直流供电逆变系统及其在纸机中的应用

摘要

随着电子技术、微电技术的快速发展，以晶闸管为代表各类高电压、大电流半导体开关器件(简称半导体开关器件)相继研究成功并得到了广泛的应用。进入21世纪后电力电子技术的应用更加广泛，本文主要讨论直流供电变频传动系统及其在造纸机中的应用。 造纸机是一种负载基本恒定、转速恒定的稳速系统，其最大的特点是要求速度长期稳定，同时要求动态恢复时间尽可能短，传统的纸机多采用交流供电变频传动系统。随着我国造纸工业的快速发展，大型纸机越来越多，对速度的控制提出了更高的要求，所以现在多采用直流供电逆变传动系统。直流供电变频传动系统主要由整流单元、逆变单元和其他辅助单元构成，其中整流和逆变单元是整个系统的核心。 本文首先介绍了直流供电变频传动系统的结构、特点接着分析了几种常见的三相整流电路的原理及特点，对给定条件下的三相桥式半控整流电路的参数进行了计算。为了保证输出的直流电压恒定和晶闸管可靠的工作，设计出一种可靠、安全的控制电路是十分必要的，本次在对几种常用的控制电路分析的基础上，提出了以89C51控制器为核心的数字式控制电路，该控制电路从整流输出端取得电压信号，与给定电压构成控制偏差进行数字PID调节以实现电压负反馈闭环控制以保证输出电压恒定。通过接收来自同步变压器的脉冲信号，启动内部中断，产生三个相差120<'0>所对应时间的脉冲，经过脉冲变压器后分别去驱动三个晶闸管，分析了过压、过流产生的原因以及设计出了必要的保护电路。最后，讨论了三相桥式半控整流电路的电动力、谐波抑制以及功率因数等问题。 通过对直流供电变频传动系统的供电以及安全操作等问题的研究，为国内自主知识产权的纸机电气传动控制系统设计与开发提供理论和原创性的技术依据，使之达到技术含量高、整体控制精度高、运行稳定的目的。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1纸机变频传动控制的方式

1.1.1纸机交流供电变频传动[2][3]

1.1.2纸机直流供电逆变传动系统

1.1.3纸机直流供电逆变传动系统的优点

1.2本课题的意义和任务

2纸机直流供电逆变传动系统的构成

2.1直流供电逆变传动系统的结构[5]

2.2直流供电逆变系统的整流单元

2.2.1二极管供电单元(DSU)

2.2.2晶闸管供电单元(TSU)

2.2.3 IGBT供电单元(ISU)

2.3直流供电逆变系统的逆变单元

2.3.1逆变单元与变频器的区别和联系

2.3.2逆变单元的结构

2.3.3逆变单元在直流供电逆变系统中的结构[8][9]

2.4直流供电逆变系统的特殊问题

2.4.1直流供电单元的启动与停止控制

2.4.2直流供电逆变系统减速、停车(降频)过程中的能量分析

2.4.3直流供电逆变系统公共制动单元

2.5本章小节

3直流供电电路的分析

3.1概述

3.2直流供电逆变系统中的整流电路

3.2.1三相桥式全控整流电路

3.2.2三相桥式半控整流电路

3.3触发电路[17]

3.3.1晶闸管对触发电路的要求

3.3.2触发电路的分类

3.4保护电路[18]

3.4.1过电压保护

3.4.2过电流保护

3.5本章小结

4直流供电逆变系统谐波分析

4.1谐波的产生

4.1.1逆变器直接接入整流电路

4.1.2逆变器通过交流电抗器接入变压器电源时输入电流波形的畸变

4.1.3相控整流产生谐波的机理

4.1.4谐波分析

4.2谐波的危害

4.2.1谐波的危害

4.2.2整流器谐波

4.3谐波抑制方法

4.4方案确定

4.5本章小结

5整流单元的计算与设计

5.1整流主电路计算与设计

5.1.1主电路选择

5.1.2主电路计算

5.2触发电路设计

5.2.1正弦波同步触发电路

5.2.2同步信号为锯齿波的触发电路[23]

5.2.3集成触发器

5.2.4本课题所采用的触发电路[24][25]

5.3保护电路的设计[34]

5.3.1交流侧保护

5.3.2直流侧保护

5.3.3本设计采用方案

5.3.4晶闸管的散热保护

5.4本章小结

6其他问题的探讨

6.1电动力问题探讨

6.1.1母排间电动力的计算

6.1.2应力和应变分析

6.1.3应用举例

6.2功率因数的讨论

6.2.1电力电子变流装置的功率因数分析

6.2.2提高功率因数的方法[40]

6.3本章总结

7整流方案的改进

7.1整流主电路

7.2触发电路

7.3本章总结

8总结和展望

8.1总结

8.2展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文目录