电力电子技术课程设计.docx
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电力电子技术课程设计
西安石油大学
课程设计
电子工程学院自动化专业
自动化1004班
题目中频加热电源主电路设计
学生陶泽文
指导老师张瑞萍
二零一三年五月
课程设计任务书
题目
中频加热电源主电路设计
学生姓名
陶泽文
学号
201005080814
专业班级
自动化1004
设
计
内
容
与
要
求
设计内容：
（1）额定中频电源输出功率PH=100kW，极限中频电源输出功率PHM=1.1PH=110kW；
（2）电源额定频率f=1kHz；
（3）逆变电路效率=95%
（4）逆变电路功率因数：
cos=0.866，=30º；
（5）整流电路最小控制角min=15º；
（6）无整流变压器，电网线电压UL=380V；
（7）电网波动系数A=0.95~1.10。
设计要求：
（1）画出中频感应加热电源主电路原理图；
（2）完成整流侧电参数计算；
（3）完成逆变侧电参数计算。
起/止时间
2013年5月7日至2013年5月12日
指导教师签名
年月日
系（教研室）主任签名
年月日
学生签名
陶泽文2013年5月12日
目录
1.1课程设计的题目………………………………………………
（1）
1.2设计思想及内容计算………………………………………
（2）
1.3主电路原理图…………………………………………………（7）
1.4元器件清单…………………………………..…………………（8）
1.5设计总结……………………………………………………..…（9）
参考文献…………………………………………………………………（10）
电力电子技术课程设计
1.1课程设计的题目
中频加热电源主电路设计
1.原始数据及资料：
（1）额定中频电源输出功率PH=100kW，极限中频电源输出功率PHM=1.1PH=110kW；
（2）电源额定频率f=1kHz；
（3）逆变电路效率=95%；
（4）逆变电路功率因数：
cos=0.866，=30º；
（5）整流电路最小控制角min=15º；
（6）无整流变压器，电网线电压UL=380V；
（7）电网波动系数A=0.95~1.10。
2.设计要求
（1）画出中频感应加热电源主电路原理图；
（2）完成整流侧电参数计算；
（3）完成逆变侧电参数计算。
1.2设计思想及内容
1.设计思想
中频电源装置的基本工作原理，就是通过一个整流电路把工频交流电变为直流电，经过直流电抗器最后经逆变器变为单相中频交流电供给负载，所以中频电源装置实际上是交流电-直流电-交流电-负载。
2．设计内容：
一．整流电路的设计
1.整流电路的选择：
本设计不用整流变压器而直接由380V三相交流接入再整流为直流电源。
常用的三相可控整流的电路有
三相半波
三相半控桥
三相全控桥
双反星形等。
三相全控桥整流电压脉动小，脉动频率高，基波频率为300Hz，所以串入的平波电抗器电感量小，动态响应快，系统调整及时，并且三相全控桥电路可以实现有源逆变，把能量回送电网或者采用触发脉冲快速后移至逆变区，使电路瞬间进入有源逆变状态进行过电流保护。
三相全控桥式可控整流电路与三相半波电路相比，若要求输出电压相同，则三相桥式整流电路对晶闸管最大正反向电电压的要求降低一半；若输入电压相同，则输出电压比三相半波可控整流是高一倍。
而且三相全控桥式可控整流电路在一个周期中变压器绕组不但提高了导电时间，而且也无直流流过，克服了三相半波可控整流电路存在直流磁化和变压器利用率低的缺点。
从以上比较中可看到：
三相桥是可控整流电路从技术性能和经济性能两方面综合指标考虑比其他可控整流电路有优势，故本次设计确定选择三相桥式可控的整流电路。
因为电源额定频率f为1KHZ,所以三相桥式可控整流电路中的晶闸管选择快速晶闸管。
2.整流侧参数计算：
（1）直流侧最大输出功率：
Pdm=
=1.1
=1.1×
=115.79Kw
（2）整流侧输出电压：
Ud=1.35ULcos=1.35×380×cos15°=495.52V
（3）整流侧输出电流：
Id=
=115.79×
=233.67A
（4）晶闸管额定电压：
UTN=（1+10%）×380×
×2=1182.28V
（5）晶闸管额定电流：
ITN=2×
×
=171.87A
3.整流侧电路图：
三相桥式全控整流电路是三相半波共阴极组与共阳极组整流电路的串联，在任何时刻都必须有两个晶闸管导通才能形成导通回路，其中一个晶闸管是共阴极组，另一个晶闸管是共阳极组。
六个晶闸管导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，每隔60°一个晶闸管换相。
