畢業設計-電解凈水機脈沖電源的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 電容濾波的三相橋式不可控整流電路如圖 3－ 2 所 示。假設該電路已工作于穩態，同時由于實際中作為負載的后級電路穩態時消耗的直流平均電流是一定的。所以以電阻 R 作為放電。按照線電壓提供給每對二極管最高電壓時導通的規律，當某一對二極管導通時，輸出直流電壓等于交流側線電壓中最高的一相。該線電壓既向電容供電，也向負載供電。當沒有二極管導通則由電容向電阻放電，直流側輸出電壓按指數規律下降。 圖 3－ 3 給出了此電路的理想工作波形。設二極管在距線電壓過零點 s角處開始導通，并以二極管 VD6 和 VD1 開始導通的時刻為時間零點，則線電壓為 2 6 2 sin ( )u l U t???? （ 31） L1L2L3CiidVD1 VD3 VD5VD4 VD6 VD2 在 Wt=0 時，二極管 VD6 和 VD1 開始同時導通，直流側電壓等于 Uuv。下一次同時導通的一對二極管是 VD1 和 VD2，直流側電壓等于 Uvw。這兩段導通過程之間的交替，由于負載的大小，存在著 id 斷續和連續的兩種情況：一種，當 Wt=0 時，線電壓 Uuv，經二極管 VD VD6 一方面向負載及提供 電流，另一方面向電容器 C 充電，直流側電壓 ud 等于 Uab， Uab 達到最大值后又按照正弦規律下降，當 Uab＜ ud， VD VD6 受反向電壓作用而關斷，電容C 經 R 放電，提供負載所需電流，同時 ud 按指數規律下降。當 Uuw 大于 ud時 ,vD vD2 受正向電壓導通。直流側電壓變為 Uuw，工作過程類似前段，以后過程以此類推。由于電容措 C 反復進行充放電，負載電壓中紋波成分較小，平滑性好且平均值增大。這種情況下交流側向直流側的充電電流 id 是斷續的。另一種情況是 VD1 一直導通，交替時由 VD6 導通換相至 VD2 導通，id 是連續的， 直流側電壓為線電壓的包絡線。介于 id 連續與斷續的臨界情況是， VD6 和 VD1 同時尋通的階段與 VD1 和 VD2；同時導通的階段在ω t 十δ＝ 2π /3 處恰好銜接起來 ,id 恰好連續。 圖 32 三相不可控整流濾波電路 13 可以根據下列公式，確定臨界條件。在 VD6 和 VD1 導通期間，以下方程成立 202( 0 ) 6 s i n1( 0 )dtd t luUu i d t uC??????? ??? (32) 式中， ud（ 0）為 VD VD1 開始導通時刻直流側電壓值。 26 c os( )ci C U t? ? ??? (33) 而負載電流為 226 sin ( )LRuUitRR ??? ? ? (34) 22 66 c o s ( ) s in ( )d C R Ui i i C U t tR? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? (35) 23t ????? (36) 3RC? ? (37) 在ω t 十δ＝ 2π /3 處， VD6,VD1 與 VD VD2 換相， id=0 將其代入式 (35)得 3RC? ? (38) 這就是臨界條件。ω RC= 3 和 ω RC≤ 3 分別是電流 id 斷續和連續的條件。對于一個確定的裝置來講，通常只有 R 是可變的。它的大小反映了負載的輕重。因此可以說，直流側從交流側獲得的充電電流在輕載時是斷續的，在重載時是連續的，分界點就是 R＝ 3 /（ω C）。 圖 33 為三相不可控整流濾波電路的輸出波形圖。 14 三 相整流橋的保護 整流二極管耐壓能力是很有限的 ,即使超過元件的反向擊穿電壓數值不多，時間不長 ( ),都有可能使元件反向擊穿 ,造成損壞 .另外 ,過電壓超過整流二極管的正向轉折電壓后 ,就會出現誤導通 ,這種誤導通如果次數頻繁 ,導通后通過的電流較 大 ,也可能使元件損壞。因此必須采取措施消除過電壓。 對于交流側那些持續時間長，能量較大的尖峰過電壓采用 Y型連接的壓敏電阻來吸收；對于交流側那些持續時間短，能量較小的尖峰過電壓采用 Y型連接的阻容來吸收；對于直流側的過電壓采用并聯一個壓敏電阻。 整流二極管雖能承受一定的過電流，但在短路活過載時，如果有超過元件所能承受的過電流，而切斷的時間稍慢，就會造成整流二極管元件的損壞，過電流的保護也很重要。所以采用元件與快速熔斷器串聯來吸收過電壓。 平波濾波器的設計 平波濾波器的結構 平波濾波器中平波電 抗器的作用主要有兩個：一是使整流電壓趨于平滑 ,限制流過電力二極管的電流尖峰 ；二是使輸入功率因數提高。我們有兩種方案來安置濾波電感。其一是把電感放在直流側，如圖 32所示。另外一種方案是把電感放在交流側，如圖 34所示。這兩種形式，都能夠使直流側電壓足夠平滑。 圖 33 三相不可控整流橋波形圖 15 Ci圖3 3 平波濾波器的另一種結構idVD1 VD3 VD5VD4 VD6 VD2 但是在相同的電感量下，對與圖的結構，對電網引起的諧波電流含量較圖 31小得多。