三相半波可控整流电路有环流可逆直流电力拖动系统课程设计.docx

郑州航空工业管理学院

电力电子变流技术
课程设计论文

09 届 自动化 专业 一 班级

题 目三相半波可控整流电路有环流可逆直流电力拖动系统
姓 名 宋顺阔 学号 090611124
指导教师 苏艳萍

二О一二 年 六 月 八 日

设计题目：三相半波可控整流电路有环流可逆直流电力拖动系统
设计条件：
（1） 电网：380V，50Hz
（2） 直流电动机额定功率15Kw、额定电压220V、额定电流79.6A、额定转速3000r/min。
（3） 变压器漏感：0.4mH
设计任务：
（1） 电源变压器参数的计算。
（2） 晶闸管的选型。
（3） 平波电抗器的计算。
（4） 控制角移相范围的计算。
（5） 最小逆变角的计算。
（6） 主电路图的设计
设计要求：
（1） 根据设计条件计算晶闸管可能流过的最大有效电流，选择晶闸管的额定电流。
（2） 分析晶闸管可能承受到的最大正向、反向电压，选择晶闸管的额定电压。
（3） 计算电源变压器变比，容量。
（4） 计算平波电抗器的电感值，保证电流连续。
（5） 根据设计条件，计算幻想重叠角，最小逆变角，最小控制角。取得控制角移相范围。
（6） 画出完整的主电路图。
提示：
（1） 最大负载平均电流应当在电动机额定电流的1.5倍~2倍之间选择，自选。
（2） 负载电流可近似认为是一条水平直线，即：负载电流就是平均电流。
（3） 在计算平波电抗器、最小逆变角等参数时，需要用到变压器2次侧电压有效值，因此本题目的重点在于给出合适的电源变压器参数。
（4） 关于U2的选择：首先根据负载要求得到一个大致的数据，适当留出裕量；依据该数据计算最小逆变角；依据最小逆变角给出最小控制角；计算换相压降；依据最小控制角以及换相压降验证是否满足负载要求，如果不满足，调整裕量，重新计算。总原则：考虑最小控制角限制以及换相压降影响后，在满足负载要求的前提下，U2裕量尽量小。
（5） 平波电抗器的计算见第3章第5节。
注意：
（1） 每一步都必须给出具体的计算过程和分析过程。
（2） 可用波形图配合说明计算过程。
一．关于U2的计算。
1.根据题意知直流电动机的额定电流为220V，且有环流的存在，则Ud-∆Ud≥220V。三相半波可控整流电路电感性负载时在控制角为时Ud可有以下波形求得：

又因为负载为直流电动机，故

关于Id的计算负载电流就是平均电流为79.6A。由于要考虑最大负载平均电流应当取电动机额定电流的1.5~2.0倍。在本设计中取1.5倍，即Id=79.6*1.5=119.4A取Id为120A。已知L=0.4mH.又因为是三相半波可控整流电路，因此m=3。且W=100π。△Ud=7.2V
所以Ud=1.17U2cosα-∆Ud≥220V
U2≥227.21.17*cosα。
由上式先设定U2一个大致的值，取U2=220V。
2. 最小逆变角的确定，由 βmin=δ+γ+θˊ知δ为晶闸管的关断时间tp折合的电角度，约4°~5°，在这里取δ=4°；θˊ为安全裕量角，取θˊ=10°；γ是换相重叠角。求换相重叠角时，可根据下式求得：
cosγ=1-2IdωLB6U2=0.944
则γ=19.23°所以βmin=4+10+19.23=33.23°
一般取αmin≥βmin，则αmin=βmin=33.23°cosα=0.836
3. 反过来验证U2的值
Ud-∆Ud=1.17U2cosα-∆Ud=208.0V<220V 不符合题意，调整U2设定值重新计算。
4. 取U2为232V时，按上面的计算过程可得：
Ud-∆Ud=1.17U2cosα-∆Ud=224V>220V符合题意，但考虑到总原则：考虑最小控制角限制以及换相压降影响后，在满足负载要求的前提下，U2裕量尽量小。
5. 取U2为231V时，得Ud-∆Ud=1.17U2cosα-∆Ud=220.08V>220Vβmin=32.76°符合题意且满足题意要求。
二. 控制角移相范围的计算。
因为三相半波的控制角范围是0°~150°
又αmin=βmin=32.76°
故控制角的移相范围是32.76°~150°
三. 晶闸管选型。
晶闸管的承受的最大正向URm=2U2=326.7V
晶闸管的承受的最大反向UFm=3×2U2=565.8V，则UTm=565.8V
UTn=2~3UTm=2~3×565.8=1131.7~ 1697.5V故选1600V。
由于是三相半波电路，所以晶闸管的电流有效值;
IT(AV)=(1.5~2)IT1.57=(1.5~2)Id2×1.57=43.9~58.5A 选取60A
故可用晶闸管的型号可选取为KP60-16E。
四. 电源变压器的参数计算
变压器的变比：n=U1U2=380231=1.65 变压器的容量：S=U2×IT=231×0.577×79.6=10609.6V∙A
五. 最小逆变角的计算
βmin=δ+γ+θˊ
由上述计算知：βmin=32.76°。
六. 平波电抗器电感参数的计算
在三相半波的情况下根据公式： 其中一般取电动机额定电流的5%~10%取5%则=3.98A
所以=1.46×2313.98=84.7mH
七. 完整的主电路图
八. 体会心得

参考文献：黄俊 王兆安 电力电子变流技术 第三版