电力电子技术课程设计
班级 电气
学号
姓名
目 录
1工作原理设计方案…………………………………………………………… 3
2电路设计器件选择……………………………………………………… 5
21 三相全控桥工作原理……………………………………………………5
22 参数计算……………………………………………………………………7
3触发电路设计……………………………………………………………………10
31 集成触发电路……………………………………………………………10
32 KJ004工作原理…………………………………………………………10
33 集成触发器电路图………………………………………………………11
4保护电路设计…………………………………………………………………13
41 晶闸保护电路………………………………………………………13
42 交流侧保护电路…………………………………………………………14
43 直流侧阻容保护电路……………………………………………………15
5MATLAB 建模仿真……………………………………………………………16
51 MATLAB建模………………………………………………………………16
52 MATLAB 仿真………………………………………………………………16
53 仿真结构分析……………………………………………………………17
课程设计体会……………………………………………………………………18 参考文献…………………………………………………………………………… 191 工作原理设计方案
三相桥式全控整流电路系统通变压器电网连接变压器耦合晶闸电路合适输入电压晶闸较功率数运行变流电路电网间变压器隔离抑制变流器进入电网谐波成分保护电路采RC电压抑制电路进行电压保护利快速熔断器进行电流保护采锯齿波步KJ004集成触发电路利步变压器触发电路定相保证触发电路电路频率致触发晶闸三相全控桥交流整流成直流带动直流电动机运转
结构框图图11示整设计分电路触发电路保护电路三部分框图中没表明保护电路接通电源时三相桥式全控整流电路电路通电时通步电路连接集成触发电路通电工作形成触发脉电路中晶闸触发导通工作整流直流电通直流电动机工作
电源
三相桥式全控整流电路
直流电动机
步电路
集成触发器
触发信号
触发模块
图11 三相桥式全控整流电路结构图
2 电路设计器件选择
实验参数设定负载220V305A直流电机采三相整流电路交流测三相电源供电设计求选三相桥式全控整流电路供电电路采三相全控桥
21 三相全控桥工作原理
图21示三相桥式全控带阻感负载根求考虑电动机电枢电感电枢电阻阻感负载惯中阴极连接起3晶闸称阴极组阳极连接起3晶闸称阳极组阴极组中abc三相电源相接3晶闸分VT1VT3VT5 阳极组中abc三相电源相接3晶闸分VT4VT6VT2晶闸导通序 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6变压器型接法变压器二次侧接成星形零线次侧接成三角形避免3次谐波流入电网
图21 三相桥式全控整流电路带电动机(阻感)负载原理图
211 三相全控桥工作特点
⑴ 2晶闸时通形成供电回路中阴极组阳极组 11相器件
⑵ 触发脉求:
VT1VT2VT3VT4VT5VT6序相位次差60°
阴极 组VT1VT3VT5脉次差120°
阳极组VT4VT6VT2次差120°
相两桥臂VT1VT4VT3VT6 VT5VT2脉相差180
⑶ ud周期脉动6次次脉动波形样 该电路6脉波整流电路
⑷ 晶闸承受电压波形三相半波时相晶闸承受正反电压关系相
212 阻感负载时波形分析
三相桥式全控整流电路阻感负载反电动势阻感负载供电(直流电机传动)面分析阻感负载时情况带反电动势阻感负载情况带阻感负载情况基相
α≤60度时ud波形连续电路工作情况带电阻负载时十分相似晶闸通断情况输出整流电压ud波形晶闸承受电压波形等样区负载时样整流输出电压加负载负载电流 id 波形电阻负载时 ud 波形 id 波形形状样阻感负载时电感作负载电流波形变直电感足够时候负载电流波形似条水线图22图23分出三相桥式全控整流电路带阻感负载α0度α30度波形
图22中出ud波形id波形外出晶闸VT1电流 iVT1 波形带电阻负载时情况进行较波形图见晶闸VT1导通段iVT1波形负载电流 id 波形决定ud波形
图23中出ud波形 id 波形外出变压器二次侧a相电流 ia 波形做具体分析
图22 触发角0度时波形图 图23 触发角30时波形图
