20V／8000A电解电源.

辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目:20V／8000A电解电源院（系）：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：起止时间：2011-12-26至2012-1-6本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算学号学生姓名专业班级设计题目20V／8000A电解电源课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能为冶金工业的电解和电镀工艺提供低电压大电流可调直流电源。输出直流电压0~20V可调，输出直流电流0~8000A可调。设计任务1、方案的经济技术论证。2、主电路设计。3、通过计算选择整流器件的具体型号。4、若采用整流变压器，确定变压器变比及容量。5、触发电路设计或选择。6、绘制相关电路图。7、完成4000字左右说明书。要求1、文字在4000字左右。2、文中的理论分析与计算要正确。3、文中的图表工整、规范。4、元器件的选择符合要求。技术参数1、交流电源：三相380V。2、整流输出电压Ud在0～20V连续可调。3、整流输出电流最大值8000A。4、用于铜的电解或电镀。5、根据实际工作情况，最小控制角取20～300左右。工作计划第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：主电路设计；第5天：选择器件；第6天：确定变压器变比及容量；第7天：保护电路设计；第8天：触发电路设计；第9天：总结并撰写说明书；第10天：答辩指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：指导教师签字：总成绩：年月日本科生课程设计（论文）II摘要本文主要是设计冶金工业的电解和电镀工艺提供低电压大电流可调直流电源。这种电源装置主要由整流变压器与整流器组成整流设备以便从交流电源取得直流电能的变压器。整流设备是现代工业企业最常用的直流电源，广泛用于直流输电、电力牵引、轧钢、电镀、电解等领域。本文将主要介绍三相桥式全控整流电路的主电路和触发电路的原理及控制电路图,由工频三相电压380V经降压变压器后由晶闸管再整流为直流供负载用。但是由于工艺要求大功率,大电流,因此控制比较复杂,特别是触发电路部分必须一一对应,否则输出的电压波动大甚至还有可能短路造成设备损坏。本电路图主要由芯片C8051-F020微控制器来控制并在不同的时刻发出不同的脉冲信号去控制6个晶闸管。大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。关键词：整流变压器；整流器；触发器；电解；本科生课程设计（论文）III目录第一章绪论..........................................................................................................................................11.1电力电子技术概况............................................................................................................11.2本文设计内容.....................................................................................................................1第二章20V／8000A电解电源电路设计.......................................................................................22.120V／8000A电解电源总体电路设计方案...............................................................22.2具体电路设计.....................................................................................................................22.2.1主电路设计.............................................................................................................22.2.2控制电路设计..........................................................................................................62.2.3保护电路设计............................................................................................................82.3元器件型号选择.................................................................................................................102.3.1主电路的器件选择..............................................................................................102.3.2保护电路的器件选择..........................................................................................112.4系统调试或仿真、数据分析......................................................................................12第三章课程设计总结.....................................................................................................................14参考文献................................................................................................................................................15本科生课程设计（论文）1第一章绪论1.1电力电子技术概况近几年越来越多电力电子应用在国民工业中,一些技术先进的国家,经过电力电子技术处理的电能已得到总电能的一半以上。电子技术的应用已深入到工农业经济建设,交通运输,空间技术,国防现代化,医疗,环保,和亿万人们日常生活的各个领域,进入21世纪后电力电子技术的应用更加广泛,因此对电力电子技术的研究更为重要。逆变器时代：七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频调速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。变频器时代：进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。随着全控型电力电子器件的不断进步，电力电子器件的工作频率也不断提高。同时电力电子器件的快关损耗也随之增大。为了减小快关损耗，软开关技术变应运而生，零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）就是软开关的最基本形式。理论上讲采用软开关技术可使开关损耗降为零，可以提高效率。另外，它也使得开关频率得以进一步提高，从而提高了电力电子装置的功率密度。1.2本文设计内容本文主要是设计冶金工业的电解和电镀工艺提供低电压大电流可调直流电源。交流侧电源取三相380V，要求整流输出电压Ud在0～20V连续可调，整流输出电流最大值8000A，根据实际工作情况，最小控制角取20～300左右。这种电源装置主要由整流变压器与整流器组成整流设备以便从交流电源取得直流电能的变压器。本科生课程设计（论文）2第二章20V／8000A电解电源电路设计2.120V／8000A电解电源总体电路设计方案在冶金工业的电解和电镀工艺提供低电压大电流可调直流电源。这种电源装置主要由整流变压器与整流器组成整流设备以便从交流电源取得直流电能的变压器。图2.1总体设计方案框图2.2具体电路设计2.2.1主电路设计电解电镀等工业设计应用中，经常需要大功率的可调直流电源。如果采用三相桥式电路，整流器件的数量很多，还有两个管压降损耗，降低了效率。在这种情况下，可采用带平衡电抗器的双反星形可控整流电路，如图2.2所示。该电路简称双反星形电路。整流变压器二次侧为星型接法的两个绕组,a与a’、b与b’、c与c’接在三相变压器的三个铁芯柱上，且匝数相同但同名端位置相反，使Ua与Ua’、Ub与Ub’、Uc与Uc’的电压大小相等、相位差180度。两个绕阻分别接成两组三相半波共阴极接法的整流电路，通过平衡电抗器Lp并联起来。变压器二次侧两绕组的极性相反可消除铁芯的直流磁化。本科生课程设计（论文）3图2.2带平衡电抗器的双反星形可控整流电路平衡电抗器Lp是从中心抽头，左右两部分绕在同一铁芯上，匝数相等，绕向相同，用来保证两组三相半波整流电路能同时并联导通，每组承担一半负载。因此，与三相桥式电路相比，在采用相同晶闸管的条件下，双反星形电路的输出电流可大一倍。图2.3双反星形电路，α=0º时两组整流电压、电流波形TabcLRniPLPudidVT2VT6VT4VT1VT3VT5c'a'b'n1n2ud1uaubuciaud2ia'uc'ua'ub'uc'OwtOwtOwtOwtId12Id16Id12Id16本科生课程设计（论文）4在图2.3中，两组的相电压互差180º，因而相电流亦互差180º。其幅值相等，都是Id/2。以a相而言，相电流ia与ia，出现的时刻虽不同，但他们的平均值都是Id/6。因为平均电流相等而绕组的极性相反，所以直流安匝互相抵消。因此本电路的利用绕组的极性相反来消除直流磁通势的。在这种并联电路中，在两个星形的中点间接有带中间抽头的平衡电抗器，这是因为两个直流电源并联运行时，只有当两