三相全控桥式晶闸管—电动机系统设计

目录摘要................................................................................................................................................21三项全控桥式主电路设计...........................................................................................................11.1整流变压器的设计原理....................................................................................................11.2参数计算与选择................................................................................................................21.3整流元件的选择................................................................................................................41.4平波电抗器的选择............................................................................................................51.5晶闸管电路对电网的影响................................................................................................61.6系统的功率因数分析........................................................................................................72触发电路的设计...........................................................................................................................82.1触发电路的选择................................................................................................................82.2TC787芯片介绍.................................................................................................................82.3设计原理..........................................................................................................................103保护电路设计.............................................................................................................................113.1过电压保护......................................................................................................................113.2过电流保护......................................................................................................................144抑制电路设计.............................................................................................................................154.1抑制电路设计........................................................................................................154.2抑制电路设计.........................................................................................................15设计心得.........................................................................................................................................16参考文献.........................................................................................................................................17附录...............................................................................................................................................18摘要许多机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的稳态，动态性能。而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用最广泛的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。本次设计主要就是针对直流调速装置，利用晶闸管三相全控桥式整流技术，结合集成触发器芯片，组成晶闸管三相全控桥式整流直流电动机调速系统，主要应用的芯片是TC787集成移相触发控制芯片，实现调速系统。同时设计出完整的电气原理图，将分别介绍各个模块的构成原理和使用方法。关键词：晶闸管；TC787；直流电动机电力电子课程设计三相全控桥式晶闸管—电动机系统设计1三项全控桥式主电路设计1.1整流变压器的设计原理在晶闸管整流装置中，满足负载要求的交流电压U2往往与电网电压不一致，这就需要利用变压器来匹配；另外，为降低或减少晶闸管变流装置对电网和其它用电设备的干扰，也需要设置变压器把晶闸管装置和电网隔离。因此，在晶闸管整流装置中，一般都需要设置整流变压器(仅当晶闸管交流侧电压和电网电压一致时可以省去)。一般来说，影响2U值的因素有：(1)2U值的大小首先要保证满足负载所要求的最大直流平均电压dU。(2)在分析整流电路工作原理时，我们曾经假设晶闸管是理想的开关元件，导通时认为其电阻为零，而关断时，认为其电阻无穷大。但事实上，晶闸管并非是理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降，用TU表示。(3)变压器漏抗的存在，导致晶闸管整流装置在换相程中产生换相压降。(4)当晶闸管整流装置对直流电动机供电时，为改善电动机的性能，保证流过电机的电流连续平滑，一般都需串接足够大电感的平波电抗器。但是平波电抗器具有一定的直流电阻，当电流流经该电阻时，就要产生一定的电压降。(5)晶闸管装置供电的电动机恒速系统，在最大负载电流时，其电机的端电压除考虑电动机的额定电压NU外，还需要把电动机电枢电阻的压降加以考虑。即电机的端电压应当为电动机的额定电压NU和超载电流NmaxdII在电枢电阻aR上产生的压降之和。由于存在以上几个方面的影响，因此在选择变压器次级电压2U值时，应当去比理想情况下满足负载要求的NU所要求的2U稍大的值。2U的具体数值可根据此情况下直流回路的电压平衡方程求得,即TmaxDmaxPXmaxNnUUUUU电力电子课程设计三相全控桥式晶闸管—电动机系统设计2xmaxU表示在直流侧电流最大dmaxI时，变压器漏电抗压降平均值。表达式为maxdmaxXIXUBmm是每个周期的换流次数，BX是漏感为BL的变压器每相折算到二次侧的漏抗，BBLX。通过变换上式也可以写成dmax2XmaxII100%AU5.0Udku%uk为变压器的短路电压百分比，100KVA以下的变压器取%uk=5，100~1000KVA的变压器取%uk=5~8。maxPU表示除了电动机电枢电阻aR外，包括平波电抗器电阻在内所有电阻PR上的压降NNPmaxdPmaxdPmaxIUIRIU因此dmaxdPNPmaxIIUU式中NPNPURI为对于电动机额定电流和电压的电阻PR的标幺值。maxDU表示恒速系统在电动机最大过载maxDI时电机的端电压。恒速电动机过载时的端电压maxDU应等于电动机额定电压NU加上超载电流NmaxdII在电动机电阻DR上所产生的压降。如果晶闸管装置仅对电动机供电，则晶闸管装置的输出电流等于电动机的电枢电流，所以最大电流时DmaxdmaxII；额定负载电流时NdII。因此，电动机的端电压aNDdmaxdNaNmaxDNDmaxRUIIURIIUU式中NaNDURI为电动机电枢电路总电阻aR的标幺值，对容量为15~150KW的电动机，通常D=0.08~0.04。电力电子课程设计三相全控桥式晶闸管—电动机系统设计TnU表示主电路中电流经过n个串联晶闸管的管压降之和。而平衡式左端的DU随着主电路的接线形式和负载性质的不同而不同。这里给出考虑到电网电压波动后的通式AB2dd20d2dUUUUUUU式中20UUdA表示当控制角0时，整流电压平均值与变压器次级相电压有效值之比，ddUUB表示整流电压平均值之比，为电网电压波动系数。根据规定，允许波动+5%～-10%，即=1.05～0.9。根据以上各式可得TdmaxdDDdmaxdDNdmaxd22U1II1UIIUII200%AUABUnuk所以dmaxdTdmaxPDN2II200%BAUII1UUkdun该式即为变压器次级电压2U的精确表达式。在要求不太精确的情况下，变压器次级电压2U可由简化式确定。即AU1.5~1.2UN2式中的NU为电动机的额定电压；系数1.2~1.5是考虑到各种因素影响后的安全系数。1.2参数计算与选择首先确定U2，由设计要求可以知道，所要驱动的直流电动机的额定电压为220V，因此要使电动机工作在电动状态所需要的额定电压为220V，即UN=220V。根据给定的直流电动机的参数Ra=0.5Ω可求得D和P的值为电力电子课程设计三相全控桥式晶闸管—电动机系统设计125.02205.055URINaNPD根据给定的直流电动参数可知电流过载倍数5.1。根据设计要求所采用的整流电路是三相全控桥整流电路