电力电子技术课程设计正文Word文件下载.docx
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式中：
U2φ－整流变压器二次侧相电压
UMN－直流电动机额定电压；
U2φ=（0.90～1.0）220/
=（114.5～127.2）V
取U2φ=120V
整流变压器一、二次电压比为：
K=U1φ/U2φ
=380/120=3.17
K－整流变压器变比
U1φ－整流变压器一次侧相电压；
U2φ－整流变压器二次侧相电压；
（3）.整流变压器一、二次电流I1、I2的计算
I2=
IdN（3－2）
=0.816IdN=0.816×
54.8=44.7A
式中：
IdN－整流器额定直流值
I1=I2/K=44.7/3.17=14.1A
（4）整流变压器的容量的计算
ST=（S1+S2）/2=KSTKUVU2φIdN（3－3）
=1.05×
2.34×
120×
54.8
=16.16KVA
取ST=17KVA
ST－整流变压器视在功率；
S1－整流变压器一次侧视在功率；
S2－整流变压器二次侧视在功率；
KST－视在功率计算因素；
KUV－整流变压器计算因素；
U2φ－整流变压器二次侧相电压；
IdN－整流器额定直流值；
（5）整流变压器的数据
相数：
三相；
接线：
D,Yn11；
容量：
17KVA；
一次侧相电压：
380V；
二次侧相电压：
120V；
一次侧相电流：
14.1A；
二次侧相电流：
44.7A；
3.2晶闸管元件的选择
（1）.额定电压的计算
UTN=（2～3）
U2φ（3－4）
=（2～3）
×
120
=（588～882）V
取UTN=800V
（2）.额定电流的计算
IT（AV）≥（1.5～2）KITIdmax（3－5）
KIT－晶闸管电流计算因素，采用三相桥式整流电路KIT=0.367
Idmax－最大整流电流（A）Idmax=电动机最大工作电流，取Idmax=1.5IN
IT（AV）≥（1.5～2）KITIdmax=（1.5～2）KIT×
1.5IN
=（1.5～2）×
0.367×
1.5×
=（45.2～60.3）A
取IT（AY）=50A
选晶闸管的型号规格为KP50-8
3.3平波电抗器的计算
（1）.电动机电枢电感LMa（mH）的计算
LMa=KMUMN103/2PnNIMN（3－6）
UMN－直流电动机额定电压（V）；
IMN－直流电动机额定电流（A）；
nN－电动机额定转速（r/min）；
P－电动机磁极对数；
KM－计算系数，一般无补偿电动机KM=8～12,快速无补偿电动机KM=6～8，有补偿电动机KM=5～6；
LMa=KMUMN103/2PnNIMN
=8×
220×
103/2×
2×
1000×
=8.029（mH）
（2）变压器漏感LT（mH）的计算
LT=KTUdlU2φ/IdN（3－7）
KT－整流变压器漏感计算系数,三相全控KT=3.9；
Udl－整流变压器短路电压标么值,取Udl=0.05；
U2φ－整流变压器二次侧相电压（A）；
IdN－整流器额定直流值（A）；
LT=KTUdlU2φ/IdN
=3.9×
0.05×
120/54.8
=0.427（mH）
（3）平波电抗器电感的计算
1）保持电流连续所需的电感值Llx（mH）
Llx=L1－（2LT＋LMa）=K1U2φ/Idmin－（2LT＋LMa）（3－8）
L1－电流连续时的临界电感L1=K1U2φ/Idmin；
LT－整流变压器漏感；
LMa－电动机电枢电感；
Idmin－电流连续的最小值；
K1－临界电感计算系数，三相全控桥K1=0.693；
Llx=K1U2φ/Idmin－（2LT＋LMa）
=0.693×
120/5－（2×
0.427＋8.029）
=7.749（mH）
2）限制电流脉动系数所需的电感值Lmd（mH）
Lmd=L2－（2LT＋LMa）
=（UdM/U2φ）·
103/2πfd·
U2φ/SiIdN（2LT＋LMa）（3－9）
L2－满足一定脉动要求的电感值；
UdM－整流输出电压最低频率的交流电压分量幅值，在三相全控桥整流电路中UdM/U2φ=0.46；
fd－输出最低频率分量的频率值，三相全控桥fd=300；
Si－给定的允许电流脉动系数，三相整流电路中Si为5％～10％；
Lmd=（UdM/U2φ）·
U2φ/SiIdN
=（0.46×
103/2π×
300）×
120/0.05×
54.8－（2×
0.427＋7.749）
=1.78（mH）
所以，选取平波电抗器的电感量为8mH时，电流连续和脉动要求能同时满足。
第四章保护电路的设计
4.1整流电路的过电压保护
（1）引起过压的原因
1）操作过电压：
由拉闸、合闸、快速直流开关的切断等经常性操作中的电磁过程引起的过压。
2）浪涌过压：
由雷击等偶然原因引起，从电网进入变换器的过压。