α>60度时阻感负载时工作情况电阻负载时电阻负载时ud波形会出现负部分阻感负载时电感L作ud波形会出现负部分图24出α90度时波形电感L值足够ud中正负面积基相等ud均值似零说明带阻感负载时三相桥式全控整流电路α角移相范围90度
图24 触发角90时波形图
22 参数计算
221 整流变压器选择
系统求知整流变压器二次线电压分380V220V变压器接法知变压器二次侧相电压:
变:
变压器次二次侧相电流计算公式:
三相桥式全控中
变压器容量分:
变压器次级容量:
变压器初级容量:
变压器容量:
:
变压器参数纳:初级绕组三角形接法次级绕组星形接法容量选择946989kW
222 晶闸选择
⑴ 晶闸额定电压
三相全控桥式整流电路波形(图24)分析知晶闸正反电压峰值均变压器二次线电压峰值
桥臂工作电压幅值:
考虑裕量额定电压:
⑵ 晶闸额定电流
晶闸电流效值:
考虑裕量晶闸额定电流:
223 波电抗器选择
限制输出电流脉动保证负载电流时电流连续整流器电路中常串联波电抗器三相桥式全控整流电路带电动机负载系统:
中 (单位mH)中包括整流变压器漏电感电枢电感波电抗器电感题目求:负载电流降20A时电流连续取20A:
3 触发电路设计
控制晶闸导通时间需触发脉常触发电路单结晶体触发电路设计利KJ004构成集成触发器实现产生步信号锯齿波触发电路
31 集成触发电路
系统中选择模拟集成触发电路KJ004KJ004控硅移相触发电路适单相三相全控桥式供电装置中作控硅双路脉移相触发KJ004器件输出两路相差180度移相脉方便构成全控桥式触发器线路KJ004电路具输出负载力移相性正负半周脉相位均衡性移相范围宽
步电压求低脉列调制输出端等功特点原理图:
图31 KJ004电路原理图
32 KJ004工作原理
图31 KJ004电路原理图示点划框KJ004集成电路部分分立元件步信号锯齿波触发电路相似V1~V4等组成步环节步电压uS限流电阻R20加V1V2基极uS正半周V1导通电流途径(+15V-R3-VD1-V1-)uS负半周V2V3导通电流途径(+15V-R3-VD2-V3-R5-R21―(―15V))正负半周期间V4基处截止状态步电压|uS|<07V时V1~V3截止V4电源十15VR3R4取基极电流导通
电容C1接V5基极集电极间组成电容负反馈锯齿波发生器V4导通时C1V4VD3迅速放电V4截止时电流(+15V-R6-C1-R22-RP1-(-15V))C1充电形成线性增长锯齿波锯齿波斜率取决流R22RP1充电电流电容C1根V4导通情况知步电压正负半周均相锯齿波产生两者固定相位关系
V6外接元件组成移相环节锯齿波电压uC5偏移电压Ub移相控制电压UC分R24R23R26V6基极叠加ube6>+07V时V6导通设uC5Ub定值改变UC改变V6导通时刻调节脉相位
V7等组成脉形成环节V7电阻R25获基极电流导通电容C2电源+15V电阻R7VD5V7基射结充电 V6截止转导通时C2充电压通 V6成 V7基极反偏压V7截止C2 (+15V-R25-V6-)放电反充电充电电压uc2≥+14V时V7恢复导通样V7集电极固定宽度移相脉宽度充电时间常数R25C2决定
V8V12脉分选环节步电压周期V7集电极输出两相位差180°脉脉分选通步电压正负半周进行us正半周V1导通V8截止V12导通V12V7正脉箝位零电位时V7正脉通二极VD7V9~V11放输出脉步电压负半周情况刚相反V8导通V12截止V7正脉 V13~V15放输出负相脉说明:
1) KJ004中稳压VS6~VS9提高V8V9V12V13门限电压提高电路抗干扰力二极VD1VD2VD6~VD8隔离二极
2) 采KJ004元件组装六脉触发电路二极VD1~VD12组成六门形成六路脉三极V1~V6进行脉功率放
3) V8V12脉分选作步电压周两相位相差 脉产生样获三相全控桥式整流电路脉需六电路相步电压变压器接成Dyn11步变压器接成Dyn11情况集成触发电路步电压uSauSbuSc分步变压器uSAuSBuSC相接 RP1~RP3锯齿波斜率电位器RP4~RP6步相位
33 集成触发器电路图
三相桥式全控触发电路3KJ004集成块1KJ041集成块(KJ041部12二极构成6门)部分分立元件构成形成六路双脉六晶体进行脉放分连VT1VT2VT3VT4VT5VT6门极6路双脉模拟集成触发电路图图32示:
图32 集成触发电路图
4 保护电路设计
保护设备安全必须设置保护电路保护电路包括电流电流保护致分两种情况:种适方安装保护器件例RC阻容吸收回路限流电感快速熔断器等种采电子保护电路检测设备输出电压输入电流输出电压输入电流超允许值时助整流触发控制系统整流桥短时工作源逆变工作状态抑制电压电流数值
