2022年晶闸管可控整流技术直流电机调速系统设计.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 目录1 绪 论 .1 1.1 课题背景 .1 1.2 直流电动机调压调速可控整流电源设计简介 .1 1.3 课题设计要求 .1 1.4 课题主要内容 .2 2 主电路设计 .3 2.1 总体设计思路 .3 2.2 系统结构框图 .3 2.3 系统工作原理 .4 2.4 对触发脉冲的要求 .5 3 主电路元件挑选 .6 3.1 晶闸管的选型 .6 4 整流变压器额定参数运算 .8 4.1 二次相电压 U2 .9 4.2 一次与二次额定电流及容量运算.13 5 触发电路的设计 .15 6 爱护电路的设计 .18 6.1 过电压的产生及过电压爱护.1
2、8 6.2 过电流爱护 .19 7 缓冲电路的设计 .20 8 总结 .23名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 绪论1.1 课题背景当今, 自动化掌握系统已在各行各业得到广泛的应用和进展 , 而自动调 速掌握系统的应用在现代化生产中起着尤为重要的作用 , 直流调速系统是 自动掌握系统的主要形式;由可控硅整流装置供应可调电压的直流调速系统 简称 KZD 系统 和 旋转变流机组及其它静止变流装置相比,不仅在经济性和牢靠性上有很大 提高,而且在技术性能上也显示出较大的优越性;可控硅虽然有很多优点,但是它承担过电压和过电
3、流的才能较差,很 短时间的过电压和过电流就会把器件损坏;为了使器件能够牢靠地长期运 行,必需针对过电压和过电流发生的缘由采纳恰当的爱护措施;为此,在 变压器二次侧并联电阻和电容构成沟通侧过电压爱护;在直流负载侧并联 电阻和电容构成直流侧过电压爱护;在可控硅两端并联电阻和电容构成可 控硅关断过电压爱护;并把快速熔断器直接与可控硅串联,对可控硅起过 流爱护作用;随着电力电子器件的大力进展,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省电 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;1.2 直流电动机调压调速可控整流电
4、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,采纳同步 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、移相掌握、脉冲形成和输出;此外,仍有双窄脉冲形成环节;同时考虑了 爱护电路和缓冲电路,通过参数运算对晶闸管进行了选型;1.3 课题设计要求 1、输入沟通电源:5A 2、三相 140V f=50Hz 3、直流输出电压: 50150V 5、直流输出电流额定值50A 6、直流输出电留恋续的最小值为1 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 7.给出整体设计框图,画出系统的完整的原理图 用 p
5、rotel99软件绘制 ; 8. 说明所选器件的型号,参数; 9. 给出具体电路画出电路原理图;1.4 课题主要内容(1)整流电路的挑选(2)整流变压器额定参数的运算(3)晶闸管电流、电压额定的挑选(4)平波电抗器电感值的运算(5)爱护电路的设计(6)触发电路的设计(7)画出完整的主电路原理图和掌握电路原理图(8)列出主电路所用元器件的明细表2 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2 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,依据三相桥式全控整流电路对触发电路的要求,采
6、纳同步信号为锯齿波的 触发电路,设计时采纳恒流源充电, 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、移相掌握、脉冲形成和输 出;此外,仍有双窄脉冲形成环节;同时考虑了爱护电路和缓冲电路,通 过参数运算对晶闸管进行了选型;三相可控整流电路的掌握量可以很大,输出电压脉动较小,易滤波,掌握滞后时间短;,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 有直流重量, 为此在应用中较少; 而采纳三相桥式全控整流 电路,可以有效的防止直流磁化作用;依据已知要求,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
7、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;3 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 2-1 系统结构框图2.3 系统工作原理其工作原理具体分析如下: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t2t3 区间 ,U 相电压仍旧最高 ,VT1 连续导通 ,W 相电
8、压最低 , 在 VT2管承担的 2 交点时刻被解发导通 ,VT2 管的导通使 VT6承担 uwv的反压关断;这区间负载电流仍旧从电源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t3t4 区间,这时 V 相电压最高,在 VT3管0 0 的4 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3 交点处被触发导通; VT1由于 VT3和导通而承担 Uuv的反压而关断, W相的 VT2连续导通;负载电流 Ud为:从 V 相流 W相,于是这区间三相
9、全控输出电压Ud=Uv-Uw=Uvw 其他区间,依此类推,电路中 6 只晶闸管导通的次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 uvw、Ud是由三相电压 6 个线电压 Uuv、Uuw、Uvu、Uwu和 Uwv 的轮番输出组成的;各线电压正半波的交点 16 分别为VT1VT6的 =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;2.4 对触发脉冲的要求三相全控桥整流电路在任何时刻都必需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,必需对两组中应导通的两只晶闸管同时加触发
10、脉冲,为此可采纳以下两种触发方式:(1)采纳单脉冲触发: 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,当后一个触发脉冲显现时刻,前一个脉冲仍未消逝,因此均能同时触发该导通的两只晶闸管(2)采纳双窄脉冲触发: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;5 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3 主电路元件挑选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,不计掌握角余
