电力电子(晶闸管整流)bswj.docx

一、概述述二、课程程设计方方案本次课程程设计的的主要内内容是利利用晶闸闸管整流流来设计计直流电电机控制制系统，主主要设计计内容有有1、电路路功能：（1）、用用晶闸管管缺角整整流实现现直流调调压，控控制直流流电动机机的转速速。（2）、电电路由主主电路与与控制电电路组成成，主电电路主要要环节：整流电电路及保保护电路路。控制制电路主主要环节节：触发发电路、电电压电流流检测单单元、驱驱动电路路、检测测与故障障保护电电路。（3）、主主电路电电力电子子开关器器件采用用晶闸管管、IGGBT或或MOSSFETT。（4）、系系统具有有完善的的保护2、系统统总体方方案确定定3、主电电路设计计与分析析（1）、确确定主电电路方案案（2）、主主电路元元器件的的计算及及选型（3）、主主电路保保护环节节设计4、控制制电路设设计与分分析（1）、检检测电路路设计（2）、功功能单元元电路设设计（3）、触触发电路路设计（4）、控控制电路路参数确确定设计要求求有一下下四点：1、设计计思路清清晰，给给出整体体设计框框图；2、单元元电路设设计，给给出具体体设计思思路和电电路；3、分析析所有单单元电路路与总电电路的工工作原理理，并给给出必要要的波形形分析。4、绘制制总电路路图5、写出出设计报报告；主要的设设计条件件有：1、设计计依据主主要参数数（1）、输输入输出出电压：（ACC）2220（11+155%）、（2）、最最大输出出电压、电电流根据据电机功功率予以以选择（3）、要要求电机机能实现现单向无无级调速速（4）、电电机型号号布置任任务时给给定2、可提提供实验验与仿真真条件三、系统统电路设设计1、主电电路的设设计（1）、主主电路设设计方案案主电路的的主要功功能是实实现整流流，将三三相交流流电变为为直流电电。主要要通过整整流变压压器和三三相桥式式全控整整流来实实现。整流变压压器是整整流设备备的电源源变压器器。整流流设备的的特点是是原方输输入电流流，而副副方通过过整流原原件后输输出直流流。 变变流是整整流、逆逆流和变频三种种工作方方式的总总称，整整流是其其中应用用最广泛泛的一种种。作为为整流装装置电源源用的变变压器称称为整流流变压器器。工业业用的整整流直流流电源大大部分都都是由交交流电网网通过整整流变压压器与整整流设备备而得到到的。整流变压压器是专专供整流流系统的的变压器器。整流流变压器器的功能能： 1.是供供给整流流系统适适当的电电压， 2.是减减小因整整流系统统造成的的波形畸畸变对电电网的污污染。目前在各各种整流流电路中中，应用用最为广广泛的是是三相桥桥式全控控整流电电路，其其原理图图如图11所示，习习惯将其其中阴极极连接在在一起的的3个晶晶闸管（VVT1、VTT3、 VVT5）称为为共阴极极组；阳阳极连接接在一起起的3个个晶闸管管（VTT4、VTT6、VTT2）称为为共阳极极组。此此外，习习惯上希希望晶闸闸管按从从1至66的顺序序导通，为为此将晶晶闸管按按图示的的顺序编编号，即即共阴极极组中与与a、bb、c三三相电源源相接的的3个晶晶闸管分分别为VVT1、VTT3、VTT5， 共共阳极组组中与aa、b、cc三相电电源相接接的3个个晶闸管管分别为为VT44、VTT6、VTT2。从后后面的分分析可知知，按此此编号，晶晶闸管的的导通顺顺序为 VT11VTT2VTT3VTT4VTT5VTT6。以下下首先分分析带电电阻负载载时的工工作情况况。整流输出出的波形形在一周周期内脉脉动6次次，且每每次脉动动的波形形相同，因因此在计计算其平平均值时时，只需需对一个个脉波（即即1/66周期）进进行计算算即可。此此外，以以线电压压的过零零点为时时间坐标标的零点点，于是是可得当当整流输输出电压压连续时时（即带带阻感负负载时，或或带电阻阻负载600o时）的的平均值值为                带电电阻负载载且>>60oo时，整整流电压压平均值值为                 输输出电流流平均值值为Idd = Ud/R。      