402428$小小妖精007$電力電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

.6/9.電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)〔論文題目：20KVAUPS電源設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)〔論文任務(wù)及評語學(xué)號學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計(jì)〔論文題目20KVAUPS電源設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)〔論文任務(wù)將三相380V交流市電轉(zhuǎn)換為恒壓恒頻的三相220V交流電,為重要負(fù)荷供電。一、技術(shù)要求輸入三相交流380V電源。輸出恒定220V交流電壓。輸出恒定50HZ恒定頻率交流電。輸出容量為20KVA。市電斷電可工作30分鐘。二、設(shè)計(jì)任務(wù)1、方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證。2、主電路設(shè)計(jì)。3、通過計(jì)算選擇整流器件、逆變元件的具體型號。4、確定蓄電池容量及型號。5、確定濾波電容與電抗器6、控制電路設(shè)計(jì)或選擇。7、繪制主電路圖。8、課程設(shè)計(jì)總結(jié)指導(dǎo)教師評語及成績平時考核：設(shè)計(jì)質(zhì)量：論文格式：總成績：指導(dǎo)教師簽字：年月日.目錄第一章20KVAUPS電源設(shè)計(jì)方案 11.1UPS電源概述 11.2UPS電源設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu) 1第二章UPS電源電源電路的設(shè)計(jì)22.1整流電路的設(shè)計(jì) 22.2逆變電路的設(shè)計(jì) 62.3整體設(shè)計(jì)電路 8第三章設(shè)計(jì)總結(jié) 1020KVAUPS電源設(shè)計(jì)方案UPS電源概述UPS是一種含有儲能裝置,以逆變器為主要組成部分的恒壓、恒頻的不間斷電源。當(dāng)市電正常時,UPS將市電穩(wěn)壓或穩(wěn)壓、穩(wěn)頻后供負(fù)載使用,同時向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷時〔異常時,UPS立即在4-10ms內(nèi)或"零"中斷時間內(nèi)將蓄電池的電源通過逆變轉(zhuǎn)換的方式向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)電力,使負(fù)載維持正常的工作,以便保存資料并保護(hù)負(fù)載的軟硬件不受損壞。從原理上來說,UPS是一種集數(shù)字和模擬電路,自動控制逆變器與免維護(hù)貯能裝置于一體的電力電子設(shè)備；從功能上來說,UPS可以在市電出現(xiàn)異常時,有效地凈化市電；還可以在市電突然中斷時持續(xù)一定時間給電腦等設(shè)備供電,使你能有充裕的時間應(yīng)付；從用途上來說,隨著信息化社會的來臨,UPS廣泛地應(yīng)用于從信息采集、傳送、處理、儲存到應(yīng)用的各個環(huán)節(jié),其重要性是隨著信息應(yīng)用重要性的日益提高而增加的。1.2UPS電源設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)在正常情況下,即電源由市電提供,市電經(jīng)過整流器整流為直流,存儲到蓄電池中作為備用電源,而后再經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)變成交流電提供給負(fù)載。但是由于逆變器容易發(fā)生故障,所以在電路旁側(cè)加一旁路電源,以便解決當(dāng)逆變器發(fā)生故障不能將市電輸送給負(fù)載的難題。系統(tǒng)的方框圖如圖1.2所示逆變電路整流電路逆變電路整流電路市電負(fù)載觸發(fā)電路蓄電池旁路電源觸發(fā)電路蓄電池旁路電源圖1.2UPS電源設(shè)計(jì)方框圖各部分電路說明如下：1、整流電路：把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。