所以在對諧波要求比較苛刻得時候，應該選圖 3－ 3所示結構。圖 31與之相比，最大得優勢就是只使用一只電感，無 論在結構復雜程度，還是成本上都要低得多。而且理論上這種結構可以達到得最高輸入功率因數為 。這對于一般系統得要求，已經使綽綽有余了。所以，在這里我們用了圖 3－ 1的結構。 平波濾波器的計算 參考有關資料得到這樣一個經驗公式： Po*Li=15 （ 39） 例如 Po=30kW，對應的 Li=。對交流波紋電壓進行衰減，取 1/10，所 以濾波電容的值可按如下公式計算： Ci= 1036 Liωω （ 310） 式中 ω=2π f，當 Li=， Ci=5635μ F?？紤]到電解電容的等效串聯電阻和電感的影響，實際應用當中的電容值應該乘上 ～ 。所以，實際上電容 Ci=7050μ f。 本設計中，濾波電容 Ci參數 Udm=UL+U1=200+％ = 耐壓 Uc=～ ==221V，取 Uc=250V 由公式 (39) 得 輸出功率 Po=10KW,Li= 由公式 (310)得 電容 Ci=2050μ f，取 Ci＝ 2200μν 所以濾波電容為 2200μ f/250V， CJ10。 平波電抗器 Li參數 電感 Ii＝ 通過電流 I=50A 16 所以平波電抗器為 LG2。 電阻為 RYGAE。 直流基壓電路的計算 整 流二極管的計算 表 3－ 1 三相不可控整流電路主要參數 電路形式 輸 出 直 流 電壓 輸 出 直 流 電流 二 極 管 承 受最 大 反 向 電壓 通 過 每 只 二極 管 平 均 電流 三相半波 三相橋式 雙向星形 (新編電氣工程師使用手冊（下冊） 中國水利水電出版社 ) UDM==209V ID(AV)=Io/3=50/3=17A 故 VD 取快恢復二極管 PFR— 104 整 流變壓器的計算 U1=380V,Ud=200V 1 U2電壓的計算 U2=(1～ )Ud/(Aε B) (311) A—— 理想情況下，α＝ 0176。時整流電壓 Ud0與二次電壓 U2之比，即 A＝Ud0/U2； B—— 延遲角為α是輸出電壓 Ud與 Ud0之比，即 B＝ Ud/Ud0； ε＝電網波動系數，通常取ε＝ ； 1～ —— 考慮各種因素的 安全系數。 取 A＝ , B=1, ε＝ U2=179。 200/(179。 1179。 )= 電壓比 K＝ U1/U2=380/=\ 2 二次相電流與一次相電流 I2,I1的計算 I1= KI1Id/K (312) I2=KI2Id (313) KI1= KI2= 17 I1=179。 179。 50/= I2=179。 50= 3 變壓器的容量計算 S1=m1U1I1 (314) S2=m2U2I2 (315) S=(S1+S2)/2 (316) 式中 m m2 — 一次側、二次側繞組的相數 取 m1=m2=3 S1=3179。 380179。 = KVA S2=3179。 179。 = KVA S=(+)/2= KVA 整 流電路保護電路的計算 交流側的過電壓保護 1 Y型聯結阻容保護 對于單相電路 226I SC emU? (317) 電容 C的耐壓≥ 222. 3U UshRS Iem? (318) 電阻功率 2P (3 ~ 4)RRIR? (319) 62 1 0Ic fcU c??? 式中 S—— 變壓器容量（ VA）； U2—— 變壓器二次相電壓有效值（ V） ； IR—— 通過電阻的電流（ A） Iem—— 變壓器勵磁電流百分數， 10～ 100KV178。 A 的變壓器，對應的Iem=10～ 4； Ush—— 變壓氣的短路比， 10～ 1000KV178。 A的變壓器，對應的 Ush=5～ 10； Um—— 阻容兩端正常工作時交流電壓峰值（ V） 。 對于三相電路，如同示， R和 C的數值可按下表進行換算。 18 表 32 變壓器和阻容裝置不同接法時電阻和電容的數值 變壓器接法 單相 三相、二次 Y聯結 三相、二次 D聯結 阻容裝置接法 與變壓器二次測并聯 Y聯結 D聯結 Y聯結 D聯結 電容 C C C/3 3C C 電阻 R R 3R R/3 C1≥ (6179。 10179。 10630/3)/()2=(μ F),取 C1=18μ F C1耐壓≥ 179。 2 179。 = 故選電容器 CJ10 R1≥ 179。 2() 310630?179。 510= Ic=2π179。 50179。 179。 18179。 106= PR≥ (3～ 4)Ic2R=3179。（ ） 2179。 =7W 故選金屬氧化膜電阻 RY17 2 壓敏電阻的選擇 U1MA=179。 2 U (320) 式中 U—— 壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值。 U1MA＝ 179。 2 179。 = 電流通量取 3KA 故選 MY31220/3 直流側過電壓保護 U1MA≥ (～ 2 ) (321) 式中 UDC—— 正常工作時加在壓敏電阻兩端的直流電壓（ V）。 U1MA＝ 2179。 200＝ 400 電流 通量取 3000A 故選 MY31440/3 過