方案设计报告
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图 1 .系统主电 气原理框图
3.2 参数计算 本电源主要采用三相全波不控整流电路对三相交流电整流得到
110KW 直流电源。 3.2.1 三相全波不控整流电路
考虑到本整流柜的重要性，所以我们更多的考虑到整流柜的稳定 性和可靠性，故采用三相全波不控整流电路，电路由 6 个整流二极管
20%-30%， 本 系 统 添 加 有 无 功 补 偿 器 ， 可 消 除 一 部 分 谐 波 量 。 3.2.5 无功补偿器计算
本系统中柴油发电机组机的功率因素为 0.8，而整流柜最高输出功 率 110KW，则柴油发电机的视在功率 S=110KW/0.8=137.5KVA， 则 无 功 功 率 Q S2 - P2 137.52 -1102 82Kvar ；
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构成。 由 于 本 系 统 电 路 输 出 电 压 为 U0=460*1.35=DC621V， 输 出 功 率 为
110KW，则 输出电流 为 DC177A，故 我们在选 择整流 二极管时 ，留有 一 定 余 量 ，选 用 600A/1800V 的 二 极 管 。散 热 器 的 选 型 由 晶 闸 管 厂 家 推 荐 ， 采用风冷散热。 3.2.2 输入电流计算
KWZL-110KW 整 流 柜 的 输 入 为 柴 油 发 电 机 组 , 柴 油 发 电 机 组 输 出 电 压 为 460HZ，频率为 60百度文库Z 的三相交流电，经三相全波不控整流电路输出直流电。考 虑到现场实际运行时，例如：铭牌 88KW，功率因素 0.8 的柴油发电机组，在没 有无功补偿情况下，带载 40KW，柴油发电机组的功率因素为 0.75。现在本整流 柜的输入为在最大 120KW，功率因素 0.8 的柴油发电机组，而实际整流桥输出功 率需要满足 110KW，为满足实际要求，故必须提高功率因素，加入无功补偿器。
根据 系统技 术指 标柴油 发电机 最大功 率 120KW，以 效率为 0.9 计 算 ， 可 得 ： Pi=1.732U*I*cosφ =Po=120KW， cosφ =0.9， U=460V
得到 I=167A 根据输入电压 AC460V,输入电流 AC167A， 交流断路器我们均选取 额定电流为 250A 的器件。 3.2.3 滤波电容计算 整 流 柜 额 定 输 出 电 压 DC620V，而 本 身 本 系 统 的 负 载 并 联 了 一 个 电 池，相当于一个无穷大的电容，故本系统设计时没有太多考虑纹波的 要求，但是考虑到整流桥的稳定性以及可靠性，输出并联有 6 个 450uF/1000V 的薄膜电容，主要消除尖峰电压及高次谐波等。 3.2.4 谐波值计算 对于三相全波不控整流电路，当忽略三相桥式可控硅整流电路换 相过程和电流脉动，假定交流侧电抗为零，直流电感为无穷大，则交 流侧电流傅里叶级数展开为：
由上式可得以下结论： 电流中主要含有 5、7、11、13...等各次谐波，各次谐波的有效值
与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数，所有 主要谐波为 5 次谐波。
一 般 三 相 全 波 不 控 整 流 电 路 电 压 谐 波 为 15%-20% ， 电 流 谐 波 为
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抗值为 X1，C 为补偿电容器的电容，其基波容抗值为 Xc，Ins 为流入 系统的 n 次谐波电流，Inc 为流入电容器的 n 次谐波电流，
Ins =In(nX1 -Xc/n)/（nX2 + nX1 -Xc/n），X1/Xc 等于 K 代入， 即得：Ins =In×Xc(K-1/n2)/(X2 + Xc（K-1/n2)),(X1/Xc 等于 K) 当 K-1/n2 =0 即 K=1/n2 流 入 系 统 的 n 次 谐 波 为 零 ，说 明 L-C 回 路 对 n 次 谐 波 完 全 滤 除 ，它 是一个单调谐滤波器。本系统主要功率为 5 次谐波，则 K=1/25，
电 容 器 Q 2 fCU 2 ，其 中 Q=23Kvar，f=60Hz,U=460V，则 C=288uF。 本系统可等效为该电路图：
图 2.等效电路图
In 为系统 n 次谐波电流，也看作由一恒流源发出，L2 为系统等值 电 感 ，其 基 波 电 抗 值 为 X2，L1 为 电 容 器 所 串 电 抗 器 的 电 感 ，其 基 波 电
1.1 任务来源.......................................................................................................4 1.2 研制指导原则.............................................................................................. 4 1.3 整流柜组成及功能...................................................................................... 4 2 主要技术指标及设计要求................................................................................ 4 2.1 自然环境.......................................................................................................4 2.2 主要技术指标.............................................................................................. 