当整流流变压器器为图11中所示示采用星星形联结结，带阻阻感负载载时，变变压器二二次侧电电流波形形如图77中所示示，为正正负半周周各宽1120oo、前沿沿相差1180oo的矩形形波，其其有效值值为                  晶闸闸管电压压、电流流等的定定量分析析与三相相半波时时一致。      三相相桥式全全控整流流电路接接反电动动势阻感感负载时时，在负负载电感感足够大大足以使使负载电电流连续续的情况况下，电电路工作作情况与与电感性性负载时时相似，电电路中各各处电压压、电流流波形均均相同，仅仅在计算算Id时有所所不同，接接反电动动势阻感感负载时时的Idd为               式式中R和和E分别别为负载载中的电电阻值和和反电动动势的值值。主电路图图中的保保护电路路说明在在后续章章节中会会介绍（2）、主主电路图图（3）、主主电路的的参数计计算及器器件的选选型、电动动机本直流电电机控制制系统选选用Z22-1002型号号电动机机，其主主要参数数如下：额定电压压 额定电流流 额定功率率 额定转速速 、整流流变压器器变压器二二次侧电电压：；考虑安安全裕量量，取11.倍的的电压值值，因为为是三相相桥式全全控整流流，所以以A=22.344，所以以变压器二二次侧电电流：由由三相桥桥式全控控整流电电路知识识及考虑虑安全裕裕量有变压器的的容量：变压器的的变比：则变压器器一次侧侧电流：、晶闸闸管晶闸管元元件在电电路中实实际承受受的最大大电压为为V考虑安全全裕量，所所以晶闸闸管的额额定电压压为晶闸管元元件在电电路中实实际承受受的最大大电流为为考虑安全全裕量，所所以晶闸闸管的额额定电流流为、断路路器整流变压压器一次次侧所接接断路器器承受的的最大电电压为整流变压压器一次次侧所接接断路器器承受的的最大电电流为考虑安全全裕量，选选取整流流变压器器的额定定电压为为选取整流流变压器器的额定定电压为为、压敏敏电阻压敏电阻阻的选取取主要考考虑额定定电压和和流通容容量，压压敏电阻阻额定电电压的选选取通常常可按下下面公式式计算为电网电电压升高高系数，一一般取=1.00511.100.考虑安全全裕量，整整流变压压器一次次侧压敏敏电阻额额定电压压为3550V，二二次侧压压敏电阻阻额定电电压为2280VV、电抗抗器通常取电电动机的的额定电电流的110%15%作为电电抗器的的额定电电流故 考虑安全全裕量，取取电抗器器的额定定电流为为1000A。、熔断断器、接收收器、电压压表为了电压压表的安安全考虑虑，应三三相电源源相电压压的额定定值为2220VV，应选选取整流流变压器器一次侧侧电压表表的量程程为2550V。2、控制制电路设设计（1）、控控制电路路简述本部分使使用的是是电流、转转速双闭闭环直流流调速控控制系统统。电流、转转速双闭闭环直流流调速系系统由电电流调节节器和转转速调节节器串级级联结而而形成电电流负反反馈内环环和转速速负反馈馈外环而而构成，如如下图所所示：转速调节节器的输输出作为为电流调调节器的的输入，由由电流调调节器的的输出去去控制晶晶闸管整整流器的的触发器器。通过过设置转转速调节节器的输输出限幅幅以及配配合调节节转速反反馈的通通道的增增益，可可以得到到电机启启动、制制动等过过程中的的电枢回回路的最最大电流流值，使使得电动动机快速速启动和和制动。同同时通过过双环结结构可以以很好的的抑制电电网电压压波动和和负载变变化等扰扰动量的的电机转转速输出出的影响响，因此此电流、转转速双闭闭环直流流调速控控制系统统具有良良好的动动态和静静态特性性。电流流、转速速双闭环环直流调调速控制制系统设设计出来来对主电电路与控控制电路路设计之之外更为为重要的的环节就就是电流流调节器器和转速速调节器器的设计计一般电电流和转转速调节节器由比比例积分分调节器器构成，因因而便是是两者比比例积分分参数整整定的问问题。