电力电子课程设计 单相可控变流器.doc

摘要 电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的，在自动化专业中已成为一门专业基础性强且与生产紧密联系的不可缺少的专业基础课。本课程体现了弱电对强电的控制，又具有很强的实践性。能够理论联系实际，在培养自动化专业人才中占有重要地位。它包括了晶闸管的结构和分类、晶闸管的过电压和过电流保护方法、可控整流电路、晶闸管有源逆变电路、晶闸管无源逆变电路、PWM控制技术、交流调压、直流斩波以及变频电路的工作原理。在电力电子技术中，可控整流是非常重要的一个章节。本设计为一个单相全控桥整流电路，阻感负载，其中条件R＝1.5Ω，最大电流Id＝40A。通过整定各部分参数，可实现可控角移相范围为32°~90°，实现电压0~60V可调，设计有锯齿波触发电路，同时还设计有过电流及过电压保护电路，保护晶闸管不会烧坏。 关键词：单相全控桥 阻感负载 触发电路 单相可控变流器的设计 1 概述 整流电路尤其是单相整流电路电力电子广泛，不仅一般工业，也广泛运用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统等其他领域。 本设计要求设计一个单相全控桥式整流电路，阻感负载，其中R＝1.5Ω，最大电流Id＝40A。要求分析系统原理，这些课本上的资料已经很多了；整定主电路及变压器的参数，这些可以通过查找资料，计算实际情况的参数，讨论晶闸管对电网的影响及功率因数；设计晶闸管触发电路，包括选型及同步信号的定相，桥式电路要求任何时刻都有两个晶闸管是导通的，所以触发电路的设计和信号控制式相当重要的；设计晶闸管的过电压保护与过电流保护，晶闸管的过流过压能力比较差，需要采取过流保护及过压保护措施。 2 单相全控桥原理分析 单相桥式全控整流电路阻感负载如图所示，晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断；VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。负载中有大电感的存在使负载电流不能突变，负载电流id连续且波形近似为一水平线u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。至时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正电压，故两管导通。VT2和VT3导通后，u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相，亦称换流。晶闸管角移相范围为90°；导通角为180°，与触发角无关，承受的最大正反向电压均为。 整流电压平均值为： 直流电流平均值为： 图1 原理图及波形 　　 ，，计算可得。 3 参数整定 3.1 整流变压器参数的计算 3.1.1二次侧相电压的计算 二次侧相电压是一个非常重要的参数，选择过低的时候，无法保证输出额定电压。选择过高，又会造成控制角加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加成本。 U2的计算一般参照下式： 　　 其中——整流电路输出电压最大值，此处为60V ——电路回路经过的晶闸管的压降，为个数，单相全控桥为2 ——理想情况下=0o时整流电压与的比值，通常取0.9 ——控制角为时输出电压与的比值，通常取0.9 ——最小移相角，此处取0° ——线路接线方式系数，单相全控桥为0.707 ——变压器阻抗电压比，10~100kVA的变压器一般取0.05 ——变压器二次侧实际工作电流与额定电流之比，此处取0.85 根据已知参数，代入公式可得： 　　 为80V。 又，根据，可得移相范围为32°~90°，可实现直流输出0~60V可调。 又一次侧相电压，二次侧相电压同时可得变压器一次侧与二次侧匝数比。 3.1.2 二次侧相电流及一次侧相电流的计算 （3-2） （3-3） 单相全控桥中一般取1.11，即 单相全控桥中一般取1.11，考虑到变压器的励磁电流，应乘以1.05左右的系数，即 3.1.3 变压器容量的计算 二次侧容量 单相全控桥中为1，即 一次侧容量 单相全控桥中为1，即 变压器等效容量 3.1.4 功率因数的计算 忽略换相过程和电流脉动，直流电感L为足够大时变压器二次电流波形近似为理想方波，