计能力；了解与熟悉三相桥式可控整流电路电路拓扑和控制方法；理解和掌握三相桥式可控整流电路及系统的主电路和控制电路以及保护电路的设计方法，具有了一定的电力电子电路及系统实验和调试的能力。
在长达一周的实训课程中，我学到了很多知识，也通过网络查阅资料来完成本次的实训让我更加了解了网络上的资源是最丰富的。
不过这次实训中也有一些不懂的问题，所以接下来的时间我将更加努力的去学习电力电子这项课程。
7参考文献
[1]王兆安，黄俊主编．电力电子技木．第四版．北京：
机械工业出版社，2008年1月
[2]郑忠杰，吴作海编.电力电子变流技术.第二版.北京：
机械工业出版社，1988年7月
[3]刘志刚主编.电力电子学.第一版.北京：
清华大学出版社，2004年6月
[4]李玉超，高沁翔.三相桥式全控整流实验装置的设计与研制。
现代电子技术2006<19）；104-106
[5]黄发忠，于孝廷.三相桥式全控整流电路的谐波分析.山东科学2005,18<02）：
50～53
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