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1、电力电子设计技术报告题 目：品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：刘丹指导教师：2008年12月曰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 .课程设计报告内容 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引言品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 Contr
2、oller ) 的一种， 它以晶闸管 (可控硅SCR|双向可控硅TRIA。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=380M电网波动范围A=0.95
3、1.1、频率 f=50Hz(2)中频电源：额定输出功率P=100kwA最大输出功率 PHn=110kwA频率f=1000Hz、负载基波位移角61=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a接近九/2 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a=Tt/2之前电流就会出现断续。电感量越小，电流开始断续的a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
4、则在电源电压过零时换流；由于自然续流的作用，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，a的移相范围为0180 ,ud 、 I d 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a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
5、一半；若输入电压相同， 则输出电压Ud比三相半波可控整流时高一倍。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。换流只在本组内进行，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。 同组内各品闸管 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
6、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Pd市Ph/ q=115.79(2)直流电压Um：已知输入电压UL=380V,当控制角a =00时，整流输出直流电压Udm=1.35AvUL=487.35-(2-1)(3)直流电流Idm：Idn=Pdm/ U dm=237.59(2 2)(4)晶闸管的选择1)晶闸管额定电流 I T(AV)：I
7、 T(AV) (1.5 2) KTdm=174.39(2 3)式中：Kt 晶闸管电流计算因素，采用三相桥式整流电路Kt=0.3672)品闸管额定电压 Un：Utn =(1.5 2) V6 U2d =1077.78(2-4)(5)滤波电感Ld的选择1)按保证直流电流连续选择L d(1) Kl1 U2d 103/I dL=3.77mH(25)式中：Kl1 一系数，三相桥式 K1=0.407s/rad ;I dL临界连续时id平均值，一般取IdL =0.1 I dN (A)；U 2小一相电压有效值(V)；2)按限制电流脉动选择L d(2) Kl2 U2d / K L3C0d I Dn=4.52mH(
8、2-6)式中：K,2=Uh/ U 2.fKl3= I d/ I Di=6.01 mH d = mw d=m27t f NU1最大的基波电压幅值；I d1最大的基波电流幅值；fN电网频率。对三相桥式时 &=0.46, K L30.05,m=6, d=nmo d=m27t f n；3 )按限制短路电流选择2 7）Ld（3）3.67 U2小/ （3（T） dN I dN式中：&= I dT/I Dn=1.1 1.21 dT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
9、具有移相性能好,控制角与控制电压成比例 , 移相范围宽、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
10、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i d 方向保持不变、大小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 V V V V4不需要并联反馈二极管。辅助品闸管Vii、V12、V13、V13和换相电容C、G换相电感Li、L2构成换流环节。二极管 M、V6,电容 G,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C、G的容量为
11、C,换相电感Li、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 V V4导通，向V V3换流的过程。(1)换流前状态Vi、V4导通，电流经 V、负载、M流通，负载电流i o=i d,电压Uo=e=U。电 容G、G被充电，电压为uci=uc2=uco,极性如图2中所示，为关断V、V4作好准备。(2)主晶闸管关断阶段当触发Vil、V4时，V11导通，将Ucl加到Vl,使Vl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)电容包流放电、充电阶段这个阶段从V, V4关断开始，由于滤波电感L的作用，G, G继续放电，电 流id经Mi、Li、C、负载、G、L2、V14流通，G、G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 C、C2电压为出口呼如二=疥负载在恒流id的作用下，两端电压uo保持不变，即 1.33 U 后413.8(41)式中：UmL压敏电阻额定电压；Um-压敏电阻承受的额定电压峰值；I Pm (2050) 1=5819.74(42)式中：I Pm压敏电阻通流容量；I 交流电源侧电流有效值；三相桥I = J- I dN,3(1)整流侧晶闸管元件过电压保护品闸管承受过电压的能力极差，当电路中电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易反向击穿而损坏。如果正向电压超过其额定电压，还可能引起 品闸管误导
