直流电动机调压调速可控整流电源设计-电力电子技术

目录第1章绪论.....................................................................................................................11.1直流电动机调压调速可控整流电源设计简介....................................................11.2课题设计要求........................................................................................................11.3课题主要内容........................................................................................................1第2章主电路设计.............................................................................................................22.1总体设计思路.........................................................................................................22.2系统结构框图.......................................................................................................22.3系统工作原理.......................................................................................................32.4对触发脉冲的要求...............................................................................................4第3章主电路元件选择.....................................................................................................53.1晶闸管的选型.......................................................................................................5第4章整流变压器额定参数计算.....................................................................................74.1二次相电压U2......................................................................................................74.2一次与二次额定电流及容量计算.......................................................................8第五章触发电路的设计...................................................................................................10第六章保护电路的设计...................................................................................................136.1过电压的产生及过电压保护.............................................................................136.2过电流保护.........................................................................................................13第七章缓冲电路的设计...................................................................................................15第八章总结.......................................................................................................................17第九章参考文献.......................................................171第1章绪论1.1直流电动机调压调速可控整流电源设计简介该系统以可控硅三相桥式全控整流电路构成系统的主电路，采用同步信号为锯齿波的触发电路，本触发电路分成三个基本环节：同步电压形成、移相控制、脉冲形成和输出。此外，还有双窄脉冲形成环节。同时考虑了保护电路和缓冲电路，通过参数计算对晶闸管进行了选型。1.2课题设计要求技术数据：输出直流电压0～200V，输出电流100A，负载性质电动机负载，当电流降为5A时电流开始断续，LB=1mH。