晶閘管直流調速系統(tǒng)變流器課程設計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　由于直流電動機具有寬廣的調速范圍，平滑的調速特性，較高的過載能力和較大的起動、制動轉矩，因此被廣泛的應用于調速性能要求較高的場合中。在工業(yè)生產(chǎn)中，需要高性能速度控制的電力拖動場合中，直流調速系統(tǒng)發(fā)揮的重要的作用。本次課程設計是利用兩組三相橋式全控整流系統(tǒng)的正反并聯(lián)來實現(xiàn)晶閘管直流調速系統(tǒng)變流器的連續(xù)調速和可逆運行。當使正組變流器

2、處于整流狀態(tài)時，直流電動機正向運行；當使反組變流器處于整流狀態(tài)時，直流電動機就能反向運行。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 晶閘管直流調速系統(tǒng)變流器設計方案介紹3</p><p>　　1.1 設計目的3</p><p>　　1.2 設計方案介紹3</p>&

3、lt;p>　　1.2.1 設計任務及指標要求3</p><p>　　2 主電路的設計4</p><p>　　2.1 主電路的工作原理及原理圖4</p><p>　　2.2 參數(shù)計算9</p><p>　　2.2.1 整流變壓器的計算9</p><p>　　2.2.2 晶閘管的元件選擇9&l

4、t;/p><p>　　2.3 保護電路10</p><p>　　3 元器件清單12</p><p><b>　　4 總結13</b></p><p><b>　　參考文獻14</b></p><p>　　晶閘管直流調速系統(tǒng)變流器設計方案介紹</p>&

5、lt;p><b>　　1.1 設計目的</b></p><p>　　電力電子課程設計是電氣自動化專業(yè)學生在整個學習過程中一項綜合性實踐環(huán)節(jié)，是走向工作崗位、從事專業(yè)技術之前的一項綜合性技能訓練，對學生的職業(yè)能力培養(yǎng)和實踐技能訓練具有相當重要的意義。主要目的在于：</p><p>　　1、通過設計提高學生綜合運用知識的能力，鞏固和擴展學生的知識領域、培養(yǎng)學生嚴謹?shù)?/p>

6、科學態(tài)度和提高獨立工作的能力；</p><p>　　2、通過設計使學生初步掌握電力電子系統(tǒng)設計方法，熟悉國家有關技術和經(jīng)濟方面的方針政策和安全規(guī)程，訓練使用設計手冊的技術資料的能力；</p><p>　　培養(yǎng)學生利用計算機編寫技術和繪制設計圖樣的能力。</p><p>　　1.2 設計方案介紹</p><p>　　1.2.1 設計任務及

7、指標要求</p><p>　　電網(wǎng)供電電壓為380V；</p><p>　?。?） 電網(wǎng)電壓波動+5%—-10%；</p><p>　?。?） 要求連續(xù)調速，可逆運行。</p><p>　　(4) 調速比D=15，電流脈動S1<=10%,靜差率S<=1%。</p><p>　　1.2.2 設計內容&l

8、t;/p><p>　　電動機的額定功率PN=60KW,額定電壓UN=220KW,額定電流IN=305A.試設計選擇晶閘管電流電動機調速系統(tǒng)的主電路。</p><p><b>　　主電路的設計</b></p><p>　　2.1 主電路的工作原理及原理圖</p><p>　　三相橋式全控整流電路</p><

9、;p>　　三相橋式全控整流電路的原理圖如圖2.1，此電路由變壓器和6個晶閘管以及負載組成。變壓器二次側接成星形，而一次側接成三角形，是為了避免三次諧波電流入電網(wǎng)。其中將陰極連接在一起的三個晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的三個晶閘管（VT2、VT4、VT6）稱為共陽極組。此外，習慣上希望晶閘管按1到6的順序導通，為此將晶閘管按圖2.1所示的順序編號，按此編號，晶閘管的導通順序為VT1-VT2-VT3-V