（2）、控控制电路路原理图图（3）、触触发电路路简述本触发电电路以TTCA7785为为核心的的可控硅硅三相全全控桥触触发电路路TCA7785是是德国西西门子(Sieemenns)公公司于119888年前后后开发的的第三代代晶闸管管单片移移相触发发集成电电路，它它是取代代TCAA7800及TCCA7880D的的更新换换代产品品，其引引脚排列列与TCCA7880、TTCA7780DD和国产产的KJJ7855完全相相同，因因此可以以互换。目目前，它它在国内内变流行行业中已已广泛应应用。与与原有的的KJ系系列或KKC系列列晶闸管管移相触触发电路路相比，它它对零点点的识别别更加可可靠，输输出脉冲冲的齐整整度更好好，而移移相范围围更宽，且且由于它它输出脉脉冲的宽宽度可人人为自由由调节，所所以适用用范围较较广。 、引脚排排列、各各引脚的的功能及及用法 TCAA7855是双列列直插式式的166引脚大大规模集集成电路路。它的的引脚排排列如下下图所示示。 各各引脚的的名称、功功能及用用法如下下: 引引脚166(VSS)：电电源端。使使用中直直接接用用户为该该集成电电路工作作提供的的工作电电源正端端。 引引脚1(OS)：接地地端。应应用中与与直流电电源VSS、同步步电压VVSYNNC及移移相控制制信号VV11的的地端相相连接。 引脚44(Q11)和22(Q22)：输输出脉冲冲1与22的非端端。该两两端可输输出宽度度变化的的脉冲信信号，其其相位互互差1880°，两两路脉冲冲的宽度度均受非非脉冲宽宽度控制制端引脚脚13(L)的的控制。它它们的高高电平最最高幅值值为电源源电压VVS，允允许最大大负载电电流为110mAA。若该该两端输输出脉冲冲在系统统中不用用时，电电路自身身结构允允许其开开路。 引脚114(QQ1)和和15(Q2)：输出出脉冲11和2端端。该两两端也可可输出宽宽度变化化的脉冲冲，相位位同样互互差1880°，脉脉冲宽度度受它们们的脉宽宽控制端端引脚112(CC12)的控制制。两路路脉冲输输出高电电平的最最高幅值值为VSS。 引引脚133(L)：非输输出脉冲冲宽度控控制端。该该端允许许施加电电平的范范围为-0.55VVVS，当当该端接接地时，QQ1、QQ2为最最宽脉冲冲输出，而而当该端端接电源源电压VVS时，QQ1、QQ2为最最窄脉冲冲输出。 引脚112(CC12)：输出出Q1、QQ2脉宽宽控制端端。应用用中，通通过一电电容接地地，电容容C122的电容容量范围围为1550447000pF，当当C122在1550110000pF范范围内变变化时，QQ1、QQ2输出出脉冲的的宽度亦亦在变化化，该两两端输出出窄脉冲冲的最窄窄宽度为为1000s，而而输出宽宽脉冲的的最宽宽宽度为220000s。 引脚111(VV11)：输出出脉冲QQ1、QQ2或QQ1、QQ2移相相控制直直流电压压输入端端。应用用中，通通过输入入电阻接接用户控控制电路路输出，当当TCAA7855工作于于50HHz，且且自身工工作电源源电压VVs为115V时时，则该该电阻的的典型值值为155k，移移相控制制电压VV11的的有效范范围为00.2VVVss-2VV，当其其在此范范围内连连续变化化时，输输出脉冲冲Q1、QQ2及QQ1，QQ2的相相位便在在整个移移相范围围内变化化，其触触发脉冲冲出现的的时刻为为 trrr=(V111R9CC10)/(VVREFFK) 式中 R9、CC10、VVREFF 分别为为连接到到TCAA7855引脚99的电阻阻、引脚脚10的的电容及及引脚88输出的的基准电电压 KK 常数 为降低低干扰，应应用中引引脚111通过00.1F的电电容接地地，通过过2.22F的的电容接接正电源源。 引引脚100(C110)：外接锯锯齿波电电容连接接端。CC10的的实用范范围为5500ppF11F。