串联多重12脉可控整流电路(440V／200A)

辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：串联多重12脉可控整流电路（440Ｖ／200Ａ）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：2015-12-24至2015-1-3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课程题目串联多重12脉可控整流电路（440Ｖ／200Ａ）课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能采用多脉整流，以减小输出直流的脉动，为1台额定电压440V、功率为85kW的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调速。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、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、进行matlab仿真。8、完成设计说明书。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0～440V连续可调。3、整流输出电流最大值200A。4、直流电动机负载。5、根据实际工作情况，最小控制角取20～300左右。进度计划第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：确定平波电抗器；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：总成绩：指导教师签字：年月日本科生课程设计（论文）II摘要随着科学技术的不断进步，电力电子技术发展迅速，应用十分广泛，它改善了社会的生产方式和我们的生活方式，尤其是晶闸管的发明是电力电子技术的又一次革命。整流电路作为一种发现最早的电力电子电路，它利用晶闸管的特性，可以将交流电变为直流电供给用电设备，即（AC-DC）。但是随着生产技术的不断创新，整流装置的功率也在不断加大，它所产生的谐波、无功功率对电网的干扰也越来越严重，如果我们采用多重化整流电路（串联或并联）可减少输入电流谐波，提高总体功率因数，使输出电压更平滑。本文用《电力电子技术》所学的知识采用串联多重12脉整流，为1台额定电压440V、功率为85kW的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调速。首先设计串联多重12脉整流的主电路，用multisim画出主电路，分析触发电路对晶闸管的控制，设计保护电路，然后对电路参数进行计算和分析并确定元器件型号，最后利用matlab进行电气仿真，对设计结果进行验证。串联多重12脉整流是比较重要的一个整流电路，也是应用得比较广泛的电路，不仅应用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统等其他领域。关键词：整流电路；触发电路；保护电路；12脉整流本科生课程设计（论文）III目录第1章绪论..........................................................11.1电力电子技术概况.............................................11.2本文设计内容.................................................1第2章多重12脉可控整流电路设计.....................................32.1多重12脉可控整流电路总体设计方案............................32.2具体电路设计.................................................32.2.1主电路设计.............................................32.2.2触发电路设计...........................................52.2.3保护电路设计...........................................72.3元器件型号选择...............................................82.3.1晶闸管参数计算与选择...................................82.3.2变压器参数计算与选择...................................82.3.3平波电抗器的参数的确定.................................92.3.4快速熔断器参数的确定...................................92.4系统仿真....................................................102.4.1仿真软件简介..........................................102.4.2串联12脉整流仿真模型建立.............................112.4.3仿真波形及数据分析....................................14第3章课程设计总结.................................................20参考文献............................................................21附录Ⅰ..............................................................22附录Ⅱ..............................................................23本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1电力电子技术概况可以认为，电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。