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1、电力电子设计技术报告题 目：晶闸管并联谐振感应加热中频电源主电路的设计学 院： 工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 0602班 姓 名： 丹 指导教师： 2008年 12月 日目 录1课程设计目的12课程设计题目描述和要求12.1. 课程设计题目描述12.2. 课程设计题目要求及技术指标23.课程设计报告容 33.1 设计方案的选定与说明 33.2论述方案的各部分工作原理及计算 43.3设计方案图表及其电路图 64总结 95参考书目 10引言晶闸管交流功率控制器是国际电工委员会（IEC）命名的“半导体交流功率控制器”（Semiconductor AC Power Controll
2、er）的一种，它以晶闸管（可控硅SCR或双向可控硅TRIAC）为开关元件，是一种可以快速、精确地控制合闸时间的无触点开关，是自动控制温度系统高精度及高动态指标必不可少的功率终端控制设备。晶闸管交流调功器是在一个固定周期或变动周期里，以控制导通的交流电周波数来控制输出功率的大小。晶闸管在正弦波过零时导通，在过零时关断，输出为完整的正弦波。晶闸管交流调功器主要用于各种电阻炉、电加热器、扩散炉、恒温槽、烘箱、熔炉等电热设备的温度自动、手动控制。一晶闸管并联谐振感应加热中频电源主电路的设计要求主要技术数据：（1）输入交流电源：线电压有效值UL=380V、电网波动围AV=0.951.1、频率f=50Hz
3、（2）中频电源：额定输出功率PH=100kw、最大输出功率PHm=110kw、频率f=1000Hz、负载基波位移角1=300。二整流电路的设计1.整流电路的选择很明显，单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小、功率因数高和变压器利用率高等特点。然而值得注意的是，在大电感负载情况下，当控制角接近/2时，输出电压的平均值接近于零，负载上的电压太小，且理想的大电感负载是不存在的，故实际电流波形不可能是一条直线， 而且在=/2之前电流就会出现断续。电感量越小，电流开始断续的值就越小。 单相半控桥式整流电路带大电感负载时的工作特点是：晶闸管在触发时刻换流，二极管则在电源电压过零时换流；由于自然续流的作用，
4、整流输出电压ud的波形与全控桥式整流电路带电阻性负载时相同，的移相围为0180，ud 、Id的计算公式和全控桥带电阻性负载时相同；流过晶闸管和二极管的电流都是宽度为180的方波且与无关，交流侧电流为正、 负对称的交变方波。三相半波(又称三相零式)相控整流电路如图2-7(a)所示。图中TR是整流变压器，可直接由三相四线电源供电。 三只晶闸管的阴极连在一起， 称为共阴极接法， 这在触发电路有公共线时连接比较方便，因此得到了广泛应用。 三相全控桥式可控整流电路与三相半波电路相比，若要求输出电压相同，则三相桥式整流电路对晶闸管最大正反向电压的要求降低一半；若输入电压相同，则输出电压Ud比三相半波可控整
5、流时高一倍。另外， 由于共阴极组在电源电压正半周时导通，流经变压器次级绕组的电流为正；共阳极组在电压负半周时导通，流经变压器次级绕组的电流为负，因此在一个周期中变压器绕组不但提高了导电时间，而且也无直流流过，克服了三相半波可控整流电路存在直流磁化和变压器利用率低的缺点。三相全控桥式整流电路在任何时刻必须保证有两个不同组的晶闸管同时导通才能构成回路。换流只在本组进行， 每隔120换流一次。 由于共阴极组与共阳极组换流点相隔60，所以每隔60有一个元件换流。 同组各晶闸管的触发脉冲相位差为120，接在同一相的两个元件的触发脉冲相位差为180， 而相邻两脉冲的相位差是60。从以上比较中可看到：三相桥
6、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它可控整流电路有优势，故本次设计确定选择三相桥是可控整流电路。 图1-1 三相桥是可控整流电路2.整流电路（直流侧）参数计算和元件选择（1）.直流功率Pdm：设电源效率为95则Pdm=PHm/=115.79（2）直流电压Udm：已知输入电压UL=380V,当控制角=00时，整流输出直流电压 Udm=1.35AVUL=487.35 - （21）（3）直流电流Idm： Idm=Pdm/ Udm=237.59 （22）（4）晶闸管的选择1）晶闸管额定电流IT(AV) ： IT(AV)（1.52）KITIdm =174.39 （23） 式中：KI