该该电容的的最小充充电电流流为100A。最最大充电电电流为为1mAA，它的的大小受受连接于于引脚99的电阻阻R9控控制，CC11两两端锯齿齿波的最最高峰值值为VSS-2VV，其典典型后沿沿下降时时间为880ss。 引引脚9(R9)：锯齿齿波电阻阻连接端端。该端端的电阻阻R9决决定着CC10的的充电电电流，其其充电电电流可按按下式计计算： I100=VRREFKK/R99 连接接于引脚脚9的电电阻亦决决定了引引脚100锯齿波波电压幅幅度的高高低，锯锯齿波幅幅值为： V110=VVREFFKt/(R99C100) 电电阻R99的应用用范围为为33300kk。 引脚88(VRREF)：TCCA7885自身身输出的的高稳定定基准电电压端。负负载能力力为驱动动10块块CMOOS集成成电路，随随着TCCA7885应用用的工作作电源电电压VSS及其输输出脉冲冲频率的的不同，VVREFF的变化化范围为为2.883.4V，当当TCAA7855应用的的工作电电源电压压为155V，输输出脉冲冲频率为为50HHz时，VVREFF的典型型值为33.1VV，如用用户电路路中不需需要应用用VREEF，则则该端可可以开路路。 引引脚7(QZ)和3(QV)：TCCA7885输出出的两个个逻辑脉脉冲信号号端。其其高电平平脉冲幅幅值最大大为VSS-2VV，高电电平最大大负载能能力为110mAA。QZZ为窄脉脉冲信号号，它的的频率为为输出脉脉冲Q22与Q11或Q11与Q22的两倍倍，是QQ1与QQ2或QQ1与QQ2的或或信号，QQV为宽宽脉冲信信号，它它的宽度度为移相相控制角角+1180°°，它与与Q1、QQ2或QQ1、QQ2同步步，频率率与Q11、Q22或Q11、Q22相同，该该两逻辑辑脉冲信信号可用用来提供供给用户户的控制制电路作作为同步步信号或或其它用用途的信信号，不不用时可可开路。 引脚66(I)：脉冲冲信号禁禁止端。该该端的作作用是封封锁Q11、Q22及Q11、Q22的输出出脉冲，该该端通常常通过阻阻值100k的的电阻接接地或接接正电源源，允许许施加的的电压范范围为-0.55VVVS，当当该端通通过电阻阻接地，且且该端电电压低于于2.55V时，则则封锁功功能起作作用，输输出脉冲冲被封锁锁。而该该端通过过电阻接接正电源源，且该该端电压压高于44V时，则则封锁功功能不起起作用。该该端允许许低电平平最大灌灌电流为为0.22mA，高高电平最最大拉电电流为00.8mmA。 引脚55(VSSYNCC)：同同步电压压输入端端。应用用中需对对地端接接两个正正反向并并联的限限幅二极极管，该该端吸取取的电流流为2002000AA，随着着该端与与同步电电源之间间所接的的电阻阻阻值的不不同，同同步电压压可以取取不同的的值，当当所接电电阻为2200kk时，同同步电压压可直接接取2220VV。、以TTCA7785为为核心的的可控硅硅三相全全控桥触触发电路路TCA7785可可控硅移移相触发发器是西西门子公公司生成成的单片片可控硅硅移相触触发电路路。它能能够输出出两路相相位差1180°°的移相相触发脉脉冲，且且触发脉脉冲可在在01180°°之间任任意移动动。该电电路主要要用于各各种变流流设备中中触发单单双相可可控硅，亦亦可用于于晶体管管驱动。     电参数如如下：电源电压压：直流流±(115V+5V)。交流同步步电压：任意值值(由所所加同步步电阻值值决定)。同步输入入电流：5000µAA。移相范围围：01800°。锯齿波幅幅度：10VV。输出脉冲冲：a脉冲冲宽度：30µµs1180°°-。b脉冲冲幅度：122V。以TCAA7855为核心心的可控控硅三相相全控桥桥触发电电路KM-118-22模块电电原理图图本电路路可广泛泛地应用用于三相相全控整整流、三三相交流流调压等等方面。3、保护护电路设设计（1）、过过电压保保护电路中电电感元件件积累的的能量骤骤然释放放或外界界侵入电电路的大大量电荷荷累积产产生过电电压，对对系统的的安全运运行构成成危害。