电力电子课程设计---电力直流操作电源.doc

引言 通常把电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术两个分支。变鎏技术也称为电力电子器件的应用技术，它包括用电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术，以这些电路构成电力电子装置和电力电子系统的技术。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于电力电子技术，电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。也就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。 与整流相对应，把直流电变成交流电称为逆变。当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，抵消为有源逆变。当交流侧直接和负载连接时。称为无源逆变。 逆变电路的应用非常广泛。在已有的各种电源中，蓄电池，干电池，太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要变电路。另外交流电机调速用变频器。不间断电源、感应加热电源等电力电子装置使用非常广泛。其电路的核心部分就是逆变电路。 1． 直流操作电源的设计要求和系统结构 1.1电力直操作电源系统的设计要求 1.1.1电网电压适应能力 我们国家地地域辽阔,各地的电力质量相差很大.为了适应全国绝大部分市场的需要,要求操作电源系统对电网的适应能力要强;但是考虑成本的电源正常工作的效率,可靠性等指标,适应的输入电压范围也不能太宽.所以我们选择输入交流电压输入为:三相380V20%,50HZ10%,或者为:单相220V20%,50HZ10%. 1.1.2输出电压变化范围 绝大部分的应用场合要求直流操作电源系统输出直流电压变化范围是185--285V,提高供电系统的可靠性,一般都采用开关电源模块并联运行,并采用N+1系统,留有一台的备份余量,所以,我们这里可以设计输出电流为10A的开关电源模块. 1.1.3输出电流容量 不同级别的变电站设备所用的电流容量也不同，一般在10—50A的范围内，为了提高供电系统的可靠性，一般采用开关电源模块并联运行，并采用N+1系统，留有一台的备份余量。所以，这里设计输出电流为10A的开关电源模块。 1.1.4其它电气性能指标 稳压精度: 1%(平时工作是稳压的) 稳流精度; 1%(为蓄电池恒流充电时用) 输出电压纹波峰-峰值:不超过550MV 负载效应: 0.6% 源效应: 0.5% 并联运行均流精度: 5% 启动冲击输入电流: 额定输入时的150%,输出电压: 输出整定值的10% 负载效应恢复时间200MV,超调量整定值的5% 效率要求: 90% 功率因数: 0.92 1.1.5保护与报警性能 电源在出现交流输入电压过高,过低和机内过热时应能自动关机保护:电压和温度恢复正常时,电源应能自动恢复工作. 电源在输出过压,欠压,过流时,应自名种保护应能做出相应的声光报警动关机保护 1.1.6微机监控 要求有微机监控功能,完成数据采集,显示,报警控制开关机,统一调节.配有后台监控系统时,能实现四遥功能: 遥信:远程监察测各种工作和故障状态 遥测:远程测量输入,输出电流,电压,蓄电池充,放电电流等模拟量; 遥控:远程控制整流模块的开/关机和均/浮充电状态: 遥调:远程调节整流模块的输出电压 1.2直流操作电源系统结构 直流操作电源系统的基本结构应包括交流配电.直流配电,整流模块和监控模块等部分,如图1-1 图1-1 图中,整流模块的数量可以是2--N+1个,也就是系统电流容量需求分别为1--N台时组成的N+1备份系统. 交流配电除了为整流模块供电以外,还有几路不同电流容量等级输出,供用户的外部设备供电 直流配电除了两蓄电池分路以外,还有几路不同电流容量等级的输出供负载用.直流配电一般要经过熔断器和开关,有时也只选其中的一类, 在这个系统中,整流模块的设计是最主要的,也是逆变技术应用的核心部分 1.3直流操作开关电源技术方案选择 根据前面的要求,单台开关电源模块的输出功率为 P=V·I=285×10A=2850W 单台模块的输出功率虽然不太大,但是我们为了采用移相式ZVT软开关变换技术.还是采用全桥逆变电路,采用VMOSFET作为开关管,由于输出侧的电流小.,电压高,为了能选到合适的快恢复整流二极管,我们采用全桥整流电路.为了提高可靠性和整机效率,采用无源PFC技术,即用LC滤波 控制回路采用以移相式PWM控制芯片UC3875为核心的方案,并用电流型控制模式,采用以上技术的直流操作开关电源模块的系统结构如图1-2 图1-2 2．电源主电路的设计20%，三相全桥整流为每周期（20ms）六个波头。无源PFC校正LC滤波，L较大，很小，对电压的平滑作用随负载的不同而不同。负载重时，上的电压几乎与整流后面一样，轻载时又几乎为峰值电压。所以，直流母线上的电压变化范围是： 2.1.2 副边最低电压和占空比 假设整流二极管上的压降为3V（二只二极管）、线路压降和副边绕组内阻压降为2V，最大占空比为0.94，则