4 3 设计方案.............................................................................................................5 3.1 总体方案.......................................................................................................5 3.2 参数计算.......................................................................................................6 3.3 组成部分设计方案...................................................................................... 9 3.4 系统结构图纸............................................................................................ 15 3.5 系统安全性设计........................................................................................ 17 4 方案满足技术指标情况.................................................................................. 17 5 风险分析...........................................................................................................18 6 结论...................................................................................................................18
2 主要技术指标及设计要求 2.1 自然环境
a） 温度 最高温度：+50℃； 最低温度：-20℃；
b） 相对湿度：不大于 90%（+25℃时）；
2.2 主要技术指标 a） 输入额定电压：三相 460Vac，60HZ； b） 输出功率：不低于 300kW； c） 补偿参数：电容器 20Kvar+30Kvar（2 路），电感率为 7 %;； d） 谐波分量：不大于 20%； e） 工作温度：-20℃～50℃； f） 防护等级：IP43； g） 外形尺寸：1120mm×700mm×700mm。
主
题
KWZL-110KW 整流柜设计报告
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目次 1 概述.....................................................................................................................4
根 据 柴 油 发 电 机 组 的 性 能 要 求 ，柴 油 发 电 机 组 的 最 大 功 率 因 素 不 能 超过 0.95，否者会导致柴油发电机组运行在不稳定区域，会造成柴油 发 电 机 的 损 伤 ，留 有 一 定 余 量 ，我 们 通 过 无 功 补 偿 器 将 功 率 因 素 由 0.8 上升到 0.9。
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3 设计方案 3.1 总体方案
此 方 案 主 要 目 的 在 系 统 允 许 的 条 件 下 ， 尽 可 能 提 高 功 率 因 素 ，改 善柴油发电机组的使用效率，同时也要防止功率因素过高造成系统不 稳定；并尽量减少系统的谐波分量。
产 品 的 电 路 原 理 图 如 图 1 所 示 ，KWZL-110KW 整流柜的 重 要 组 成 部 分 ， 三 相 全 波 不 控 整 流 电 路 、无 功 补 偿 器 、三 相 交 流 断 路 器 、直 流 保 险 丝 、 薄膜电容、多功能仪表、直流表、保险丝、温度报警模块、指示灯、 铜 排 、电 缆 等 组 成 。考 虑 到 整 流 柜 的 重 要 性 ，所 以 在 设 计 该 整 流 柜 时 ， 考虑更多的是整流柜的稳定性和可靠性。
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1 概述 1.1 任务来源
KWZL-110KW 整 流 柜 依 据 《 KWZL-110KW 整 流 柜 研 制 任 务 书 》 开展设计。 1.2 研制指导原则
所有零部件选用已定型的货架产品保证系统可靠性及研制周期； 1.3 整流柜组成及功能
KWZL-110KW 整流柜的 重 要 组 成 部 分 ， 由 三 相 全 波 不 控 整 流 电 路 、 无 功补偿器、三相交流断路器、直流保险丝、薄膜电容、多功能仪表、 直 流 表 、保 险 丝 、温 度 报 警 模 块 、指 示 灯 、铜 排 、电 缆 等 组 成 。KWZL-110KW 整流柜将额定电压 460V、频率 60Hz 的三相交流电整流为直流电，并配备无功补 偿器来提高系统的功率因素。
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编号 密级 阶段标记
格式 A1
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名称
KWZL-110KW 整流柜 方案设计报告
部门 编写 校对 审核 标审 批准
武汉科闻传感技术有限公司
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内容概要: 本 报 告 就 KWZL-110KW 整 流 柜 的 设 计 情 况 进 行 了 详 细 介
绍 ，阐 述 了 实 现 方 案 的 技 术 途 径 及 主 要 工 作 内 容 、达 到 的 主 要 技 术 指 标 ，并 对 设 计 情 况 进 行 了 分 析 和 说 明 ，最 后 得 出 了 各 项 指标满足研制任务书、可以转入生产阶段的结论。
当 功 率 因 素 为 0.9 时 ， P=S*0.9=123KW, 则 无 功 功 率 Q S2 - P2 137.52 -123.752 59Kvar ；则 无 功 功 率 补 偿 了 82-59=23Kvar。则 无 功 补 偿 器 的 电 容 器 为 23KVar，由 于 本 系 统 的 主 要 谐 波 分 量 为 5 次 谐 波，故无功补偿器中的电抗器选用电抗率为 7%的电抗。