技术要求：装置输入电源为三相UL=380V工频交流电源1.3课题主要内容（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第2章主电路设计2.1总体设计思路本次设计的系统以可控硅三相桥式全控整流电路构成系统的主电路，根据三相桥式全控整流电路对触发电路的要求，采用同步信号为锯齿波的触发电路，设计时采用恒流源充电，输出为双窄脉冲，脉冲宽度在8°左右。本触发电路分成三个基本环节：同步电压形成、移相控制、脉冲形成和输出。此外，还有双窄脉冲形成环节。同时考虑了保护电路和缓冲电路，通过参数计算对晶闸管进行了选型。三相可控整流电路的控制量可以很大，输出电压脉动较小，易滤波，控制滞后时间短。，由于三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次侧电流中含有直流分量，为此在应用中较少。而采用三相桥式全控整流电路，可以有效的避免直流磁化作用。根据已知要求，额定电流为50A，额定电压为150V，可求的功率P=50*150=7.5KW，一般整流装置容量大于4KW，选用三相整流较为合适。2.2系统结构框图三相全控桥式整流电路如图2-1所示。图2-1系统结构框图32.3系统工作原理其工作原理详细分析如下：在t1~t2间，U相电压最高，共阴极组的VT1管被触发导通，电流由U相经VT1流向负载，又经VT6流入V相，整流变压器U、V两相工作，所以三相全控桥输出电压Ud为：Ud=Ud1-Ud2=Uu-Uv=Uuv经过60º进入t2~t3区间,U相电压仍然最高,VT1继续导通,W相电压最低,在VT2管承受的2交点时刻被解发导通,VT2管的导通使VT6承受uwv的反压关断。这区间负载电流仍然从电源U相流出经VT1、负载、VT2回到电源W相，于是这区间三相全控桥整流输出电压Ud为：Ud=Uu-Uw=Uuw经过60º，进入t3~t4区间，这时V相电压最高，在VT3管00的3交点处被触发导通。VT1由于VT3和导通而承受Uuv的反压而关断，W相的VT2继续导通。负载电流从V相流W相，于是这区间三相全控输出电压Ud为：Ud=Uv-Uw=Uvw其他区间，依此类推，电路中6只晶闸管导通的顺序及输出电压很容易得出。由上述可知，三相全控桥输出电压Ud是由三相电压6个线电压Uuv、Uuw、uvw、Uvu、Uwu和Uwv的轮流输出组成的。各线电压正半波的交点1~6分别为VT1~VT6的α=0º点。因此分析三相全控整流电路不同Ud波形时，只要用线电压波形图直接分析画波形即可。42.4对触发脉冲的要求三相全控桥整流电路在任何时刻都必须有两只晶闸管同时导通，而且其中一只是在共阴极组，另外一只在共阳极组。为了保证电路能起动工作，或在电流断续后再次导通工作，必须对两组中应导通的两只晶闸管同时加触发脉冲，为此可采用以下两种触发方式：（1）采用单脉冲触发：如使每一个触发脉冲的宽度大于60º而小于120º，这样在相隔60º要触发换相时，当后一个触发脉冲出现时刻，前一个脉冲还未消失，因此均能同时触发该导通的两只晶闸管（2）采用双窄脉冲触发：如触发电路送出的是窄的矩形脉冲，在送出某一晶闸管的同时向前一相晶闸管补发一个脉冲，因此均能同时触发该导通的两只晶闸管。（3）当α=0时的整流桥输出的电压波形仿真波形如下图所示5第3章主电路元件选择3.1晶闸管的选型该电路为大电感负载，电流波形可看作连续且平直的。Ud=150V时，不计控制角余量按=0º计算：由Ud=2.34U2得U2=2.34Ud=64.1V取80VteU=（2~3）tU=（2~3）*6*U2=（2~3）*6*120V=392~588V取Ute为700V当Id=100A时，流过每个晶闸管的电流有效值为：It=1/3Id=1/350A=29A晶闸管额定电流()ItAV=1.57It=291.57=18.5A取Kf=1.73,考虑2倍裕量：()ItAV取50A,当Id=5A时It=1/3Id=1/35A=2.85A()ItAV=1.57It=1.8A考虑2倍裕量：ItAV取5A按要求表明应取=0º来选择晶闸管。即ItAV=5A6所以晶闸管型号为KP50—1当α=60。时.转矩负载为5时，电机转速（rad/s）电枢电流（A）励磁电流（A）电磁转矩（N*M）晶闸管两端电压（V）的波形分别如下所示7第4章整流变压器额定参数计算在很多情况下晶闸管整流装置所要求的交流供电电压与电网往往不能一致，同时又为了减少电网与整流装置的相互干扰，使整流主电路与电网隔离，为此需要配置整流变压器。整流变压器根据主电路的型式、负载额定电压和额定电流，算出整流变压器二次相电压U2、一次与二次额定电流以及容量。由于整流变压器二次与一次电流都不是正弦波，因而存在着一定的谐波电流，引起漏抗增大，外特性变软以及损耗增大，所以在设计或选用整流变压器时，应考虑这些因素。4.1二次相电压U2平时我们在计算U2是在理想条件下进行的，但实际上许多影响是不可忽略的。如电网电压波动、管子本身的压降以及整流变压器等效内阻造成的压降等。所以设计时U2应按下式计算：U2=(cos2/2)UdnnUtACUdlIIn式中:Udl——负载的额定电压；——整流元件的正向导通压降，一般取1V；n——电流回路所经过的整流元件（VT及VD）的个数（如桥式2n，半波电路1n）；A——理想情况下=0º时U与U2的比值，查表可知；——电网电压波动系数，一般取0.9；——最少移相角，在自动控制系统中总希望U2值留有调节余量，对于可逆直流调速系统取30º~35º，不可逆直流调速系统取10º~15º；C——线路接线方式系数，查表三相桥式C取0.5V；Udl---变压器阻抗电压比，100KV*A以及取Udl=0.05，100KV*A以上8取Udl=0.05~0.1；I2/I2n——二次侧允许的最大电流与额定电流之比。对于一般三相桥式可控整流电路供电的直流调速