3）电力电子器件关断过电压：
电力电子器件关断时产生的过压。
4）在电力电子变换器-电动机调速系统中，由于电动机回馈制动造成直流侧直流电过高产生过压，也称为泵升电压。
过电压保护有操作过电压和浪涌过电压两种。
操作过电压是由于变压器合闸，拉闸以及晶闸管本身关断所引起的。
浪涌过电压是由于雷击等原因，从电网侵入的偶然过电压。
晶闸管元件承受过电压能力较差，发生过电压时，会使元件损坏，因此必须采取有效措施。
（2）交流侧过电压保护
1）.交流侧阻容吸收过电压保护（如图4－1）
图4－1交流侧阻容吸收过电压保护
RC吸收电路电容Ca（μF）的计算
Ca=17320ξ/U2L（4－1）
ξ－变压器励磁电流对额定电流标么值，一般为0.02～0.05；
U2L－变压器二次侧线电压；
Ca=17320ξ/U2L=17320×
0.05/
120=4.17（μF）
取Ca=4.7μF
Ca的交流耐压：
UCam=1.5Um=1.5×
120=441（V）
Um－晶闸管所承受的最大电压；
选：
金属化纸介质电容CZJ-500-4.74.7μF，500V，3只。
RC吸收电路电阻Ra（Ω）的计算
Ra=0.17U2L/ξI2（4－2）
=0.17
44.7=15.8（Ω）
取Ra=16Ω
电阻功率PRa=（
ξI2）2Ra（4－3）
=（
44.7）2×
16=5.02（W）
线绕电阻RX-10-10.10Ω10W3只.
2）.交流侧压敏电阻过电压保护（如图4－2）
图4－2交流侧压敏电阻过电压保护
压敏电阻额定电压U1mA的选择
U1mA≥1.33Um（4－4）
Um－压敏电阻承受的额定电压峰值（V）；
U1mA≥1.33
U2L≥1.33
120=391（V）
压敏电阻通流容量IPm的选择
IPm≥（20～50）I2（4－5）
=（20～50）×
44.7=894～2235（A）
选用MY31-440/3型压敏电阻；
额定电压440V，通流容量3KA，3只，Δ接。
（2）直流侧过电压保护
直流侧采用压敏电阻过电压保护（如图4－3）
图4－3直流侧压敏电阻过电压保护
压敏电阻额定电压U1mA的选择
U1mA≥1.33Um=1.33×
1.35×
120=304.8（V）
Um－压敏电阻承受的额定电压峰值V；
压敏电阻通流容量IPm的选择
IPm≥（20～50）IdN=（20～50）×
54.8=1096～2740（A）
选用MY31-330/3型压敏电阻；
额定电压330V，通流容量3KA，1只
（3）晶闸管元件过电压保护（如图4－4）
图4－4晶闸管元件过电压保护
晶闸管过电压保护通常采用RC吸收电路，该电路直接并联在器件阳极和阴极之间，既可吸收瞬态电压尖峰，又可抑制电压上升率du/dt。
1）RC吸收电路电容CS（μF）的计算
CS=（2～4）×
10－3IT（AV）（μF）（4－6）
10－3IT（AV）=（2～4）×
10－3×
50=0.1～0.2（μF）
取CS=0.2μF
CS的交流耐压：
UCSm=1.5Um=1.5×
120=441（V）
Um－晶闸管所承受的Um最大电压；
选：
金属化纸介质电容CZJ-500-0.2，0.2μF，500V，6只。
2）RC吸收电路电阻RS的计算
RS=10～30（Ω）
取RS=10Ω
电阻功率PRS≥fCS（UARM/nS）210-6（4－7）
f－电源频率（HZ）
UARM－臂反向工作峰值电压（V）
nS－每臂串联器件数
PRS≥fCS（UARM/nS）210-6
=50×
0.2（
U2φ/1）2×
10-6=50×
120/1）2×
10-6=0.86（W）
线绕电阻RX-10-2.10Ω，1W，6只。
4.2整流电路的过电流保护
（1）引起过流的原因
当电力电子变流器内部某一器件击穿或短路、触发电路或控制电路发生故障、出现过载、直流侧短路、可逆传动系统产生环流或逆变失败，以及交流电源电压过高或过低、缺相等，均可引起变流器内元件的电流超过正常工作电流，即出现过流。
由于电力电子器件的电流过载能力比一般电气设备差得多，因此，必须对变流器进行适当的过流保护。
变流器的过流一般主要分为两类：
过载过流和短路过流。
（2）整流电路桥臂串联快速容断器过电流保护（如图4－5）
图4－5整流电路桥臂串联快速容断器过电流保护
快速容断器的选择原则：
1）快速熔断器的额定电压应大于线路正常工作电压有效值。
2）快速熔断器熔体的额定电流IR是指电流有效值，晶闸管额定电流是指通态电流平均值。
选用时要求
IR≤IRN≤1.57IT（AV）（4－7）
IR－快速容断器容体额定电流
IRN－快速容断器额定电流
取IR=IT（AV）=50（A）
3）熔断器（安装熔体的外壳）的额定电流应大于或等于熔体额定电流值。
故选择RS3-250-50型快速容断器：
额定电压250V，额定电流50A。