图 1 .系统主电 气原理框图
3.2 参数计算 本电源主要采用三相全波不控整流电路对三相交流电整流得到
110KW 直流电源。 3.2.1 三相全波不控整流电路
考虑到本整流柜的重要性，所以我们更多的考虑到整流柜的稳定 性和可靠性，故采用三相全波不控整流电路，电路由 6 个整流二极管
20%-30%， 本 系 统 添 加 有 无 功 补 偿 器 ， 可 消 除 一 部 分 谐 波 量 。 3.2.5 无功补偿器计算
本系统中柴油发电机组机的功率因素为 0.8，而整流柜最高输出功 率 110KW，则柴油发电机的视在功率 S=110KW/0.8=137.5KVA， 则 无 功 功 率 Q S2 - P2 137.52 -1102 82Kvar ；
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构成。 由 于 本 系 统 电 路 输 出 电 压 为 U0=460*1.35=DC621V， 输 出 功 率 为
110KW，则 输出电流 为 DC177A，故 我们在选 择整流 二极管时 ，留有 一 定 余 量 ，选 用 600A/1800V 的 二 极 管 。散 热 器 的 选 型 由 晶 闸 管 厂 家 推 荐 ， 采用风冷散热。 3.2.2 输入电流计算
KWZL-110KW 整 流 柜 的 输 入 为 柴 油 发 电 机 组 , 柴 油 发 电 机 组 输 出 电 压 为 460HZ，频率为 60百度文库Z 的三相交流电，经三相全波不控整流电路输出直流电。考 虑到现场实际运行时，例如：铭牌 88KW，功率因素 0.8 的柴油发电机组，在没 有无功补偿情况下，带载 40KW，柴油发电机组的功率因素为 0.75。现在本整流 柜的输入为在最大 120KW，功率因素 0.8 的柴油发电机组，而实际整流桥输出功 率需要满足 110KW，为满足实际要求，故必须提高功率因素，加入无功补偿器。
根据 系统技 术指 标柴油 发电机 最大功 率 120KW，以 效率为 0.9 计 算 ， 可 得 ： Pi=1.732U*I*cosφ =Po=120KW， cosφ =0.9， U=460V
得到 I=167A 根据输入电压 AC460V,输入电流 AC167A， 交流断路器我们均选取 额定电流为 250A 的器件。 3.2.3 滤波电容计算 整 流 柜 额 定 输 出 电 压 DC620V，而 本 身 本 系 统 的 负 载 并 联 了 一 个 电 池，相当于一个无穷大的电容，故本系统设计时没有太多考虑纹波的 要求，但是考虑到整流桥的稳定性以及可靠性，输出并联有 6 个 450uF/1000V 的薄膜电容，主要消除尖峰电压及高次谐波等。 3.2.4 谐波值计算 对于三相全波不控整流电路，当忽略三相桥式可控硅整流电路换 相过程和电流脉动，假定交流侧电抗为零，直流电感为无穷大，则交 流侧电流傅里叶级数展开为：
由上式可得以下结论： 电流中主要含有 5、7、11、13...等各次谐波，各次谐波的有效值
与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数，所有 主要谐波为 5 次谐波。
一 般 三 相 全 波 不 控 整 流 电 路 电 压 谐 波 为 15%-20% ， 电 流 谐 波 为
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抗值为 X1，C 为补偿电容器的电容，其基波容抗值为 Xc，Ins 为流入 系统的 n 次谐波电流，Inc 为流入电容器的 n 次谐波电流，
Ins =In(nX1 -Xc/n)/（nX2 + nX1 -Xc/n），X1/Xc 等于 K 代入， 即得：Ins =In×Xc(K-1/n2)/(X2 + Xc（K-1/n2)),(X1/Xc 等于 K) 当 K-1/n2 =0 即 K=1/n2 流 入 系 统 的 n 次 谐 波 为 零 ，说 明 L-C 回 路 对 n 次 谐 波 完 全 滤 除 ，它 是一个单调谐滤波器。本系统主要功率为 5 次谐波，则 K=1/25，
电 容 器 Q 2 fCU 2 ，其 中 Q=23Kvar，f=60Hz,U=460V，则 C=288uF。 本系统可等效为该电路图：
图 2.等效电路图
In 为系统 n 次谐波电流，也看作由一恒流源发出，L2 为系统等值 电 感 ，其 基 波 电 抗 值 为 X2，L1 为 电 容 器 所 串 电 抗 器 的 电 感 ，其 基 波 电
1.1 任务来源.......................................................................................................4 1.2 研制指导原则.............................................................................................. 4 1.3 整流柜组成及功能...................................................................................... 4 2 主要技术指标及设计要求................................................................................ 4 2.1 自然环境.......................................................................................................4 2.2 主要技术指标.............................................................................................. 