2、儲能電路：本設(shè)計(jì)方案要求采用蓄電池儲能。蓄電池負(fù)載功率的計(jì)算方法如下〔W1、30min所需功率：20*0.5＝1500〔KVA2、蓄電池所需伏安數(shù)X：X＝20*0.5/<12*4*0.9>＝34.72〔Ah式中：20為UPS的額定功率,0.5為持續(xù)供電時間,12為單個蓄電池電壓,4為蓄電池串連的個數(shù),0.9為蓄電池放電常數(shù)；因此所選擇的蓄電池滿足上述條件即可。3、逆變電路：在驅(qū)動信號的控制下,將直流電源轉(zhuǎn)換成頻率和電壓可以任意調(diào)節(jié)的交流電源。4、旁路電源：做備用裝置使用第二章UPS電源的電路設(shè)計(jì)2.1整流電路作品設(shè)計(jì)的整流電路采用三相橋式全控整流電路,如圖2.1.1所示。這種電路的參數(shù)隨著負(fù)載的變化而變化。對于共陰極組的三個晶閘管,陽極所接交流電壓值最高的一個導(dǎo)通。而對于共陽極組的三個晶閘管,則是陰極所接交流電壓值最低的一個導(dǎo)通。這樣,任何時刻共陽極和共陰極組中各有一個晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài),施加于負(fù)載上的電壓為某一線電壓。圖2.1.1晶閘管參數(shù)：保證電流連續(xù)的最小電感：L=0.693〔mH晶閘管的電流有效值：晶閘管通態(tài)平均電流：晶閘管的電流值：變壓器參數(shù)：變壓器二次側(cè)電流：變壓器原邊電流：根據(jù)逆變電路可求出整流輸出電路的輸出電壓和輸出電流,輸出電壓=73.33V,輸出電流=17.49A根據(jù)三相橋式求法可以求得晶閘管通態(tài)平均電流晶閘管的電流有效值：變壓器二次側(cè)電流：變壓器二次側(cè)電壓：變壓器原邊電流：保證電流連續(xù)的最小電感：L=0.693〔mH=0.693*22.56mH這樣既可確定各器件的選擇。二極管型號最高反向峰值電壓〔V平均整流電流〔A最大峰值浪涌電流〔AIN4002100130IN4003200130IN4004400130IN4005600130IN4006800130IN53921001.550IN53932001.550IN53943001.550IN53954001.550IN53965001.550IN53976001.550IN53988001.550RL1521001.560RL1532001.560RL1544001.560RL1556001.560RL1568001.560RL15710001.560RL202100270RL203200270RL204400270RL205600270RL2068002702A021002702A032002702A044002702A056002702A06800270RY2524003150RY2536003150RY2548003150IN54021003200IN54031503200IN54042003200IN54054003200IN54066003200IN54078003200整流電路中,主要應(yīng)用的是晶閘管進(jìn)行的整流,而晶閘管和二極管的最大不同之處是晶閘管工作需要一些附加條件當(dāng)晶閘管承受反向電壓時,無論門集是否有觸發(fā)電流,晶閘管都不導(dǎo)通。當(dāng)晶閘管承受正向電壓時,僅在門集有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通。晶閘管一旦導(dǎo)通,門集便失去控制作用,無論門集觸發(fā)電流是否還純在,晶閘管都保持導(dǎo)通。若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷,只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。綜上,我們需要給晶閘管加以觸發(fā)電路,觸發(fā)電路電路圖如圖所示圖晶閘管觸發(fā)電路2.2逆變電路作品設(shè)計(jì)采用三相PWM逆變器,具有調(diào)節(jié)典雅的功能,同時具有改善波形的功能,此外,PWM控制亦可以消除較低次諧波三相PWM逆變器是要把直流輸入變換為三相正弦交流輸出,許多實(shí)際裝置中通常采用經(jīng)典的三項(xiàng)逆變結(jié)構(gòu),如圖2.2.1所示。