直流电动机调压调速可控整流电源设计_电力电子技术课程设计

课程设计名称：电力电子技术课程设计题目：直流电动机调压调速可控整流电源设计学期：2015-2016学年第1学期专业：自中职班级：13-2班姓名：张政军学号：1326560221指导教师：王巍辽宁工程技术大学课程设计成绩评定表评定标准评定指标标准评定合格不合格单元电路及整体设计方案合理性正确性创新性仿真或实践是否进行仿真或实践技术指标或性能符合设计要求有完成结果设计报告格式正确内容充实语言流畅标准说明：以上三大项指标中，每大项中有两小项或三小项合格，视为总成绩合格。总成绩日期年月日课程设计任务书一、设计题目直流电动机调压调速可控整流电源设计二、设计任务1、电源电压：交流380V/50Hz2、输出电压范围50V-150V3、50~150V范围内，直流输出额定电流：100A4、具有过流保护功能5、具有稳压功能6.直流输出电流连续的最小值为10A7、效率不低于70%三、设计计划电力电子技术课程设计共1周。第1天：选题，查资料；第2天：方案分析比较，确定设计方案；第3～4天：电路原理设计与电路仿真；第5天：编写整理设计报告书。四、设计要求1.画出整体电路图。2.对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。3.写出符合设计格式要求的设计报告书。指导教师：王巍时间：2015年12月23日目录总体框图.........................................................................................................................11.电路原理说明.............................................................................................................................11.1主电路原理说明........................................................................................................................................11.2触发电路........................................................................................................................................................31.2.1触发电路的脉冲类型........................................................................................................31.2.2常用的继承触发电路........................................................................................................41.2.3触发信号波形......................................................................................................................52.电路参数及元件选取...............................................................................................................72.1主电路元件选择........................................................................................................................................72.2整流变压器额定参数计算..................................................................................................................82.2.1二次相电压U2..................................................82.2.2一次与二次额定电流及容量计算..................................93.保护电路工作原理...................................................................................................103.1过电流保护............................................................................................................103.2过电压保护............................................................................................................114.应用举例...................................................................................................................125.总结体会...................................................................................................................14元器件清单........................................................15参考文献.......................................................................................................................15摘要随着电力电子器件的大力发展，该方面的用途越来越广泛。由于电力电子装置的电能变换效率高，完成相同的工作任务可以比传统方法节约电能10%～40%，因此它是一项节能技术，整流技术就是其中很重要的一个环节。该设计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。同时考虑保护电路和缓冲电路，通过参数计算对晶闸管进行了选型。该装置可以用于发电机励磁仿真实验，实现励磁全工艺调节；还可用于直流电机调速系统、同步电机传动系统、通用直流电源、UPS等，也可作为交流电机传动系统相控交交变频器的基本单元。关键字：可控硅三项桥式全控整流电路；保护电路；脉冲电路；UPS；传动系统；交变频；辽宁工程技术大学电力电子技术课程设计1总体框图该系统的总体框图如图1所示。图1系统框图1.电路原理说明1.1主电路原理说明主电路图如下图所示；为说明此原理，假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况就也就相当于晶闸管触发角α=0o时的情况。此时，对于共阴极组的三个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的三个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的张政军：直流电动机调压调速可控整流电源设计2电压为某一线电压。α=0o时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析du的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压1du为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压2du为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压du1du2du是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的最大的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小的相电压，输出整流电压du为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压du波形为线电压在正半周的包络线。由于负载端所接的电感值无限大，会对变化的电流有抵抗作用，从而使得负载电流几乎为一条直线。其电路工作波形如图2所示。当触发角α改变时，电路的工作情况将发生变化。当α=030时，从1t角开始把一个周期等分为6段，每段为060与α＝00时的情况相比，一周期中du波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表1的规律。区别在于，晶闸管起始导通时刻推迟了030,组成du的每一段线电压因此推迟030，du平均值降低。图3中给出了变压器二次侧a相电流ai的波形，该波形的特点是，在VT1处于通态的120o期间，ai为正，由于图3α=30o时的波形辽宁工程技术大学电力电子技术课程设计3大电感的作用，di波形的形状近似为一条直线，在VT4处于通态的120o期间，ai波形的形状也近似为一条直线，但为负值。当α=060时，du波形中每段线电压的波形继续向后移，du平均值继续降低，060时du出现了为零的点。由以上分析可见，当060时，du波形连续。对于带大电感的反电动势，di波形由于电感的作用为一条平滑的直线并且也连续。当060时，如090时电阻负载情况下的工作波形如图4所示，du平均值继续降低，由于电感的存在延迟了VT的关断时刻，使得du的值出现负值，当电感足够大时，du中正负面积基本相等，du平均值近似为零。这说明带阻感的反电动势的三相桥式全控整流电路的角的移相范围为090。1.2触发电路1.2.1触发电路的脉冲类型对于三相桥式全控整流电路，在其合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路在正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有脉冲。为此，可采用两种方法：一种是使脉冲宽度大于060（一般取080～0100），称为宽脉冲触发；另一种方法是，在触发某个晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差060，脉宽一般为020～030，称为双脉冲触发。双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲，但为了不使脉冲变压饱和，需将铁心体积做得较大，绕组匝数较多，导致漏感增大，脉冲前沿不够陡。因此，常用的是双脉冲触发。图4α＝90o时的波形张政军：直流电动机调压调速可控整流电源设计41.2.2常用的集成触发电路常用的三相全控桥整流电路的集成触发电路是由三个KJ004集成块和一个KJ041集成块组成的，脉冲产生后由六个晶体管进行放大。图5KJ004电路原理图KJ004电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组成。电原理见图5：锯齿波的斜率决定于外接电阻R6、RW1，流出的充电电流和积分电容C1的数值。对不同的移相控制电压VY，只有改变权电阻R1、R2的比例，调节相应的偏移电压VP。同时调整锯齿波斜率电位器RW1，可以使不同的移相控制电压获得整个移相范围。触发电路为正极性型，即移相电压增加，导通角增大。R7和C2形成微分电路，改变