电力电子专业课程设计中频电源主电路设计.doc

辽宁石油化工大学

课 程 设 计

信控 学院 电气工程及其机动化专业
电气1103班

题 目 中频电源主电路设计
学 生
指引教师

二零一一年六月

课程设计任务书
题 目
中频电源主电路设计
学生姓名
马宗亮
学号

专业班级
电气1103
设
计
内
容
与
要
求
设计数据：
（1）额定中频电源输出功率PH=100kW，极限中频电源输出功率PHM=1.1PH=110kW；
（2）电源额定频率f =1kHz；
（3）逆变电路效率h=95%
（4）逆变电路功率因数：cosj =0.81，j =36º；
（5）整流电路最小控制角amin =15º；
（6）无整流变压器，电网线电压UL=380V；
（7）电网波动系数A=0.95~1.10。

设计规定：
（1）画出中频感应加热电源主电路原理图；
（2）完毕整流侧电参数计算；
（3）完毕逆变侧电参数计算。

/起止时间
年 6 月3 日 至 年 6 月9 日
指引教师签名
年 月 日
系（教研室）主任签名
年 月 日
学生签名
马宗亮 6月25日

目 录

1.1 课程设计题目……………………………………………… （1）
1.2 设计思想及内容……………………………………………… （2）
1.3 主电路原理图………………………………………………… （6）
1.4 元器件清单…………………………………..………………… （7）
1.5 设计总结……………………………………………………..… （8）
参照文献………………………………………………………………… （8）

电力电子技术课程设计

1.1 课程设计题目
1. 原始数据及资料：

（1）额定中频电源输出功率PH=100kW，极限中频电源输出功率PHM=1.1PH=110kW；
（2）电源额定频率f =1kHz；
（3）逆变电路效率h=95%；
（4）逆变电路功率因数：cosj =0.81，j =36º；
（5）整流电路最小控制角amin =15º；
（6）无整流变压器，电网线电压UL=380V；
（7）电网波动系数A=0.95~1.10。

2. 设计规定

（1）画出中频感应加热电源主电路原理图；
（2）完毕整流侧电参数计算；
（3）完毕逆变侧电参数计算。

1.2 设计思想及内容
1.设计思想
中频电源装置基本工作原理，就是通过一种整流电路把工频交流电变为直流电，通过直流电抗器最后经逆变器变为单相中频交流电供应负载，因此中频电源装置事实上是交流电-直流电-交流电-负载。

2．设计内容：
一． 整流电路设计

1. 整流电路选取：
本设计不用整流变压器而直接由380V三相交流接入再整流为直流电源。惯用三相可控整流电路有三相半波三相半控桥三相全控桥双反星形等。
三相全控桥整流电压脉动小，脉动频率高，基波频率为300Hz，因此串入平波电抗器电感量小，动态响应快，系统调节及时，并且三相全控桥电路可以实既有源逆变，把能量回送电网或者采用触发脉冲迅速后移至逆变区，使电路瞬间进入有源逆变状态进行过电流保护。
三相全控桥式可控整流电路与三相半波电路相比，若规定输出电压相似，则三相桥式整流电路对晶闸管最大正反向电电压规定减少一半；若输入电压相似，则输出电压比三相半波可控整流是高一倍。并且三相全控桥式可控整流电路在一种周期中变压器绕组不但提高了导电时间，并且也无直流流过，克服了三相半波可控整流电路存在直流磁化和变压器运用率低缺陷。
从以上比较中可看到：三相桥是可控整流电路从技术性能和经济性能两方面综合指标考虑比其她可控整流电路有优势，故本次设计拟定选取三相桥式可控整流电路。由于电源额定频率f为1KHZ,因此三相桥式可控整流电路中晶闸管选取迅速晶闸管。

2. 整流侧参数计算：
(1)直流侧最大输出功率：
Pdm==1.1=1.1×=115.79Kw
(2)整流侧输出电压：
Ud=1.35UL cosa=1.35×380×cos15°=495.52V
(3)整流侧输出电流：
Id= =115.79× =233.67A
(4)晶闸管额定电压：
UTN=(1+10%)×380××2=1182.28V

(5)晶闸管额定电流：
ITN=2×× =171.87A

3. 整流侧电路图：
三相桥式全控整流电路是三相半波共阴极组与共阳极组整流电路串联，在任何时刻都必要有两个晶闸管导通才干形成导通回路，其中一种晶闸管是共阴极组，另一种晶闸管是共阳极组。六个晶闸管导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，每隔60°一种晶闸管换相。为了保证在任意时刻都必要有两个晶闸管导通，采用了双脉冲触发电路，在一种周期内对每个晶闸管持续触发两次，两次脉冲前沿间隔为60°。
电路图如下：

