毕业设计(论文)-感应加热用晶闸管中频电源.doc
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1、 山东科技大学学生毕业设计(论文) 前 言书本知识是前人或别人知识,我为了早一点成人,早一点为四化服务,只有走捷径学习书本知识。而学习的目的就是把这些知识变成自己的并会用之,为社会服务。毕业设计是教学过程的最后一个环节,目的在于巩固所学的专业课程理论知识,把理论与实践相结合,将所学的知识应用到实践生产中去,提高理论实践问题的能力,完成一名电子技术人员所应进行的训练,成为一名合格的电气自动化专业毕业生。在毕业设计中,将本着准确、细致、合理的原则,以严谨的态度,严格按照国家标准关于电气自动化类技术规范的要求,做好每一个工作环节。设计遵循谢老师教导,个人查阅资料结合的方法,以设计大纲为准则,结合现场
2、实际情况,努力使设计方案符合正确、迅速、安全、可靠的原则,满足设计指导规定的各项要求,并在此基础上尽量节约投资,降低成本。本设计是一种将工频为50HZ的三相交流电通过整流逆变桥路变为单相中频交流电的变频装置,其负载由感应线圈和中频电容器组合而成。主要包括:1整流电路;2逆变电路;3逆变触发电路;4保护系统5继电器控制电路。该装置的负载为并联振荡形式,适用于熔炼、透热、淬火等多种负载形式,只需改变负载线圈几何尺寸和匝数及所配中频电容器的数据量,就可选取到我们所需的功率和频率。本装置与中频机组相比,具有体积小、重量轻、噪音小、效率高、耗电量低,操作使用方便,负载使用性强等优点。在设计和计算过程中,
3、谢清勇老师亲临辅导,帮我解决了不少实际难题。由于时间仓促,本人工作经验不足,水平有限,出现错误在所难免,以求各位老师批评指正。目 录前言1毕业设计说明书任务书4摘要5第一章 概述61.1晶闸管中频装置基本工作原理61.2晶闸管中频装置电气原理总框图12第二章 整流电路142.1三相全控桥式整流电路142.2整流触发电路17第三章 逆变电路213.1逆变电路213.2逆变触发电路243.3逆变电路的控制30第四章 系统的保护32第五章 继电器控制电路36结束语 37致谢38参考文献38毕业设计任务一、毕业设计题目:感应加热用晶闸管中频电源二、设计专题:整流逆变主电路控制、保护电路的原理设计三、设
4、计原理资料:(1)半导体变流技术中频装置简介(2)感应加热装置的说明书(3)其他资料四、设计应解决下列问题(1)整流主电路的选择,计算并选择整流元件电抗器等。(2)整流主电路的保护环节设计。(3)逆变主电路的选择及元件。(4)整流触发电路的原理设计。(5)逆变触发电路的原理设计。(6)其他检测控制电路的原理设计。五、设计说明书应附有下列图纸(1)主电路原理图(2)控制电路原理图(3)典型波形图摘 要当今世界的工业发展已进入电子化和计算机化的时代。各种生产机械和生产过程,一旦与电气自动化技术结合起来,其性能可得到改善效率也明显地提高,本设计题目是感应加热用晶闸管中频电源,主要解决整流电路的选择及
5、元件;整流触发电路的原理设计,及其它检测控制电路的原理设计。其原理是将三相工频交流电经过三相可控硅整流器整流成电压可调的脉动直流电,在经过电抗器滤波隔离后,加到单相桥式逆变器。逆变器输出就是我们所需要的中频电流以供给负载。从而实现交流直流交流的转变及零压启动。关键词:整流,触发,保护,逆变,中频可控硅中频装置的使用说明书一、概述可控硅中频装置是一种将工频为50HZ的三相交流电通过整流逆变桥路变为单相中频交流电的变频装置,其负载由感应线圈和中频电容器组合而成。该装置的负载为并联振荡形式,该装置适用于熔炼、透热、淬火等多种负载形式,只需改变负载线圈几何尺寸和匝数及所配中频电容器的数据量,就可选取到