這是有三個基本橋壁組成的三相橋式逆變器,其控制方式一般采用雙極性方式,A、B、C通常共用一個三角載波,三角調(diào)制信號依次相差120°,各相功率開關(guān)的控制規(guī)律相同圖三相橋式PWM型逆變電路對于三相輸出的逆變器,三相負(fù)載的平衡是一個必須考慮的重要問題,目前性能較好的大中型UPS都要求具備三相100%不平衡的功能。為了適應(yīng)三相負(fù)載不平衡的需要,三相逆變器最好采用三個單項(xiàng)橋分別變換,然后再把輸出按120°的相位差組合起來的方式,如圖所示。每相各有一個單項(xiàng)橋是逆變器,每個單項(xiàng)橋式逆變器需用四個開關(guān)管。因此總共需要12個開關(guān)器件,節(jié)后復(fù)雜。帶來的好處是：三個單項(xiàng)逆變器工作獨(dú)立,其輸出互不影響,實(shí)際上三個單相逆變器并聯(lián),只是相位不同。這樣可以允許三相負(fù)載100%不平衡,三相嚴(yán)重不平衡也不會對任一逆變器輸入產(chǎn)生影響。圖作品采用逆變電路圖中各相逆變器結(jié)構(gòu)相同,為全橋逆變電路。采用高頻SPWM技術(shù),功率開關(guān)管選用IGBT,開關(guān)頻率為30Hz。通過正弦波控制信號與三角波比較的方法,得到基波為50Hz的SPWM波,再經(jīng)濾波器濾除高頻,可輸出低失真的50Hz正弦波。整流二極管的選?。憾O管的電壓額定值：其中為電壓波形系數(shù),為安全系數(shù)二極管的電流額定值：開關(guān)器件的選擇:電壓額定值：電流額定值:設(shè)計(jì)要求UPS電源的功率S=20MVA輸出交流電壓Uo=220V則可以計(jì)算出Io===52.48A根據(jù)二極管的電壓額定公式可求出,二極管的額定電壓值,并確定二極管的選取根據(jù)二極管的電流額定公式可求出,二極管的額定電流值,并確定二極管的選取根據(jù)所求參數(shù)確定相應(yīng)器件的選取型號參數(shù)3CT13CT33CT53CT103CT20額定通態(tài)平均電流/A1351020斷態(tài)重復(fù)峰值電壓/V30~300030~300030~300030~300030~3000反向重復(fù)峰值電壓/V30~300030~300030~300030~300030~3000維持電流/mA2040406060門極觸發(fā)電壓/V2.53.53.53.53.5門極觸發(fā)電流/mA2050507070門極最大允許正向電壓/V10101010102.3整體設(shè)計(jì)電路圖市電經(jīng)過三相橋式全控整流電路進(jìn)行整流,將交流電轉(zhuǎn)換成直流電,給蓄電池充電,同時經(jīng)過逆變器將直流轉(zhuǎn)換回交流給負(fù)載供電,此時負(fù)載得到的交流電壓比市電電壓質(zhì)量高,即使市電發(fā)生質(zhì)量問題,也能獲得正常的恒壓恒頻的正弦波交流輸出,并且具有穩(wěn)壓穩(wěn)頻的功能,因此也稱為穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源。同時,如果主回路發(fā)生故障,有旁路電源做為備用,這樣,便提高了供電的可靠性。整體設(shè)計(jì)電路圖如圖2.3所示。圖2.3整體設(shè)計(jì)電路圖第三章設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過數(shù)日的研究,我終于完成了我的課程設(shè)計(jì)。本次課程設(shè)計(jì)讓我體會頗深,知道了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性。平日的學(xué)習(xí)中,我總是馬馬虎虎,理論上大概過得去就可以,而且做題時只要思路明確即可,不用考慮很多實(shí)際問題,但是在實(shí)際的問題上,卻絲毫馬虎不得,萬事都得考慮好因因果果,否則一旦配合不好,即達(dá)不到預(yù)期結(jié)果。在課設(shè)的這些天里,我反復(fù)的翻閱資料,研讀課本,不僅培養(yǎng)了我的自學(xué)專研能力,也有機(jī)地結(jié)合了理論與實(shí)踐,同時也激起了我的創(chuàng)新思維與組合思維,為日后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)創(chuàng)下了良好的條件,為以后的就業(yè)等打下良好基礎(chǔ)。本次課設(shè)題目是20MVAUPS電源設(shè)計(jì)。剛開始,我很困惑,不知從何下手,經(jīng)過大量資料的翻閱,大概得到了整體電路設(shè)計(jì)的方案