为了保证在任意时刻都必须有两个晶闸管导通，采用了双脉冲触发电路，在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次，两次脉冲前沿的间隔为60°。
电路图如下：
二．逆变电路的设计
逆变电路也称逆变器，它与整流相对应，把直流电变成交流电，本次设计采用电流型逆变电路，主要由滤波电容、晶闸管、换相电容、换
相电感组成。
整流电路的输出电压作为逆变电路的直流侧输入电压，且本次设计不考虑换相过程。
整流之后的直流电压相当于逆变电路的电源，经过大电感的滤波，使得流经电路的电流的方向不变，大小恒定。
因为电感反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不需要并联反馈二极管。
1.逆变侧参数计算：
（1）直流电压：
因为整流电路的输出电压为逆变电路的直流电压，所以
Ud=495.52V
（2）负载两端基波电压有效值：
Uo=1.11
=635.12V
（3）负载电流基波有效值：
Io=0.9Id=210.30A
（4）晶闸管额定电压：
UTN=2×
Uo=2×
×635.12=1796.38V
（5）晶闸管额定电流：
ITN=2×
=2×
=210.52
2.逆变侧电路图
三．保护系统
由于晶闸管中频电源装置的工作受供电电网及负载的影响较大，而且晶闸管元件的超载能力又较小，故要使电路可靠工作，必须要有完善的保护措施。
当整流桥输出失控或逆变桥输出发生短路以及外界的其他因素，会使电路中的电压和电流在极短时间内上升到极大值，，故需要设计过电压过电流保护电路。
消除过电压现象通常可以采用阻容吸收电路，其实
质是将引起过电压的磁场能量变成电场能量储存在电容器中，然后电容器通过电阻放电，把能量逐渐消耗在电阻中。
1.整流侧晶闸管过电压保护：
（1）RC吸收电路电容：
Cs=（2.5~5）×10-3×IT（AV）=2.5×10-3×ITN=0.53µF
Cs的交流耐压：
Ucsm=1.5UTN=2694.57V
（2）RC吸收电路电阻：
Rs=10~30（）
电阻的功率:
PR=fC（Um）2×10-6=1000×0.19×（2.45×Ud）2×10-6=279.3W
2.逆变侧晶闸管过电压保护：
（1）RC吸收电路电容：
Cs=（2.5~5）×10-3×ITN=2.5×10-3×210.52=0.53F
（2）RC吸收电路电阻：
Rs=10~30（）
电阻的功率:
PR=fC（Um）2×10-6=1000×0.29×（
×Ud）2×10-6=142.1W
1.3主电路原理
1.4元器件清单
序号
器件名称
数量
备注
1
晶闸管
6
整流桥
2
晶闸管
4
逆变桥
3
晶闸管RC
保护电容
6
整流桥
4
晶闸管RC
保护电阻
6
整流桥
5
晶闸管RC
保护电容
4
逆变桥
6
晶闸管RC
保护电阻
4
逆变桥
7
电感
4
8
电阻
1
负载
9
电容
1
负载
1.4设计总结
最终在器件的选择过程中，参考了了大量的网络资料，选通过这次的课程设计可以及时掌握和巩固所学的基本知识，了解中频电源的工作原理，学会分析电路和设计电路的方法和步骤，同时培养我们一定的制图能力。
PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，使用它来进行电路图的绘制既方便又美观准确。
另外，还使用了公式编辑器。
总之，获益良多。
这篇课程设计由于题目只给出了要求，提示信息不多故电路需要自行设计，在设计过程中走了不少弯路，最终在借鉴了其他人的作品后，将电路修改成型，这也说明了，课程基础知识还是有些薄弱，对知识的应用能力不够强，今后应当加强锻炼。
定了部分器件的型号参数，最终对电路图进行了修正。
通过电力电子技术课程设计，我加深了对课本专业知识的理解，平常都是理论知识的学习，在此次课程设计中，真正做到了自己查阅资料、自己解决问题，对三项电网，保护电路等都有了更深刻的理解。
在设计的过程中，当然也遇到了很多的困难，能过讨论和查阅资料，逐一解决了这些问题。
通过这次课程设计，使我懂得了只有课堂知识是远远不够的，只有把所学的知识综合起来，从理论中得出结论，提高自己独立思考的能力，才会对自己的将来有帮助。
在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识掌握得不够牢固，通过这次课程设计，巩固了以前所学的知识。
课程设计其实就是一个很好的复习过程，把所学的知识融会贯通，真正的做到学以致用。
参考文献
[1].王兆安刘进军《电力电子技术》（第五版）机械工程出版社
[2].张华《电类专业毕业设计指导》机械工业出版社
[3].韩晓东李勇江《Protel99SE电路设计实用教程》（第二版）
中国铁道出版社
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