例中设计三相桥式全控整流电路功率装置考虑第种保护方案分晶闸交流侧直流侧进行保护设电路设计
41 晶闸保护电路
⑴晶闸电流保护:电流分载短路两种情况采种保护措施晶闸初开通时引起较didt晶闸阳极回路串联入电感进行抑制整流桥部原引起流逆变器负载回路接时采接入快速熔短器进行保护图41示:
图41串联电感熔断器抑制回路
⑵晶闸电压保护:晶闸电压保护考虑换相电压抑制晶闸元件反阻断力恢复前反电压作流相反恢复电流阻断力恢复时反恢复电流快截止通恢复电流电感会高电流变化率产生电压换相电压元件免受换相电压危害般元件两端联RC电路图42示:
图42联RC电路阻容吸收回路
42 交流侧保护电路
晶闸设备运行程中会受交流供电电网进入操作电压雷击电压侵袭时设备身运行中非正常运行中电压出现进行电压保护采图43示反阻断式电压抑制RC保护电路整流电路正常工作时保护三相桥式整流器输出端电压变压器次级电压峰值输出电流减保护元件发热电压出现时该整流桥提供吸收电压量通路电容吸取电压量转换电场量电压消失电容 放电储存电场量释放逐渐电压恢复正常值
图43反阻断式电压抑制RC电路
43 直流侧阻容保护电路
直流侧发生电压图44中快速熔断器熔断直流快速开关直流侧快速开关(熔断器)切断负载电流时变压器释放储产生电压交流侧保护装置适保护种电压会通导通晶闸反馈直流侧直流侧应该设置电压保护抑制电压
图44 直流侧阻容保护
5 MATLAB 建模仿真
51 MATLAB建模
⑴ 三相桥式全控整流器建模参数设置
三相桥式全控整流器建模直接调通变换器桥(6pulse thyristor)仿真模块参数设定图51示:
图51 通桥参数设置图
⑵ 步电源6脉触发器封装
步电源6脉触发器模块包括步电源6脉触发器两部分6脉触发器需三相线电压步步电源务三相交流电源相电压转换成线电压具体步骤:
① 建立新模型窗口命名TBCF
② 开相应模块组复制5int1(系统输入端口)out1(系统输出端口3voltage Measurement(电压测量模块)16Pulse Generator(脉触发器)图52连线
图52 触发器模块连接图
③ 进行封装封装图图53示
图53 封装图
⑶ 三相桥式全控整流电路建模参数设置
建立新模型窗口命名ban2三相桥式全控整流器步6脉触发器子系统复制ban2模型窗口中通合适连接连接成图54示命名修改版三相桥式全控整流器电路仿真模型相关参数说明:交流电压源UaUbUc等U21796V频率50HzUa相序0度Ub相序120度Uc相序240度RC中参数:R1欧L0HC(1e6)FRL中参数:R参数0721欧L(波电抗器)参数44mHDC参数220V设意值
图54 三相桥式全控整流电路仿真图
52 MATLAB 仿真
开仿真参数窗口选择ode123tb算法相误差设置1e3仿真开始时间设置0停止时间设置004秒面仿真图中UdId负载电压(V)负载电流(A)
(1)触发角0度波形
图55 触发角0度时udid波形图
⑵ 触发角30度时波形
图5—6触发角30度时udid波形图
⑴ 触发角90度时波形
图57 触发角90度时udid波形图
53 仿真结构分析
三相桥式全控整流电路(阻感性负载)中α<60度时ud波形连续电感足够时负载电流id波形似条水线α>60度时ud波形断续会出现负部分α角移相范围0~90度
课程设计体会
次电力电子技术课程设计通知识综合利进行必分析较进步验证学理知识检验时学效果然次课程设计实际操作分析差距提高综合解决问题力学基础
通电力电子技术课程设计加深课专业知识理解常理知识学次课程设计中真正做查阅资料解决问题触发电路保护电路等更深刻理解设计程中然遇困难讨查阅资料逐解决问题通解决课程设计难点说增加知识说培养积极心态遇困难时端正态度认真查资料老师学讨积极充满信心态度终总会解决问题
通次课程设计懂课堂知识远远够学知识综合起理中出结提高独立思考力会帮助设计程中发现足处前学知识理解够深刻掌握够牢固通次课程设计前学知识重新温巩固学知识
参考文献
[1] 王兆安黄俊电力电子技术北京:机械工业出版社2008
[2] 黄俊秦祖荫电力电子关断器件电路北京:机械工业出版社1991
[3] 林渭勋现代电力电子技术 北京:机械工业出版社2006
[4] 王维现代电力电子技术应南京:东南学出版社1999
[5] 叶斌电力电子应技术装置北京:铁道出版社1999
[6] 马建国孟宪元电子设计动化技术基础北京:清华学出版社2004
[7] 马建国电子系统设计北京:高等教育出版社2004
[8] 王锁萍电子设计动化教程四川:电子科技学出版社2002
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