4 3 设计方案.............................................................................................................5 3.1 总体方案.......................................................................................................5 3.2 参数计算.......................................................................................................6 3.3 组成部分设计方案...................................................................................... 9 3.4 系统结构图纸............................................................................................ 15 3.5 系统安全性设计........................................................................................ 17 4 方案满足技术指标情况.................................................................................. 17 5 风险分析...........................................................................................................18 6 结论...................................................................................................................18
2 主要技术指标及设计要求 2.1 自然环境
a） 温度 最高温度：+50℃； 最低温度：-20℃；
b） 相对湿度：不大于 90%（+25℃时）；
2.2 主要技术指标 a） 输入额定电压：三相 460Vac，60HZ； b） 输出功率：不低于 300kW； c） 补偿参数：电容器 20Kvar+30Kvar（2 路），电感率为 7 %;； d） 谐波分量：不大于 20%； e） 工作温度：-20℃～50℃； f） 防护等级：IP43； g） 外形尺寸：1120mm×700mm×700mm。
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目次 1 概述.....................................................................................................................4
根 据 柴 油 发 电 机 组 的 性 能 要 求 ，柴 油 发 电 机 组 的 最 大 功 率 因 素 不 能 超过 0.95，否者会导致柴油发电机组运行在不稳定区域，会造成柴油 发 电 机 的 损 伤 ，留 有 一 定 余 量 ，我 们 通 过 无 功 补 偿 器 将 功 率 因 素 由 0.8 上升到 0.9。
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3 设计方案 3.1 总体方案
此 方 案 主 要 目 的 在 系 统 允 许 的 条 件 下 ， 尽 可 能 提 高 功 率 因 素 ，改 善柴油发电机组的使用效率，同时也要防止功率因素过高造成系统不 稳定；并尽量减少系统的谐波分量。
产 品 的 电 路 原 理 图 如 图 1 所 示 ，KWZL-110KW 整流柜的 重 要 组 成 部 分 ， 三 相 全 波 不 控 整 流 电 路 、无 功 补 偿 器 、三 相 交 流 断 路 器 、直 流 保 险 丝 、 薄膜电容、多功能仪表、直流表、保险丝、温度报警模块、指示灯、 铜 排 、电 缆 等 组 成 。考 虑 到 整 流 柜 的 重 要 性 ，所 以 在 设 计 该 整 流 柜 时 ， 考虑更多的是整流柜的稳定性和可靠性。
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1 概述 1.1 任务来源
KWZL-110KW 整 流 柜 依 据 《 KWZL-110KW 整 流 柜 研 制 任 务 书 》 开展设计。 1.2 研制指导原则
所有零部件选用已定型的货架产品保证系统可靠性及研制周期； 1.3 整流柜组成及功能
KWZL-110KW 整流柜的 重 要 组 成 部 分 ， 由 三 相 全 波 不 控 整 流 电 路 、 无 功补偿器、三相交流断路器、直流保险丝、薄膜电容、多功能仪表、 直 流 表 、保 险 丝 、温 度 报 警 模 块 、指 示 灯 、铜 排 、电 缆 等 组 成 。KWZL-110KW 整流柜将额定电压 460V、频率 60Hz 的三相交流电整流为直流电，并配备无功补 偿器来提高系统的功率因素。
档号 保管期限
编号 密级 阶段标记
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KWZL-110KW 整流柜 方案设计报告
部门 编写 校对 审核 标审 批准
武汉科闻传感技术有限公司
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内容概要: 本 报 告 就 KWZL-110KW 整 流 柜 的 设 计 情 况 进 行 了 详 细 介
绍 ，阐 述 了 实 现 方 案 的 技 术 途 径 及 主 要 工 作 内 容 、达 到 的 主 要 技 术 指 标 ，并 对 设 计 情 况 进 行 了 分 析 和 说 明 ，最 后 得 出 了 各 项 指标满足研制任务书、可以转入生产阶段的结论。
当 功 率 因 素 为 0.9 时 ， P=S*0.9=123KW, 则 无 功 功 率 Q S2 - P2 137.52 -123.752 59Kvar ；则 无 功 功 率 补 偿 了 82-59=23Kvar。则 无 功 补 偿 器 的 电 容 器 为 23KVar，由 于 本 系 统 的 主 要 谐 波 分 量 为 5 次 谐 波，故无功补偿器中的电抗器选用电抗率为 7%的电抗。