6、我们所需的功率和频率。本装置与中频机组相比,具有体积小、重量轻、噪音小、效率高、耗电量低、操作使用方便、负载使用性强的优点,所以该装置在国内外深受于用户欢迎。二、使用条件1、海拔不超过1000m。2、周围环境温度不高于40,不低于5。3、在无冷却水的环境下,装置存放环境温度不低于30。4、周围介质温度不大于85%,(相对环境温度为205)。5、电源电压波动不大于5%,波形畸变不大于10%。6、适用于没有导电尘埃、易燃、易爆及没有腐蚀性的金属、破坏绝缘的气体及蒸汽的场合。7、在无强烈振动和冲击的室内使用。8、冷却水的进水温度不高于30%,不低于5,装置在凝露情况下不可使用,工作水压应保持在1-2
7、kg/cm2水质应符合水冷却可控硅元件对水质的要求。三、技术数据1、交流输入:电压380V、电流164A、频率50HZ、相数3相。2、直流输出:电压500V、电流200A、功率100千瓦。3、中频输出:额定功率100KW,额定频率100HZ,额定电压750V、最大电流250A、相数单相。4、装置效率大于90%。5、线路形式:交流一直流一交流,零压启动。四、系统原理简介1、本线路工作原理是将三相工频交流电经过三相可控整流器整流成电压可调的脉动直流电,在经过电抗器滤泼隔离后加到单相桥式逆变器,逆变器输出就是我们所需要的中频电流以供给负载,其负载由电感线圈和中频电容器组成并联振荡电路。2、本装置的启
8、动方式为零压式启动。3、控制方式方框图电流、电压取 样三相输入整流桥电抗器逆变桥负载回路给定反馈保护信号综合整流信号整流触发逆变触发信号综合分配分频4、操作程序和步骤a、开启水泵、打开水阀并调节水流量至适应,检查各支路流水应畅通无阻。b、将电位器旋至零压位,将旋转开关拔至工作按下,整个控制系统开始工作,并且各脉冲变压器上发光二极管应亮。c、合主电路开关,此时整流桥开始工作,但无直流电压输出,处于拉逆变状态,即角为150位置。d、再按逆变启动按纽,此时仍无直流电压输出,角在90位置,直流电压为零。e、在以上动作完成后,缓慢旋动电位器,边旋动边观察直流电压和中频电压,当听到中频叫声后说明已经启动,
9、接着继续旋动调功电位器,调至所需的电压和功率为止,此时装置已进入正常工作运行状态。五、检查安装调试1、检查:开箱后电源装置及电容架,均不允许放在户外,检查所有紧固件接线是否有脱落,松动之处焊点是否脱焊元件有无损坏等并消除缺陷,检查水路系统塑料尼龙管有无弯折堵塞等异常情况,设备安装就位后,对电源相序整流逆变脉冲等应作相应检查。2、安装:装置应安装在通风良好,不受雨水侵袭、环境温度在540的室内,为了便于检修及通风良好,电源装置与墙应保持一定距离,电源柜的进出线均在柜底电缆内出入,接地螺钉安装时接地。3、调试:电源设备出厂前已经调试,但在运输过程中,由于振荡很可能使某些部分松动和变硬,所以成套设备
10、安装完毕后,需要对整套设备进行必要的调整。(1)通电前的准备工作:测量各部分绝缘部分情况应良好,水冷却系统应正常,且无渗漏等现象。(2)接通控制电源,转换开关置检查位置,此时整流逆变脉冲变压器小板上的发光二极管都应亮。(3)用示波器检查相序U、V、W应依次滞后120,再检查整流逆脉冲情况,6个整流脉冲依次滞后60,在不加正信号时角应在150位置,加入正信号调动旋纽逆时针旋转到头,角应在90位置,调动旋纽顺时针到最大,角应在0位置,若与上不符,应做相应调整,并且不允许有矢脉冲现象,两相逆变应互差180。(4)整流逆变脉冲调整好之后,先将逆变触发板拔掉即可正常工作,观察整流后的直流电压情况,调动调
