課程設(shè)計(jì)--三相全控橋逆變電路設(shè)計(jì)

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（工業(yè)電氣自動(dòng)化）姓 名 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2011年12月21日成績(jī)： 優(yōu) 良 合格 電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1 設(shè)計(jì)目的 積極開(kāi)展素質(zhì)教育，努力提高大學(xué)生的工程意識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程設(shè)計(jì)能力。使學(xué)生掌握電力電子變流裝置的方案設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算方法，制定實(shí)驗(yàn)方案技術(shù)路線(xiàn)，提高實(shí)驗(yàn)技能。并為后續(xù)課“自動(dòng)控制系統(tǒng)”、“交流調(diào)速系統(tǒng)”等課程打下良好基礎(chǔ)，進(jìn)一步提高學(xué)生設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、調(diào)試和應(yīng)用各種變流裝置的能力。2設(shè)計(jì)題目三相全控橋逆變電路設(shè)計(jì)3 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求設(shè)計(jì)三相全控橋逆變實(shí)驗(yàn)電路。掌握三相全控橋逆變電路的工作原理和分析方法。根據(jù)不同控制角，分析

2、三相全控橋逆變電路所對(duì)應(yīng)的波形及相關(guān)參數(shù)的變化。31 電路設(shè)計(jì)主電路整流變壓器組別為d,y11,采用鋸齒波同步的觸發(fā)電路或kc04集成電路觸發(fā)器。1）畫(huà)出三相全控橋逆變電路主電路電路圖。標(biāo)明相關(guān)電壓極性。2）畫(huà)出三相全控橋逆變電路控制電路電氣原理圖。3）畫(huà)出同步分析相量圖，選擇同步變壓器組別。完成與控制電路接線(xiàn)。32 電路工作原理分析1）分別畫(huà)出=30o, =60o, = 90o時(shí)的輸出電壓ud波形和ut1波形。2） 寫(xiě)出逆變狀態(tài)時(shí)的輸出電壓表達(dá)式ud=f（）, it= f（）, i2= f（）.33 參數(shù)計(jì)算設(shè)ud=400v， id=100a,選擇晶閘管元件的型號(hào)和變壓器容量。34 書(shū)寫(xiě)認(rèn)真

3、，圖表清晰，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，獨(dú)立完成。4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果用示波器觀(guān)察并記錄=30o, =60o, =90o時(shí)的ud、ut1、it波形。觀(guān)察逆變失敗現(xiàn)象，分析逆變失敗原因。5 設(shè)計(jì)總結(jié)設(shè)計(jì)題目 三相全控橋逆變電路設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)目的 積極開(kāi)展素質(zhì)教育，努力提高大學(xué)生的工程意識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程設(shè)計(jì)能力。使學(xué)生掌握電力電子變流裝置的方案設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算方法，制定實(shí)驗(yàn)方案技術(shù)路線(xiàn)，提高實(shí)驗(yàn)技能。并為后續(xù)課“自動(dòng)控制系統(tǒng)”、“交流調(diào)速系統(tǒng)”等課程打下良好基礎(chǔ)，進(jìn)一步提高學(xué)生設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、調(diào)試和應(yīng)用各種變流裝置的能力。2設(shè)計(jì)電路圖及工作原理 1.電路結(jié)構(gòu)三相全控橋式整流電路是利用晶閘管的單向可控導(dǎo)電性

4、能，實(shí)現(xiàn)直流電變交流電，電路結(jié)構(gòu)采用共陰極接法的三相半波（vt1,vt3,vt5）和共陽(yáng)極接法的三相半波（vt4,vt6,vt2）的串聯(lián)組合，由于共陰極組在正半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是正向電流；而共陽(yáng)極組在負(fù)半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是反向電流。因此變壓器繞組中沒(méi)有直流磁通，且每相繞組正負(fù)半周都有電流通過(guò)，提高了變壓器的利用率。共陰極組的輸出電壓是輸入電壓的正半周，共陽(yáng)極組的輸出電壓是輸入電壓的負(fù)半周，總的輸出電壓是正負(fù)兩個(gè)輸出電壓的串聯(lián)。有源逆變是將直流電變成和電網(wǎng)同頻率的交流電并送回到交流電網(wǎng)中去。逆變的兩個(gè)條件，一是要有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均