11、量按 =0o运算:由 Ud=2 .34U2得 U2= Ud =64.1V 取 80V 2.34U =(2 3)U t =(2 3)* 6 *U2 =(2 3)* 6 *120V =392 588 V 取 Ute 为 700V 当 Id=100A 时,流过每个晶闸管的电流有效值为:6 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - It = 1/ 3 Id =1/ 350A=29A 晶闸管额定电流It AV =It =29=18.5A 1.571.57取 Kf=1.73, 考虑 2 倍裕量:It AV 取 50A,当 Id=5A
12、时It = 1/ 3 Id = 1/ 3It AV =It= 1.8A 5A=2.85A 1.577 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 考虑 2 倍裕量: It AV 取 5A 按要求说明应取=0o来挑选晶闸管;即 It AV =5A 所以晶闸管型号为 KP50 1 4 整流变压器额定参数运算在很多情形下晶闸管整流装置所要求的沟通供电电压与电网往往不能一样,同时又为了削减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;整流变压器依据主电路的型式、负载额定电压和额定电流,算出整流变压器二次相
13、电压 以及容量;U2、一次与二次额定电流由于整流变压器二次与一次电流都不是正弦波,因而存在着肯定的谐波电 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;8 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4.1 二次相电压 U2 平常我们在运算 U2是在抱负条件下进行的,但实际上很多影响是不行 忽视的;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应按下式运算:I2 U2=AUdnn UtcosCUdlI2/式中 : Udl 负载的额定电压;整流元件的
14、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n2,半波电路n1);9 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - A 理 想 情形 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;10 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 最少移相角,在自动掌握系统中总期望 U2 值留有调剂余量,对于可逆直流调速系统 取 30o3511 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 2
15、8 页精选学习资料 - - - - - - - - - o,不行逆直流调速系统 取 10o15o; 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 取 Udl=0.050.1 ; I2/I2n二次侧答应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系统,U2 运算也可以采纳 以下体会公式:不行逆调速系统: U2= 可逆调速系统: U2=(0.53 0.58 )Udn (0.58 0.64 )Udn 式中 U2整流变压器二次相电压有效值; Udn直流电动机额定电压;对于一般
16、的中小容量整流调压装置,其U2值也可以用以下公式估算:U2=(1.15 1.2 )Udn A所以依据以知的参数及查表得:12 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - U2=AUdnn UtI2n=82.48V cosCUdlI2/4.2 一次与二次额定电流及容量运算假如不计变压器的励磁电流,依据变压器磁动势平稳原理可得一次和 二次电流关系式为:K=N1U1N2U2式中 N1,N2变压器一次和二次绕组的匝数; K变压器的匝数比;由于整流变压器流过的电流通常都是非正弦波,所以其电流、容量运算 与线路型式有关;三相桥式可控整
17、流电路运算如下:大电感负载时变压器二次电流的有效值为13 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2=2Id =0.816 Id = 30.816*50A=40.5A 由一次侧和二次侧电压得:I1N1U1140N2U282.5N1故 1 I =23.86A I2N2变压器二次侧容量为3 U2*I23*120V*18A29.2 KV*A变压器的安全性能 - 主要有变压器的阻燃性能和绝缘性能阻燃性能有所选原材料打算绝缘性能: e 型变压器的绝缘是由骨架的结构打算的 c 型变压器的绝缘石油组间绝缘层的结构打算的 e 型变压器
18、:工字形骨架的绝缘一般运算方法: VAB -结构容量 p2 -输出功率 u1 -初级电压14 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - u2 -次级电压升压式 VAB=p2(1-u1/u2 )将压比 VAB=p2(1-u2/u1 )五 触发电路的设计晶闸管最重要的特性是可控的正向导通特性. 当晶闸管的阳极加上正向电压后 , 仍必需在门极与阴极之间加上一个具有肯定功率的正向触发电 压才能打通 , 这一正向触发电压的导通是由触发电路供应的 , 依据具体情况这个电压可以是沟通、直流或脉冲电压;由于晶闸管被触发导通以后,门极的触
19、发电压即失去掌握作用,所以为了削减门极的触发功率,经常用 脉冲触发;触发脉冲的宽度要能维护到晶闸管完全导通后才能撤掉,晶闸 管对触发脉冲的幅值要求是:在门极上施加的触发电压或触发电流应大于 产品提出的数据,但也不能太大,以防止损坏其掌握极,在有晶闸管串并 联的场合,触发脉冲的前沿越陡越有利于晶闸管的同时触发导通;为了保 证晶闸管电路能正常,牢靠的工作,触发电路必需满意以下要求:触发脉 冲应有足够的功率,触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值,并 留有肯定的裕量;15 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 由闸管的
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