10、T4-VT5-VT6。</p><p>　　圖2.1 三相橋式全控整流電路圖</p><p>　　下面將對其原理進行說明：</p><p>　　假設將電路的晶閘管換做二極管，這種情況也就相當于晶閘管觸發(fā)角α為0°時的情況，此時，對于共陰極組的三個晶閘管，陽極所接交流電壓值最高的一個導通，而對于共陽極組的三個晶閘管，則是陰極所接的交流電壓值最低的一個導通。這

11、樣得到其波形圖如下：</p><p>　　圖2.2 α=0°時的波形</p><p>　　當α為0°時，各晶閘管均在自然換相點處換相，由圖中的變壓器二次繞組相電壓與線電壓波形的對應關系可以看出，各自然換相點既是相電壓的交點，同時也是線電壓的交點。同理可得α為30°和90°時的波形如下：</p><p>　　圖2.3 α=30&

12、#176;、90°時的電流電壓波形</p><p>　　2.2 主電路及其原理</p><p>　　主電路是由正組和反組并聯(lián)在電動機上來實現(xiàn)電動機的可逆運行，正組提供正向電壓，實現(xiàn)電動機正轉；反組提供反向電壓，實現(xiàn)電動機反轉。</p><p><b>　　圖2.4 主電路</b></p><p>　　圖2.

13、5 工作原理圖</p><p><b>　　（1） 工作原理</b></p><p>　　其工作原理如下圖2.5所示。</p><p>　　a.第1象限，正轉，電動機作電動運行，正組橋工作在整流狀態(tài)，α1<90°，EM<Ud（下標1表示正組橋，下標2表示反組橋）? </p><p>　　b.第2象

14、限，正轉，電動機作發(fā)電運行，反組橋工作在逆變狀態(tài)，β2<90°( α>90°)，EM>Ud。?</p><p>　　c.第3象限，反轉，電動機作電動運行，反組橋工作在整流狀態(tài)，α2<90°，EM<Ud。</p><p>　　d.第4象限，反轉，電動機作發(fā)電運行，正組橋工作在逆變狀態(tài)， β3<90°( α3>

15、;90°) ， EM>Ud。</p><p>　?。?） 由正轉到反轉的過程</p><p>　　從1組橋切換到2組橋工作，并要求2組橋在逆變狀態(tài)下工作，電動機進入第2象限（之前運行在第1象限）作正轉發(fā)電運行，電磁轉矩變成制動轉矩，電動機軸上的機械能經(jīng)2組橋逆變?yōu)榻涣麟娔芑仞侂娋W(wǎng)。</p><p>　　改變2組橋的逆變角，使之由小變大直至=/2（n=

16、0），如繼續(xù)增大，即</2，2組橋將轉入整流狀態(tài)下工作，電動機開始反轉進入第3象限的電動運行。</p><p>　　電動機從反轉到正轉，其過程則由第3象限經(jīng)第4象限最終運行在第1象限上。 </p><p><b>　?。?） 控制方案</b></p><p>　　根據(jù)對環(huán)流的不同處理方法，反并聯(lián)可逆電路又可分為幾種不同的控制方案，如配合

17、控制有環(huán)流（即=工作制）、可控環(huán)流、邏輯控制無環(huán)流和錯位控制無環(huán)流等。</p><p>　　對于=配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)，當系統(tǒng)工作時，對正、反兩組變流器同時輸入觸發(fā)脈沖，并嚴格保證=的配合控制關系，兩組變流器的輸出電壓平均值相等，且極性相抵，之間沒有直流環(huán)流；但輸出電壓瞬時值不等，會產(chǎn)生脈動環(huán)流，為防止環(huán)流只經(jīng)晶閘管流過而使電源短路，必須串入環(huán)流電抗器LC限制環(huán)流。</p><p>　

18、　工程上使用較廣泛的邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)不設置環(huán)流電抗器，控制原則是：兩組橋在任何時刻只有一組投入工作（另一組關斷），所以在兩組橋之間就不存在環(huán)流；變流器之間的切換過程是由邏輯單元控制的，故稱為邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)。 </p><p><b>　　2.2 參數(shù)計算</b></p><p>　　2.2.1 變壓器的計算</p><p>　　電動