它包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。具体来说，是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。电力变换分为四大类即交流变直流，交流变交流，直流变直流，直流变交流。电力电子技术的不断进步给电气工程现代化巨大推动力，是电气工程这一学科保持活力的重要源泉。1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管，到1957年美国通用电气公司开发出第一支晶闸管产品，于1958年商业化，性能明显胜过贡弧整流器。是晶体管发明和应用后的又一次电子技术革命。电化学工业、铁道电气机车、钢铁工业、电力工业的迅速发展也给晶闸管发展提供了用武之地。20世纪70年代后期，尤其是20世纪80年代以后各种高速、大功率、全控型的器件先后问世，并获得迅速发展.。门极可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR、电力场效应晶体管PowerMOSFET等。电力电子技术不仅应用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统等其他领域。并且在减小体积和重量、提高效率、增加快速性以及增高电压、扩大电流、提高频率等方面均会有较大的进展，也被称为是节能技术。从人类对宇宙和大自然的探索到国民经济的各个领域，再到我们的衣食住行，都能感受到电力电子技术的魅力，一代又一代学者和工程技术人员不断突破，使今天的电力电子技术具有全新面貌。1.2本文设计内容随着整流装置的功率进一步增大，它所产生的谐波，无功功率等对电网的干扰也随之加大，为减轻干扰，可采用12脉、18脉等整流电路。将几个整流电路多重联结可以减少交流侧输入电流谐波，而对晶闸管多重整流电路采用顺序控制的方法可提高功率因数。本文是用《电力电子技术》所学的知识采用串联二重12脉整流，以减小输出直流的脉动，为1台额定电压440V、功率为85kW的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调速。先设计12脉整流的主电路，阐述串联多重12脉本科生课程设计（论文）2整流电路的工作过程及波形；分析触发电路对晶闸管的控制；分析设计保护电路，然后对电路参数进行计算和分析并确定元件型号，并且根据所算出的各种参数值确定所用器件的额定值，熟练掌握晶闸管及整流管的工作特性，最后利用matlab进行电气仿真，对设计结果进行验证。利用变压器二次侧绕组接法不同，使两组三相交流电源间错开30°，输出电压在每个交流电源周期中脉动12次。整流变压器二次绕组一个Y接，另一个角接构成相位相差30°、大小相等的两组电压，两组整流桥串联后再接到负载。，变压器的一次侧和两组二次侧绕组的匝数比为1：1：3错误!未找到引用源。，输出电压Ud=Ud1+Ud2,电流Id=Id1=Id2.采用多重联结并不能提高位移因数，但能使交流输入电流谐波大幅减小，提高总体功率因数。本科生课程设计（论文）3第2章多重12脉可控整流电路设计2.1多重12脉可控整流电路总体设计方案由于并联12脉波整流电路带有平衡电抗器，而串联12脉波整流电路没有，其对材料的消耗大于串联12脉波全控整流电路，它的成本也比串联12脉波全控整流电路高，而且其接线也比串联12脉波全控整流电路复杂。根据以上分析比较，本次设计采用串联12脉波整流电路比较合适。整流电路主要由触发电路、保护电路和整流主电路组成。根据设计任务，将三相380V交流电源经变压器变压后，再经整流电路整流输出带脉动的直流电，其中保护电路为保证此整流电路安全可靠的工作，驱动电路是整流电路的触发电路，控制整流后输出直流电压Ud在0～440V连续可调。在此设计中采用串联12脉波整流，方框图如图2.1所示。图2.1方框图2.2具体电路设计2.2.1主电路设计主电路用multisim绘制（其中触发电路对晶闸管控制和保护电路也画出），二次侧为星接和角接两组桥串联。本科生课程设计（论文）4RLFUSEFUSEFUSEFUSEFUSEFUSEFUSEFUSEFUSEFUSEFUSEFUSEFUSEFUSEFUSEVT1VT2VT3VT4VT5VT6VT7VT8VT9VT10VT11VT120°滞后30°触发电路图2.2串联多重12脉整流电路主电路图图2.2是移相30°构成串联二重联结电路的原理图，利用变压器二次绕组接法的不同，分别采用Y接和△接，使两组三相交流电源间相位错开30°，其大小相等，从而使输出整流电压在每个交流电源周期中脉动12次。因为绕组接法不同，变压器一次绕组和二次绕组的匝数比为1：1：3。将两组3相桥串联，输出电压Ud=Ud1+Ud2,电流Id=Id1=Id2。多重整流电路，利用二次侧绕组接法不同可以大幅减少交流侧输入电流谐波，能在一定程度上提高总体功率因数，使输出电压更平滑，具有备用功能，在工业生产起着重要作用。本科生课程设计（论文）5图2.3移相30串联2重连结电路的输入电流波形2.2.2触发电路设计为了保证电路合闸后能工作，或在电流断续后再次工作，每个星接或者角接电路必须有两个晶闸管同时导通，对将要导通的晶闸管施加触发脉冲，由于星接和角接只是相位不同，原理相同都是三相桥式可控电路，故以下只要对其中一种进行研究即可。KJ041电路内部原理图如图2.4，图中输出端如果接3DK4作功率放大，可得到800mA的触发脉冲电流。使用2块KJ041电路相应输人端并联，二个控制端分别作为正反组控制输入端，输出接12个功率放大管，这样就可组成一个12脉冲正反组控制可逆系统，控制端逻辑“0”电平有效图2.4KJ004内部原理图本科生课程设计（论文）6图2.5KJ041引脚图KJ004电气参数：1.电源电压：直流+15V、-15V，允许波动5%(10%时功能正常)。2.电源电流：正电流15mA，负电流10mA。3.同步电压：任意值。4.同步输入端允许最大同步电流：6mA(有效值）5.移相范围1700(同步电压30V,同步输入电阻15k)6.锯齿波幅度：10V(幅度以锯齿波平顶为准)。7.输出脉冲：(1)宽度：400S—2mS(通过改变脉宽阻容元件达到)。(2)幅度：13V.(3)最大输出