直流电动机调压调速可控整流电源设计-课程设计报告

- . 课程设计报告 课程名称电力电子技技术 设计题目直流电动机调速调压可控整流电源设计 学生学号XXXX 起止日期2021 年 2 月——2021 年 3 月 指导教师 . word.zl. - . 摘要 现今直流电动机调压调速可控整流电源对调压围、响应速度、工作效率、稳 定性等各方面提出了很高的要求。 本文通过三相桥式全控整流装置为直流电机提 供可调电压， 详细计算了满足设计要求的包括晶闸管、平波电抗器在的主电路元 器件参数， 提供了一种集成的信号触发电路的设计方案，并且设计了通过并联阻 容保护电路和快速熔断器实现过压过流保护的解决方案。 在本文的最后提供了主 电路所用元器件的明细表。 关键词： 直流调速； 三相桥式可控整流； 过压过流保护 目录 摘要 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 目录 . I 1 绪论 1 1.1 研究背景1 1.2 系统概述1 1.3 系统设计指标要求1 1.4 本文的工作 .2 2 系统方案确实定 .2 2.1 主电路的方案选择2 2.1.1 整流装置.2 2.1.2 整流电路形式3 . word.zl. - . 2.1.3 整流变压器 3 2.1.4 保护元件与平波电抗器4 2.1.5 主电路原理图4 2.3 对触发脉冲的要求5 2.4 系统工作原理.6 3 主电路的计算9 3.1 整流变压器额定参数的计算9 3.2 整流元件的选择 12 4 保护电路的设计 .13 4.1 晶闸管保护设计 14 5 触发电路的设计 .16 5.1 触发信号方式选择16 5.2 触发电路性能要求16 5.3 触发电路选型.17 6 结论18 7 元器件明细表19 参考文献 19 致20 . word.zl. - . 1 绪论 1.1 研究背景 现今，自动控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域，而自动调速控制 系统的应用在现代化生产中起着尤为重要的作用，直流电动机自从 1834 年问世 以来，就以调速围广、静差小、稳定性好以及良好的动态性能被广泛使用，是自 动控制系统的主要形式。 可控硅整流装置以晶闸管等电力电子功率器件为根底，以数字控制电路为核 心，具有效率高、无机械噪声和磨损、响应速度快、体积小、重量轻等诸多优点。 而由可控硅整流装置提供可调电压的直流调速系统与传统的变流装置相比， 不仅 在经济性和可靠性上有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。 1.2 系统概述 本文设计的直流电动机调压调速可控整流电源，由晶闸管三相桥式全控整流 电路构成系统的主电路，由以锯齿波为同步信号的触发电路构成控制电路，并设 计了保护电路。 1.3 系统设计指标要求 〔1〕输入：三相交流电压 380V±10% ，频率f= 50Hz。 〔2〕输出：直流电压：0～220V。 〔3〕要求：50～200 V 围，直流输出电流额定值 100A。 〔4〕要求：直流输出电流连续的最小值为 10A。 . word.zl. - . 1.4 本文的工作 〔1〕整流电路的选择 〔2〕整流变压器额定参数的计算 〔3〕晶闸管电流、电压额定的选择 〔4〕平波电抗器电感值的计算 〔5〕保护电路的设计 〔6〕触发电路的设计 〔7〕画出完整的主电路原理图和控制电路原理图 〔8〕列出主电路所用元器件的明细表 2 系统方案确实定 2.1 主电路的方案选择 2.1.12.1.1 整流装置整流装置 本系统采用由晶闸管整流装置供应可调电压进展直流调速，与传统的旋转变 流机组和离子拖动变流装置及其他静止变流装置相比， 在经济性和可靠性上都有 很大的提高， 并且在技术上也显示出较大的优越性。由于晶闸管是只具备控制接 通、无自关断能力的半控型器件，因此在本文所设计直流调速系统中，采用的是 晶闸管可控整流器。 晶闸管可控整流电路的功率放大倍数在 104以上，其门极电流可由电子信号 直接控制，不需要如同直流发电机的大功率放大器。此外在控制的时效性上，变 . word.zl. - . 流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将大大的提高系统的动态性能。 2.1.22.1.2 整流电路形式整流电路形式 通常， 对于晶闸管整流装置均采用三相整流电路。 三相整流电路的类型很多， 包括三相半波可控整流电路、三相桥式全控整流电路等，本文采用后一种。因为 三相半波可控整流电路不管是共阴极还是共阳极接法，都只用三个晶闸管，其绕 组利用率低， 且电流是单方向的， 为防止铁心饱和必须加大变压器铁心的截面积， 因而引起附加损耗。整流的负载电流要流入电网零线，亦引起额外损耗，特别是 增大零线电流，须加大零线的截面。此外其变压器二次侧电流中含有直流分量， 为此在应用中较少。 而三相桥式全控整流电路，由于共阴极组在正半周导电，流经变压器的是正 向电流；共阳极组在负半周导电，流经变压器的是反向电流。因此变压器绕组中 没有直流磁通势， 可有效的防止直流磁化作用， 每相绕组正负半周都有电流流过， 提高了变压器绕组的利用率。 2.1.32.1.3 整流变压器整流变压器 晶闸管变流设备一般都是通过变压器与电网连接的，因此其工作频率为工 频，初级电压即为交流电网电压。经过变压器耦合，晶闸管主电路可以得到一个 适宜的输入电压，使晶闸管在较大的功率因数下运行，变流主电路和电网之间用 变压器隔离，还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分，减小电网污染。在变流 电路所需的电压与电网电压相差不多时， 有时会采用自耦变压器，当变流电路所 需的电压和电网电压一致时，也可以不经变压器而直接与电网连接，不过要在输 . word.zl. - . 入端串联进线电抗以减小对电网的污染。 此次设计中在主电路前端需要配置一个整流变压器，以得到与负载匹配的电 压， 同时把晶闸管装置和电网隔离，可起到降低或减小晶闸管变流装置对电网和 其他用电设备的干扰作用。 2.1.42.1.4 保护元件与平波电抗器保护元件与平波电抗器 在变压器二次侧并联电阻和电容构成交流侧瞬态过电压及滤波，晶闸管并联 电阻和电容构成关断缓冲；快速熔断器直接与晶闸管串联，对晶闸管起过流保护 作用。 当晶闸管的控制角α增大，会造成负载电流断续，当电流断续时，电动机的 理想空载转速将抬高，机械特性变软， 负载电流变化很小也可引起很大的转速变 化，负载电流要维持导通，必须加平波电抗器来存储较大的磁能。 2.1.52.1.5 主电路原理图主电路原理图 综上所述主电路原理图见以下图 2-1。 . word.zl. - . 图图 2-12-1 三相桥式全控整流主电路图三相桥式全控整流主电路图 2.3 对触发脉冲的要求 本设计中直流电动机采用三相桥式全控整流电路作为直流电动机的可调直 流电源。通过调节触发延迟角α的大小来控制输出电压 Ud 的大小，从而改变电 动机的电源电压。 三相桥式全控整流电路的特点是：每个时刻均需 2 个晶闸管同时导通，形成 向负载供电回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，一个是共阳极组的，且不能为 同一相的晶闸管。对触发脉冲也有一定的要求，6 个晶闸管的脉冲按 VT1-VT2-VT3 -VT4-VT5-VT6 的顺序，相位依次差 60°，共阴极组的 VT1、VT3、 VT5 的脉冲依次差 120°，共阳极组VT2、VT4、VT6