二． 逆变电路设计
逆变电路也称逆变器，它与整流相相应，把直流电变成交流电，本次设计采用电流型逆变电路，重要由滤波电容、晶闸管、换相电容、换
相电感构成。整流电路输出电压作为逆变电路直流侧输入电压，且本次设计不考虑换相过程。整流之后直流电压相称于逆变电路电源，通过大电感滤波，使得流经电路电流方向不变，大小恒定。由于电感反馈无功能量时直流电流并不反向，因而不需要并联反馈二极管。

1.逆变侧参数计算：

(1)直流电压：
由于整流电路输出电压为逆变电路直流电压，因此
Ud=495.52V
(2)负载两端基波电压有效值：
Uo=1.11 =679.05V
(3)负载电流基波有效值：
Io=0.9Id=210.30A
(4)晶闸管额定电压：
UTN=2×Uo=2××679.05=1920.35V
(5)晶闸管额定电流：
ITN=2× =2× =210.52

2. 逆变侧电路图

三． 保护系统

由于晶闸管中频电源装置工作受供电电网及负载影响较大，并且晶闸管元件超载能力又较小，故要使电路可靠工作，必要要有完善保护办法。
当整流桥输出失控或逆变桥输出发生短路以及外界其她因素，会使电路中电压和电流在极短时间内上升到极大值，，故需要设计过电压过电流保护电路。消除过电压现象普通可以采用阻容吸取电路，其实
质是将引起过电压磁场能量变成电场能量储存在电容器中，然后电容器通过电阻放电，把能量逐渐消耗在电阻中。

1.整流侧晶闸管过电压保护：

(1)RC吸取电路电容：
Cs =(2.5~5)×10-3×IT(AV)=2.5×10-3×ITN =0.53µF
Cs交流耐压：Ucsm=1.5UTN=1773.15V

(2)RC吸取电路电阻：
Rs =10~30(W)
电阻功率:PR =fC(Um)2×10-6=1000×0.19×(2.45×Ud)2×10-6=279.3W

2.逆变侧晶闸管过电压保护：

(1)RC吸取电路电容：
Cs=(2.5~5)×10-3×ITN = 2.5×10-3×210.52=0.53mF

(2)RC吸取电路电阻：
Rs=10~30(W)
电阻功率:PR =fC(Um)2×10-6=1000×0.29×(×Ud)2×10-6=142.1W

1.3主电路原理

1.4 元器件清单
序号
器件名称
数量
备注
1
晶闸管
6
整流桥
2
晶闸管
4
逆变桥
3
晶闸管RC
保护电容
6
整流桥
4
晶闸管RC
保护电阻
6
整流桥
5
晶闸管RC
保护电容
4
逆变桥
6
晶闸管RC
保护电阻
4
逆变桥
7
电感
4

8
电阻
1
负载
9
电容
1
负载

1.5 设计总结
通过这次课程设计可以及时掌握和巩固所学基本知识，理解中频电源工作原理，学会分析电路和设计电路办法和环节，同步培养咱们一定制图能力。PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出EDA软件，在电子行业CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件前面，是电子设计者首选软件，使用它来进行电路图绘制既以便又美观精确。此外，还使用了公式编辑器。总之，获益良多。
在此期间咱们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着成果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变话题。通过实习，我才真正领略到“艰难奋斗”这一词真正含义，我才意识到老一辈电子设计为咱们社会付出。我想说，设计的确有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一理论学习中，很少有机会能有实践机会，但咱们可以，并且设计也是一种团队任务，一起工作可以让咱们有说有笑，互相协助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年相处还赶不上这十来天合伙，我感觉我和同窗们之间距离更加近了；我想说，的确很累，但当咱们看到自己所做成果时，心中也不免产生兴奋； 正所谓“三百六十行，行行出状元”。咱们同样可觉得社会作出咱们应当做一切，这有什么不好？咱们不断反问自己。也许有人不喜欢此类工作，也许有人以为设计工作有些枯燥，但咱们以为无论干什么，只要人生活故意义就可。社会需要咱们，咱们也可觉得社会而工作。既然如此，那尚有什么必要失落呢？于是咱们决定沿着自己路，执着走下去。
同步我以为咱们工作是一种团队工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必要发扬团结协作精神。某个人离群都也许导致导致整项工作失败。实习中只有一种人懂得原理是远远不够，必要让每个人都懂得，否则一种人错误，就有也许导致整个工作失败。团结协作是咱们实习成功一项非常重要保证。而这次实习也正好锻炼咱们这一点，这也是非常宝贵。对咱们而言，知识上收获重要，精神上丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一种非常美好回忆！

参照文献
[1]. 王兆安 刘进军《电力电子技术》（第五版）机械工程出版社
[2]. 张华 《电类专业毕业设计指引》机械工业出版社