5、電壓，因此主電路圖采用了一個(gè)用整流二極管vd1vd6組成三相不可控整流電路來(lái)提供一個(gè)直流電動(dòng)勢(shì)，為了保證其值大于變流電路直流側(cè)的平均電壓，應(yīng)該給變流電路直流側(cè)加一個(gè)變壓器來(lái)滿(mǎn)足條件；二是晶閘管的控制角90（即0rd,在=0時(shí)，其對(duì)應(yīng)的各電壓、電流波形如下圖所示：根據(jù)晶閘管的導(dǎo)通條件可知，對(duì)共陰極組來(lái)說(shuō)，哪相電位較其他兩相高時(shí)，就觸發(fā)該相晶閘管使其導(dǎo)通；對(duì)共陽(yáng)極組來(lái)說(shuō)，哪相的電位較其他兩相低時(shí)，就觸發(fā)該相晶閘管使其導(dǎo)通。為保證整流電流id有通路，必須保證在同一時(shí)刻里共陰極組和共陽(yáng)極組中各有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通。即電流的通路為：變壓器二次繞組共陰極組的某相負(fù)載共陽(yáng)極的某相變壓器二次繞組。整流輸出電壓為

6、ud=ud1-ud2其中，ud1為共陰極組輸出電壓瞬時(shí)值；ud2為共陽(yáng)極組輸出電壓瞬時(shí)值。如果共陰極組和共陽(yáng)極組控制角相同，則兩組整流電壓平均值相等，三相全控橋式整流電路的整流電壓應(yīng)為三相半控時(shí)的兩倍。圖 2在一個(gè)周期內(nèi)，晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)関t1vt2vt3vt4vt5 vt6。在這里只分析=0時(shí)的工作 情況如上圖所示，將一個(gè)周期相電壓分為六個(gè)區(qū)間：在t1t2區(qū)間：u相電壓最高，vt1被觸發(fā)導(dǎo)通。v相電壓最低，vt6被觸發(fā)導(dǎo)通，加在負(fù)載上的輸出電壓ud=uu-uv=uuv。在t2t3區(qū)間：u相電壓最高，vt1被觸發(fā)導(dǎo)通。w相電壓最低，vt2被觸發(fā)導(dǎo)通，加在負(fù)載上的輸出電壓ud=uu-uw=uu

7、w。在t3t4區(qū)間：v相電壓最高，vt3被觸發(fā)導(dǎo)通。w相電壓最低，vt2被觸發(fā)導(dǎo)通，加在負(fù)載上的輸出電壓ud=uv-uw=uvw。在t4t5區(qū)間：v相電壓最高，vt3被觸發(fā)導(dǎo)通。u相電壓最低，vt4被觸發(fā)導(dǎo)通，加在負(fù)載上的輸出電壓ud=uv-uu=uvu。在t56t區(qū)間：w相電壓最高，vt5被觸發(fā)導(dǎo)通。u相電壓最低，vt4被觸發(fā)導(dǎo)通，加在負(fù)載上的輸出電壓ud=uw-uu=uwu。在t6t7區(qū)間：w相電壓最高，vt5被觸發(fā)導(dǎo)通。v相電壓最低，vt6被觸發(fā)導(dǎo)通，加在負(fù)載上的輸出電壓ud=uw-uu=uwu。整流電路的工作特點(diǎn)任何時(shí)候共陰極和共陽(yáng)極組各有一個(gè)元件同時(shí)導(dǎo)通才能形成電流通路。每個(gè)晶閘管導(dǎo)

8、通角為120；共陰極組晶閘管vt1,vt3,vt5，按相序依次觸發(fā)導(dǎo)通，相位相差120，共陽(yáng)極組晶閘管vt2，vt4,vt6,相位相差120，也按相序依次觸發(fā)導(dǎo)通，同一相得晶閘管相位差180.輸出電壓由六段電壓組成，每周期脈動(dòng)六次。晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，它至于晶閘管的導(dǎo)通情況有關(guān)，其波形由三段組成。一段為零，兩段為線(xiàn)電壓。晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。變壓器二次繞組流過(guò)正、負(fù)兩個(gè)方向的電流，消除了變壓器的直流磁化，提高了利用率。對(duì)觸發(fā)脈沖寬度的要求。整流橋正常工作時(shí)，需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖，常用的方法有兩種：一種是寬脈沖觸發(fā)，它要求觸發(fā)脈沖的寬度大于60；