（3）直流侧过电流继电器的选择：
过电流继电器的选择原则：
过电流继电器动作电流小于或等于1.2IN。
第五章触发电路的选择
晶闸管触发电路有单结晶体管触发电路；
正弦波触发电路；
锯齿波触发电路；
集成触发电路。
单结晶体管触发电路具有简单、可靠，触发脉冲前沿陡、抗干扰能力强等优点，但输出功率小，不能很好的满足电感性或反电动势负载的需要，移相范围也受到限制。
所以只在单相与要求不高的三相晶闸管装置中使用。
正弦波同步触发电路它的优点：
是整流装置在负载连续时直流输出电压与控制电压成线性关系；
能部分补偿电源电压波动对输出电压的影响。
缺点是：
同步电压直接受电网电压的波动及干扰影响较大，特别是电源电压波形畸变时，控制电压与同步电压波形交点不稳定，导致整个装置工作不稳定；
正弦波移相电路理论上分析移相范围可达00～1800，实际上由于正弦波顶部平坦与控制电压交点不明确而无法工作，实际移相范围最多只能达到00～1500。
为防止各种可能出现的意外情况，电路中必须设置对最小控制角αmin与最小逆变角βmin限制。
锯齿波同步触发电路，具有双脉冲，强触发的特点，由于同步电压采用锯齿波，不直接受电网电压波动畸变的影响，移相范围宽，克服了正弦波移相的缺点应用广泛。
集成触发电路与分立元件相比，提高了电路的可靠性和通用性，具有体积小，成本低，调试方便等优点，得到了越来越广泛的应用。
因此，本设计采用KJ01集成触发电路。
第六章结论
电力电子技术既是一门技术基础课程，也是实用性很强的一门课程。
因此，电力电子装置的应用也是十分重要的。
本文在熟悉三相桥式全控整流电路基本原理的基础上。
总结了一些主电路参数整定方法，讨论了不同整定方案对系统性能的影响。
以及根据参数选择各个电路部分。
第七章心得体会
设计，给人以创作的冲动。
但凡涉及设计都是一件良好的事情，因为她能给人以美的幻想，因为她能给人以金般财富，因为她能给人以成就之感，更为现实的是她能给人以成长以及成长所需的营养，而这种营养更是一种福祉，一辈子消受不竭享用不尽。
我就是以此心态对待此次《电子技术》课程设计的，所谓“态度决定一切”，于是偶然又必然地收获了诸多，概而言之，大约以下几点：
一、温故而知新。
课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”，便重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。
二、思路即出路。
当初没有思路，诚如举步维艰，茫茫大地，不见道路。
在对理论知识梳理掌握之后，茅塞顿开，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“条条大路通罗马”。
顿悟，没有思路便无出路，原来思路即出路。
三、在课程设计中不忘在小处创新，未必是创新技术，但凡创新思维亦可，未必成功，只要实现创新思维培育和锻炼即可。
四、在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。
最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。
参考文献
1.王兆安黄俊主编《电力电子技术》机械工业出版社，2002年出版。
2．王兆安张明勋主编《电力电子设备设计和应用手册》机械工业出版社，2002年出版。
3.王维平,现代电力电子技术及应用.南京：
东南大学出版社，1999
4．叶斌,电力电子应用技术及装置.北京：
铁道出版社，1999
5.马建国,孟宪元.电子设计自动化技术基础.清华大学出版社,2004
6.马建国,电子系统设计.北京：
高等教育出版社,2004
7.王锁萍,电子设计自动化教程.四川：
电子科技大学出版社2002
附录
附录1设备元件明细表
序号
符号
设备元件名称
型号、规格
单位
数量
备注
1
TR
整流变压器
D,YN11.17KVA,380V/120V
台
定制
2
VT
晶闸管
KP50-8.800V,50A
只
6
3
LD
平波电抗器
电感量为8mH
4
Ca
交流侧RC保护电容
CZJ-500-4.7.4.7μF,500V
5
Ra
交流侧RC保护电阻
RX-10-10.10Ω,10W
RU
交流侧压敏电阻
MY31-440/3.440V,3KV
7
RUd
直流侧压敏电阻
MY31-330/3.330V,3KV
8
CS
晶闸管RC保护电容
CZJ-500-0.2.0.2μF,500V
9
RS
晶闸管RC保护电阻
RX-10-1.10Ω,1W
10
FUF
快速熔断器
RS3-250-50.250V,50A
附录2直流电动机调压调速可控整流电路原理图
主电路接线图
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