19、機負載的額定電流為305A，所以變壓器二次側額定電流為：</p><p>　　=0.816 =0.816 248.9A</p><p><b>　　變壓器的容量為：</b></p><p>　　S= =110248.9=27.4KVA </p><p><b>　　變壓器參數(shù)為：</b><

20、/p><p>　　三相變壓器，S=27.4KVA， = V, 248.9A，采用d,Y連接，所以其型號為: TDGC-50KVA.</p><p>　　2.2.2 晶閘管的元件選擇</p><p>　　在三相橋式全控整流電路中，整流輸出電壓的波形在一個周期內脈動6次，且每次脈動的波形相同，因此在計算其平均值時，只需對一個脈波（即1/6周期）進行計算即可。</p

21、><p>　　于是可得到當整流輸出電壓連續(xù)時的有效值：</p><p><b>　　當 時，U </b></p><p><b>　　2.1</b></p><p><b>　　當 時，U </b></p><p><b>　　2.2</b

22、></p><p>　　所以，當直流電動機正常運行時，即U=UN=220V, 根據(jù)公式2.2、2.3可得觸發(fā)角應為 。</p><p>　　晶閘管承受的最大正、反向電壓為</p><p><b>　　晶閘管的額定電壓為</b></p><p><b>　　晶閘管的額定電流為</b></p

23、><p>　　綜上所得，應選擇晶閘管的型號為：KK800.</p><p><b>　　2.3保護電路</b></p><p>　　1 晶閘管的過壓保護</p><p>　　晶閘管的過壓能力比一般的電器元件差，當它承受超過反向擊穿電壓時，也會被反向擊穿而損壞。如果正向電壓超過管子的正向轉折電壓，會造成晶閘管硬開通，不僅是電路

24、工作失常，并且多次硬開關也會損壞管子。因此必須抑制晶閘管可能出現(xiàn)的過電壓，這里我們采用阻容保護。</p><p><b>　　圖2.6容電</b></p><p>　　2 晶閘管的過流保護</p><p>　　電力電子電路運行不正?；蛘甙l(fā)生故障時，可能會發(fā)生過電流。過電流分為過載和短路兩種情況。圖2.6給出了常用的過流保護措施。</p&g

25、t;<p>　　圖2.7電力電子系統(tǒng)中常用的過流保護方案</p><p><b>　　3 主電路的保護</b></p><p>　　我們不可能從根本上消除生產(chǎn)過程過電壓的根源，只能設法將過電壓的幅值抑制到安全限度之內，這是過電壓保護的基本思想。</p><p>　　抑制過電壓的方法不外乎三種：用非線性元件限制過電壓的幅度，用電阻

26、消耗生產(chǎn)過電壓的能量，用儲能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量。</p><p>　　對于非線性元件，不是額定電壓小，使用麻煩，就是不宜用于抑制頻繁出現(xiàn)過電壓的場合。所以我們選用儲能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量的保護。使用RC吸收電路，這種保護可以把變壓器繞組中釋放出來的電磁能量轉化為電容器的電場能量儲存起來，由于電容兩端電壓不能突變，所以能有效抑制過電壓，串聯(lián)電阻消耗部分產(chǎn)生過電壓的能量，并抑制LC回路的震動。其結構如下：&

27、lt;/p><p>　　圖2.8RC吸收電路</p><p><b>　　元器件清單</b></p><p>　　表3.1 整流器件清單</p><p><b>　　總結</b></p><p>　　通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的

28、，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。</p><p>　　此次課程設計，學到了很多課內學不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現(xiàn)差錯的隨機應變，和與人合

29、作共同提高，都受益非淺，今后的制作應該更輕松，自己也都能扛的起并高質量的完成項目。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　王兆安，黃俊.電力電子技術［M］.第四版.北京：機械工業(yè)出版社，2010.54-64</p><p>　　唐介.電機與拖動［M］.第二版. 北京：高等教育出版社，2007.60-64</p&