7、T晶闸管电流计算因素，采用三相桥式整流电路KIT=0.367 2）晶闸管额定电压UTN：UTN =（1.52） U2 =1077.78 （24）（5）滤波电感Ld的选择1）按保证直流电流连续选择 Ld（1） KL1 U2103/IdL=3.77mH （25） 式中：KL1系数，三相桥式KL1=0.407s/rad； IdL临界连续时id平均值，一般取IdL =0.1 IdN（A）； U2相电压有效值（V）； 2）按限制电流脉动选择 Ld（2） KL2 U2/ KL3d IDn=4.52mH （26）式中：KL2=Ud1/ U2 KL3= Id1/ IDn=6.01mHd=md=m2fNUd1最
8、大的基波电压幅值；Id1最大的基波电流幅值；fN电网频率。对三相桥式时KL2=0.46, KL30.05,m=6, d=md=m2fN； 3）按限制短路电流选择Ld（3）3.67 U2/（3KdT）dN IdN （27）式中：KDt= IdT/ IDn=1.11.2 IdT电流动作值；3.整流电路（直流侧）触发电路的选择可控硅变流技术在电子电力系统中已经应用得极其广泛,而可控硅触发系统则是变流装置中不可缺少的电路单元。集成电路KJ系列触发器具有移相性能好,控制角与控制电压成比例,移相围宽、抗干扰能力强、温漂小、输出功率大及可靠性高等一系列优点。集成电路KJ系列触发器利用在起动瞬间三相干扰触发脉
9、冲同时存在的特点，设计出抗干扰电路，消除了在按下起动按钮的瞬间出现的干扰触发脉冲。利用电容的滤波作用，在变换电路的输入端加接滤波电容，消除了在移相至某区域出现的低幅值超前干扰触发脉冲；利用电容的充电效应，使得每次起动时，移相电压都由一较低值渐增至给定值，实现了限流起动的要求。三逆变电路的设计1. 电路结构逆变电路也称逆变器，是一种DC/AC(直流电/交流电)的转换器，它将电池组的直流电源转化成电压和频率稳定的交流电源。图3-1是电流型逆变器的主电路图，主要由滤波电感、晶闸管、换相电容、换相电感组成。图2左端的直流输入是交流整流后经大电感滤波，无功能量由滤波电感L吸收，电流id方向保持不变、大小
10、近于恒定可以看作是直流电流源供电。在逆变器工作时，负载电流近似为幅值为输入电流的方波电流。由于电流恒定，主臂晶闸管V1、V2、V3、V4不需要并联反馈二极管。辅助晶闸管V11、V12、V13、V13和换相电容C1、C2换相电感L1、L2构成换流环节。二极管V5、V6，电容C3，电阻R及电源U构成过电压抑制回路。 图3-1 电流型逆变器的主电路2. 工作原理滤波电感L滤波储能，换相电容C1、C2的容量为C，换相电感L1、L2的电感值为L。在换流时输入电流id近似看作是恒流源，负载为电阻性负载。以下分析V1、V4导通，向V2、V3换流的过程。(1)换流前状态V1、V4导通，电流经V1、负载、V4流
11、通，负载电流io=id，电压uo=eo=Uo。电容C1、C2被充电，电压为uc1=uc2=uco，极性如图2中所示，为关断V1、V4作好准备。(2)主晶闸管关断阶段当触发V11、V14时，V11导通，将uc1加到V1，使V1关断；同理V14导通，uc2使V4承受反压关断。此阶段换相电容电压为(3)电容恒流放电、充电阶段这个阶段从V1，V4关断开始，由于滤波电感L的作用，C1，C2继续放电，电流id经V11、L1、C1、 负载、C2、L2、V14流通，C1、C2电压逐渐降为零，然后在恒电流下反向充电。此阶段，换相电容C1、C2电压为负载在恒流id的作用下，两端电压uo保持不变，即电压eo为L1、
12、C1、负载、C2、L2的电压和，由于id恒定，L1、L2的感应电压值较小，约为零，暂不计，所以在这阶段，当eo大于过压限制U时，恒流源将通过V5向电容C3充电，使eo降低，同时流过V11、L1、C1、负载、C2、L2、V14的电流将减少。(4)主晶闸管开通阶段触发V2、V3导通，电流将分三条支路流通，一条是经V11、L1、C1、V3支路，此时eO大于-uc1，继续向电容C1充电，另一条是经V2、C2、L2、V14支路，由于eo大于-uc2，继续向电容C2充电，第三条是经V2、负载、V3支路，负载承受反向电压-co，电流io迅速反向聚增。电压eo受恒流源id的限制，迅速减小到正常水平，当eo小于-uc1=-uc2=Uco时，V11、V14自然关断，电容C1、C2充电完成，为下一次关断V13、V12作好准备，此时换流完成，只剩余V2、负载、V3支路流通，负载电流io=-id。V2、V3导通，向V1、V4换流过程与上述相似。3. 逆变电路晶闸管参数计算和元件选择（1）正向阻断电压UDRM 不考虑换向过程时UDRM=KVUd/0.9cos=1276.96 （31）式中：KV电压安全裕量系数，KV=1.21.4。cos=0.866（2）最大输出电流ITmITm=Ki Idm=413.8