9、另一種是雙窄脈沖觸發(fā)，即觸發(fā)一個(gè)晶閘管時(shí)，向小一個(gè)序號(hào)的晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)脈沖。寬脈沖觸發(fā)要求觸發(fā)功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以采用雙脈沖觸發(fā)。0時(shí)，晶閘管不在自然換相電換流，而是從自然換相點(diǎn)后移角度開(kāi)始換流，工作過(guò)程與=0基本相同。電阻性負(fù)載60時(shí)的ud波形連續(xù)，60時(shí)ud波形連續(xù)，=120時(shí)，輸出電壓為零，因此三相全控橋式整流電路電阻性負(fù)載相移范圍為0 120。逆變電路圖 1為三相橋式有源逆變電路的原理圖。為滿(mǎn)足逆變條件，左端橋式不可控整流電路為逆變提供了上正下負(fù)的電動(dòng)勢(shì)。研究三相全控橋式逆變電路的工作改變控制電壓uct，使逆變角的范圍在3090之間，觀(guān)察全控逆變電路的輸出電壓波形ud，輸出

10、電流波形id及晶閘管電壓波形uvt，記錄=30，60，90時(shí)的ud,id及uvt的波形圖。=30時(shí)ud的波形=30時(shí)id的波形=30時(shí)ut1的波形=60時(shí)ud的波形=60時(shí)id的波形=60時(shí)ut1的波形=90時(shí)，ud, id波形=90時(shí)ut1的波形ut1寫(xiě)出逆變狀態(tài)時(shí)的輸出電壓表達(dá)式ud=f（）, it= f（）, i2= f（）. 、 ud=- 2.34u2cos=-1.35u2lcosit =0.577idi2= 0.816 idid=（ud- em）/ rpd=r id2 +emid參數(shù)計(jì)算設(shè)ud=400v， id=100aud,選擇晶閘管元件的型號(hào)和變壓器容量晶閘管耐壓應(yīng)大于2ud,

11、選擇耐壓800v以上的晶閘管，例如1200v。變壓器容量 計(jì)算：i2=i1=0.816id=81.6a (前系數(shù)取1.4)在計(jì)算得到變壓器次級(jí)相電壓有效值u2以及相電流有效值i2后，根據(jù)變壓器本身的相數(shù)m就可計(jì)算變壓器的容量，其值為 平均計(jì)算容量 式中，m1和m2為變壓器初、次級(jí)繞組的相數(shù)。所以, s2=3*132*81.6=32.3kvas1=3*380*81.6=93kvas=62.6kva實(shí)驗(yàn)結(jié)果用示波器觀(guān)察并記錄=30o, =60o, =90o時(shí)的ud、ut1、it波形。觀(guān)察逆變失敗現(xiàn)象，分析逆變失敗原因。最小逆變角的確定為保證逆變能正常工作，使晶閘管的換相能在電壓負(fù)半波換相區(qū)之內(nèi)完成

12、換相，觸發(fā)脈沖必須超前一定的角度，也就是說(shuō)，逆變角必須要有嚴(yán)格的限制。1.換相重疊角。由于整流變壓器存在漏抗，使晶閘管在換相時(shí)存在換相重疊角。值隨電路形式、工作電流大小不同而不同，一般選取1525電角度。2.晶閘管關(guān)斷時(shí)間tg所對(duì)應(yīng)的電角度。晶閘管從導(dǎo)通到完全關(guān)斷需要一定的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間tg一般由管子的參數(shù)決定，通常為200300s，折合到電角度約為45.4。 3.安全余量角。由于觸發(fā)電路各元件的工作狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，使觸發(fā)脈沖的間隔出現(xiàn)不均勻既不對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象，再加上電源電壓的波動(dòng)，波形畸變等因素，因此必須留有一定的安全余量角，一般為10左右。 綜合以上因素，最小逆變角+=3035。設(shè)計(jì)總結(jié) 電力電子技術(shù)既是一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是實(shí)用性很強(qiáng)的一門(mén)課程。課程設(shè)計(jì)是檢驗(yàn)我們所學(xué)知識(shí)的一個(gè)良好手段，讓我們可以在實(shí)踐中檢驗(yàn)自己，課程設(shè)計(jì)耗時(shí)兩個(gè)多星期，在這個(gè)過(guò)程中，我也曾經(jīng)因?yàn)閷?shí)踐經(jīng)驗(yàn)的