电力电子技术课程设计

第一章

一、设计目的：

电力电子电路设计是在学习完《电力电子技术》课程之后的一个实践环节，可使学生在理论联系实际、综合分析、理论计算、归纳总结和实验研究等方面得到综合训练和提高，从而培养学生具有独立解决实际问题和从事科学研究的初步能力。通过一个指定课题的设计过程，使学生初步建立正确的设计思想，熟悉工程设计的一般顺序、规范和方法，提高正确使用技术资料、标准、手册等工具书的工作能力。通过设计工作还可以培养学生严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风，树立正确的生产观念、经济观念和全局观念，为学生向工程技术人员过渡打下良好的基础。

电力电子主要运用于交直流的控制系统中，由于学生对该课程的后续课《交直流的控制系统》没有进行系统完整的学习，所以，《电力电子技术》课程设计的主要任务，只能侧重于由电力电子元件组成的整流与逆变电路（称为直流与交流调速系统的主电路）的设计。

二、主要内容：

电力电子元件组成的主电路（以整流电路为主）

1、整流电路的类型选择

2、整流变压器额定参数的计算

3、整流元件的计算与选择

4、晶闸管整流电路的保护电路及元件的计算

5、电抗器的参数计算

6、对所设计的电力电子变流电路进行仿真测试

第二章

一、课程设计数据与要求

10kw直流电动机不可逆调速系统

1、直流电动机技术数据：

型号Z3–71 额定功率P

n =10kw 额定电压U

n

=220v

额定电流I

n =55A 转速n

n

=1000r/min 极数2P=4

电枢电阻R

a =0.5Ω电枢电感L

D

=7mH

励磁电压U

L =220v 励磁电流I

L

=1.6A

2、设计要求：调速范围D=10；转差率S ≤5%；电流脉冲系统Si ≤10%。 二、课程设计内容

1、整流电路的类型选择和参数计算

（1）、主电路的选择原则：一般整流器功率在4KW 以下采用单向整流电路，4KW 以上采用三相整流；所以采用三相整流电路。又由于是不可逆的，所以选择三相桥式半控整流电路。

（2）、控制电路: 该电路采用转速负反馈来稳定转速，采用电流截止负反馈进行限流保护, 反馈方式选择原则是满足调速指标要求的前提下，选择最简单的反馈方案。

(3)、反馈方式的选择

负载要求D ＝10，S ≤15

％，则系统应满足的转速降

电动系数

:

该直流电动机固有转速降

故采用电压闭环控制系统，控制系统电压放大倍数

三、整流变压器参数计算 (1)、U2

的计算

其中: 0.9,1,0.9A B ε==取＝则

2220

(1~1.2)

271.6~325.9250.910.9

V V U ==⨯⨯,

取2U V ＝300则有电压比

12

220

0.733300

K U U

==

= （2）、一次电流I1和二次电流I2的计算

A ：电路参数0.4 1.17 2.34

B ：电网电压波动系数0.9—1.5 ：安全裕量

已知全波整流电路中

1

2

1.11, 1.11f

I I K K

K ===

11

1.05 1.05 1.1155/0.73387.45d

A A I I

K

I K

==⨯⨯=

2

2

1.115560.05d

A A I I K I

=⨯==

（3）、变压器容量的计算

1

1

1

22087.4519239VA VA S U I

==⨯=，22230060.0518015VA VA S U I ==⨯=

1211

()(1923918015)18.62722VA kVA S S S =

+=+=

四、元件的参数计算及选择

1、晶闸管参数计算及选择 （1）、额定电压的计算

,所以取

（2）、额定电流的计算

，所以取

2、二极管参数的计算

二极管参数的计算方法和晶闸管的计算方法相同。 第三章

一、保护环节的计算和选择 1、过压保护

（1）、交流侧过压保护

交流侧过压保护采用阻容（RC ）保护

又因：

所以选C=

而赖压为700V 电枢电压

=55×0.5=27.5V

所以取

（2）、直流侧的过压保护

直流侧采用压敏电阻保护，其计算如下：

所以选用型压敏电阻作为直流侧的保护。

（3）、元件过压保护

晶闸管及整流二极管两端的过电压保护

由参考文献上获得晶闸管过电压保护参数估计值如表1-1所示：

表1-1

元件容量（A） 5 10 20 50 100 200 500

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.50 1.0

C（）

10--20

R()

依据上面表格可以初步确定、

2、过电流保护

（1）、交流侧快速熔断器的选择

由于,考虑到电动机启动瞬间电流较大，熔断器的选取依据

原则可以选用额定电压为300V，额定电流为120A熔断器。（2）、元件段快速熔断器的选择

由于,为了减少元件的多样性便于设计和安装，本设计将元件端快速熔断器的规格定为额定电压为300V，额定电流为85A 熔断器。

二、平波电抗器参数的计算