11、功旋纽,直流电压应从0500V范围内平滑调整。(5)过电流保护整定:断开逆变桥在电抗器之后直流测接入1左右的铸铁电阻或是功率较大的电阻丝,先将调功旋纽旋到零位,接通主电路和控制回路,再按下逆变启动即加入正信号,然后调动调功旋纽边调边观察,直流调至500A时,调整定电位器使之动作,及复调整35次,保证动作可靠无误,然后将电阻拆除,恢复原线路,下来就带负载启动。(6)过电压保护整定:在空炉情况下启动后,此时负载阻抗偏高,将直流电压调至500V,中频电压750V,调整超前角,电频电压可升至800850V,此时调整定位器使之动作,反复实验三次准确可靠,在将超前角恢复正常位,或是采用在中频电压750V时
12、调整整定电位便之动作,然后稍放大一点,估计在800900V动作即可。(7)负载匹配情况的调整,在空炉或加料较小时装置输出不会达到满功率,这属正常现象,随着炉料的增加,输出功率逐渐加大,加料将近满炉时,直流阻炉应近似等于1,即Ud=500V,Id=500A,此时输出功率为满功率250KW,阻抗匹配不当,太高或太低都不会达到最大功率,可适应调整电容器的多少及逆弯超前角的大小,调到比较理想为止。六、维护保养1、装置在未拆箱应放在空气流通,环境温度不高于40,不低于30,相对湿度不大于85%,无腐蚀气体的室内,不得暴晒雨淋。2、装置在使用过程中,经常保持清洁。3、装置在停用期间,尤其是冬季,应及时除去
13、水冷系统的积水,以防止冻裂损坏管路。4、装置调好后一般不再调整,在使用过程中应用专人操作和维护,其他人不得随意调动。5、在没有切断电源前,禁止在装置上进行任何维修工作,要保证人身安全。第一章 概 述晶闸管中频装置是一种利用晶闸管把50HZ 工频交流电变换成中频交流电的设备,主要用于感应加热及熔炼,以取代中频发电机组,是一种较先进的静止变频设备,它与中频发电机组相比,具有较高效率,起动方便,频率能自动跟踪以保持最佳运行状态,无旋转部分,噪音小,以及冲击电流小等优点,其不足之处是晶闸管过载能力差,使用维修要求较高。目前国内已有KGP系列产品,容量为1001000KW,工频为1.050HZ。1.1
14、晶闸管中频装置基本工作原理晶闸管中频装置的工作原理是:通过三相全控桥式整流电路,将三相交流电整流为可调直流,经直流电抗器滤波后,供给单相桥式并联逆变器,由逆变器将直流电变为中频交流电供给负载,是一种交直交变频系统。1.2 晶闸管中频装置电气原理总框图下图为KGPS1001.0型中晶闸管中频装置电气原理总框图图1-1第二章 整流电路2.1 三相全桥式全控整流电路2.1.1 主电路本装置不用整流变压器,直接将380V三相交流可控整流为直流,采用全控桥而不采用半控桥的主要理由是:2.1.1.1 三相全控桥整流输出电压脉动小,基波频率为300HZ比三相半控桥整流高一倍。在同样的脉动要求下,全控桥要求平
15、波电抗器的电感器小。2.1.1.2 三相全控桥控制增益大,灵敏度高,其控制滞后时间(改变电路的角后,直流输出电压变化时间)短,动感响应好。2.1.1.3 可采用触发脉冲后移进入逆变区,使电路瞬时进入有源,逆变状态,进行过电流保护。2.1.2 整流主电路工作原理2.1.2.1 整流主电路图 2.12.2整流主电路波形图2.1.2.3 整流主电路工作原理在=0时,共阴极组的自然换流点在Wt1、Wt3、Wt5时刻分别触发VT1、VT3、VT5晶闸管,共阳极组的自然换流点在wt2、wt4、wt6时刻分别触发VT2、VT4、VT6晶闸管。由于中性线断开,要使电流流通,负载桥有输出电压,必须在共阳组和共阴
16、极组中各有一个管同时导通。两组的自然换流点对应相差60,各自在本组内换流,每个管子轮流导通120,在wt1wt2期间,U相较正,r相较负,在触发作用下,VT1、VT6同时导通,电流路径为U相VT1 负载Rt0相,负载上得U、V相线电压。从wt2开始,U相仍最高,但W相比V相更负,此时触发VT2导通,迫使VT0承反压而关断,负载电流从VT6中换到VT2。在wt2wt3期间,电流路径为:U相VT1负载VT2W相,负载上得到U、W相线电压。在wt3时刻,由于V相比U相高。既触发VT3导通后,迫使VT1下关断,电流从VT1中换到VT3,依次类推,wt3wt4期间是r1w相供电,VT2、 VT3管导通,