所所以，过过电压保保护的基基本做法法，是在在电路中中设置吸吸收能量量保护的的元件，使使能量得得以释放放，以保保证晶闸闸管装置置的可靠靠工作。在本设计计系统中中，采用用压敏电电阻保护护。压敏敏电阻保保护是将将压敏电电阻并联联在电路路中,当电压压大于一一定值的的时候,压敏电电阻击穿穿短路,将电压压限制在在击穿电电压下,瞬间(容量小小于压敏敏电阻极极限电流流)的浪涌涌是不会会烧掉压压敏电阻阻的,但是长长时间或或容量大大于压敏敏电阻短短路容量量的,就会损损坏压敏敏电阻,甚至会会炸裂压压敏电阻阻.因为电电路的上上级一定定会有短短路保护护元件,所以压压敏电阻阻击穿短短路后会会引起上上级短路路保护动动作.主电路压压敏电阻阻过电压压保护接接线如下下图所示示：（2）、过过电流保保护、快速速熔断器器保护对于晶闸闸管整流流装置，过过电流保保护设计计是很重重要的。如如果短路路或过电电流数值值过大，而而切断的的时间稍稍慢，就就会造成成晶闸管管的损坏坏。所以以过电流流保护措措施在系系统中是是必不可可少的。本系统中中采用快快速熔断断器作为为短路保保护元件件，将快快速熔断断器串联联在交流流侧做过过电流保保护，能能对元件件起到较较好的保保护作用用。快速速熔断器器做过电电流保护护是晶闸闸管装置置中应用用最普遍遍的保护护措施。快快速熔断断器德的的断流时时间在110mss以内。将将快速熔熔断器与与晶闸管管元件串串联，由由于两者者的电流流相同，对对做保护护用最好好接法如如下图所所示：、断路路器保护护断路器的的作用是是切断和和接通负负荷电路路，以及及切断故故障电路路，防止止事故扩扩大，保保证安全全运行。而而高压断断路器要要开断115000V，电电流为115000-20000AA的电弧弧，这些些电弧可可拉长至至2m仍然然继续燃燃烧不熄熄灭。故故灭弧是是高压断断路器必必须解决决的问题题。吹弧弧熄弧的的原理主主要是冷冷却电弧弧减弱热热游离，另另一方面面通过吹吹弧拉长长电弧加加强带电电粒子的的复合和和扩散，同同时把弧弧隙中的的带电粒粒子吹散散，迅速速恢复介介质的绝绝缘强度度。（3）、电电抗器保保护在晶闸管管变流装装置供电电的直流流调速系系统中，常常在直流流侧串有有带空气气隙的铁铁心电抗抗器，使使输出电电流连续续、限制制电流脉脉动，并并抑制环环流，以以提高装装置对负负载供电电的性能能和提高高运行的的安全可可靠性。四、总结结在课程设设计完成成后，我我真正体体会的学学习的乐乐趣，感感受到了了一份付付出一份份回报的的快乐，先先前遇到到的这样样那样的的畏难的的想法、种种种麻烦烦困难一一下烟消消云散，心心里面一一片豁达达爽朗，我我开始庆庆幸自己己的选择择，庆幸幸自己没没有放弃弃，庆幸幸自己一一直在努努力，也也特别感感谢唐老老师在整整个课程程设计中中的帮助助，谢谢谢您！五、参考考文献1、王兆兆安、黄黄俊主编编的电电力电子子技术 机械械工业出出版社2、刘祖祖润、胡胡俊达主主编的毕毕业设计计指导 机械工工业出版版社3、王忠忠礼、段段慧达、高高玉峰主主编的MMATLLAB应应用技术术在电电气工程程与自动动化专业业中的应应用 清清华大学学出版社社4、石玉玉、栗书书贤主编编的电电力电子子技术题题例与电电路设计计指导 机械工工业出版版社 5、莫正正康主编编的电电力电子子技术应应用（第第3版） 机械械工业出出版社6、郑琼琼林主编编的耿耿学文电力电电子电路路精选 机机械工业业出版社社7、刘定定建、朱朱丹霞主主编的实实用晶闸闸管电路路大全 机械工工业出版版社8、刘星星平主编编的电电力电子子技术及及电力拖拖动自动动控制系系统 9、刘星星平主编编的一一种新型型双闭环环直流脉脉宽调速速系统的的设计与与应用10、陈陈伯时主主编的电电力拖动动自动控控制系统统 机机械工业业出版社社六、附录录附直流电电机控制制系统（晶晶闸管整整流）电电路图七、评分分表