17、wt4wt5期间是v、u相供电,VT3、VT4管通;WT5WT6期间为W1U相供电,VT4、VT5T管通;wt6wt7期间为W、V相供电,VT5、VT6管导通;wt7wt8重复上述过程,全控桥输出电压波形正负包络线下的面积。2.1.3 整流主电路参数的选择2.1.3.1 交流侧进线电感L的计算:(f=50HZ)L=0.0676U2L(V)/Id(A)=0.0676380/200=0.128mA进行电感通常空芯绕制2.1.3.2 晶闸管的选择Ud=500V Id=200A 取UTn=1400VIT = Id = 200115AIT(AV)(1.52) (1.52) 110147A取IT(AV)=
18、200A晶闸管型号规格为:Kp200-142.1.3.3 阻容吸收选择阻容吸收选择由晶闸管阻容电路经验数据得:当IT(AV)=200A时,R=10,C=0.5F电容耐压值一般选晶闸管电压的1.11.5倍,即Ut=(1.11.5) VTn=(1.11.5)1400=15402100V,阻容吸收电路要尽量靠近晶闸管,引线要短,最好采用无感电阻并尽可能采用绞线。限制输出电流脉动时电抗器电感值的计算:(取S2=5%)根据电流连续要求选取平波电感0.742mH,脉动要求也能同时满足。2.2 整流触发电路2.2.1 KCZ6集成化六脉冲触发组件整流电路采用KCZ6集成块触发组件,本组件是由三块KCO4,一
19、块KC41与一块KC42组成。用于较高的三相桥式全控变流器的触发,输出脉冲能可靠地驱动大功率晶闸管,组件线路见2-3。图232.2.2 KCZ6集成块的工作原理三相同步电压经KCO4集成触发器进锯齿波同步移相触发后,从1脚输出正向脉冲,15*脚输出负向脉冲,13*、14*提供脉冲到调制和脉冲封锁控制,9A脚进行移相控制,7*、8*脚形成双脉冲并放大后从10*15*输出,如外接3DK4或3DK27作功率放大器,可得到800mA的触发脉冲电流,当7*脚接地或处于低电位时,各路无脉冲输出,具有控制脉冲封锁功能,对于KC42脉冲到调制形成器通过调节外接电容电阻可调节脉冲频率,将它的8*脚输出端接到三块
20、KCO4的14脚,KCO4的1*与15*脚输出即为调制后脉冲到触发信号。2.2.3 本组件的特点功能2.2.3.1 同步电压经RC滤波电路,不受电网电压波形畸变和变换流缺口的干扰,且电位器RP5、RP6、RP7可微调各相同步电压的相位,保证六脉冲间隔均匀。2.2.3.2 同步电压值范围较宽,且只需三相电压。2.2.3.3 输出是脉冲式的双脉冲。2.2.3.4 能方便地与调节系统匹配,只需调节输入信号的上下限即可调整整流与逆变角。2.2.3.5 具有脉冲输出控制端(A18)用以调制脉冲的输出并在正反组可逆系统中作逻辑切换控制。2.2.3.6 体积小,调整维修方便。2.2.4 集成电路的供电电路图
21、如2-4、2-5。图25注:78代表正极性,79代表负极性,后两位代表输出电压。2.2.5 同步同相选择2.2.5.1 由于同步变压器二次电压要接触发电路,有公共接地端,如二次绕组采用三角接法会引起短路。所以同步变压器二次侧只能星形联接,又因本装置不用整流变压器,直接将380V三相交流可控整流为直流,因此确定主电路为Y/Y12。2.2.5.2 由于是NPN型的锯齿波,因此要求同步电压与主电路电压相反。2.2.5.3 Uuv1为Uu0重合,Uuv超前Uu30,同步信号电压Usv与Uu反相。Uuw超前Usu30,则Uwv1与Uwv反相,点钟数为6,同步变压器采用Y/Y6接线,如图26,矢量图27图
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