电力电子(晶闸管整流)

1、一、概述二、课程设计方案本次课程设计的主要内容是利用晶闸管整流来设计直流电机控制系统，主要设计内容有1、电路功能：（1）、用晶闸管缺角整流实现直流调压，控制直流电动机的转速。（2） 、电路由主电路与控制电路组成，主电路主要环节：整流电路及保护 电路。控制电路主要环节：触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、检 测与故障保护电路。（3） 、主电路电力电子开关器件采用晶闸管、IGBT或MOSFET。（4）、系统具有完善的保护2、系统总体方案确定3、主电路设计与分析（1）、确定主电路方案（2）、主电路元器件的计算及选型（3）、主电路保护环节设计4、控制电路设计与分析（1）、检测电路设计（2）、功能单元

2、电路设计（3）、触发电路设计（4）、控制电路参数确定设计要求有一下四点：1、设计思路清晰，给出整体设计框图；2、单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3、分析所有单元电路与总电路的工作原理，并给出必要的波形分析。4、绘制总电路图5、写出设计报告； 主要的设计条件有：1、设计依据主要参数（1 ）、输入输出电压：（AC ） 220（ 1+15% ）、（2 ）、最大输出电压、电流根据电机功率予以选择（3）、要求电机能实现单向无级调速（4 ）、电机型号布置任务时给定2、可提供实验与仿真条件三、系统电路设计1、主电路的设计（1 ）、主电路设计方案主电路的主要功能是实现整流，将三相交流电变为直流电。主要通

3、过整流变压器和三相桥式全控整流来实现。整流变压器是整流设备的电源变压器。整流设备的特点是原方输入电流， 而副方通过整流原件后输出直流。变流是整流、逆流和变频三种工作方式的总称，整流是其中应用最广泛的一种。作为整流装置电源用的变压器称为整流变压器。工业用的整流直流电源大部分都是由交流电网通过整流变压器与整流 设备而得到的。整流变压器是专供整流系统的变压器。整流变压器的功能：1是供给整流系统适当的电压，2是减小因整流系统造成的波形畸变对电网的污染。目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路 ，其原理图如图1所示，习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴

4、极组；阳极连接在一起的 3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。此外， 习惯上希望晶闸管按从 1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共 阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为 VTi、VT3、VT5，共阳极 组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为 VT4、VT6、VT2。从后面的分析 可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为 VT1 - VT2-VT3- VT4-VT5- VT6。以下首 先分析带电阻负载时的工作情况。整流输出的波形在一周期内脉动 6次，且每次脉动的波形相同，因此 在计算其平均值时，只需对一个脉波（即1/6周期）进行计算即可。此外, 以线电压

5、的过零点为时间坐标的零点，于是可得当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载 a 60时，整流电压平均值为sin 磯&（、如-2.?4/2【1 +输出电流平均值为Id = Ud/R。当整流变压器为图1中所示采用星形联结，带阻感负载时，变压 器二次侧电流波形如图7中所示，为正负半周各宽120、前沿相差180 的矩形波，其有效值为2 = J石:x亍打+ （-如/冥亍打）= 0-816/晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。三相桥式全控整流电路接反电动势阻感负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电 路中各处电压、电流波形均相同，仅在计算I

6、d时有所不同，接反电动势阻感负载时的Id为R式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。主电路图中的保护电路说明在后续章节中会介绍（2）、主电路图额定功率R =125KW(3 )、主电路的参数计算及器件的选型、电动机Un =220V本直流电机控制系统选用Z2-102型号电动机，其主要参数如下:额定电压额定转速nN =1500d/mi n、整流变压器变压器二次侧电压：U2 =(1.21.5)Udmax/A ；考虑安全裕量，取1倍的电压值，因为是三相桥式全控整流，所以 A=2.34， 所以U2 “.5Udmax/2.34 =1.5*220/2.34 = 140.03/变压器二次侧电流：由三相桥式

7、全控整流电路知识及考虑安全裕量有12 =1.1*0.8161 N =1.1* 0.816* 635 = 570.0A变压器的容量：S = 3U212 = 3*140.03* 570.0 二 239.5KW变压器的变比：k =UU2 =220/140.03 = 1.57则变压器一次侧电流：J = l2/k = 570.0/1.57 =363.0A、晶闸管晶闸管元件在电路中实际承受的最大电压为UTm =766 =2.45*140.03 =340.07v考虑安全裕量，所以晶闸管的额定电压为Utn =2UTm =2*340.7=681.4V晶闸管元件在电路中实际承受的最大电流为lTm =12/( -3

8、*1.57) =573/(1.414*1.57) =209.6A考虑安全裕量，所以晶闸管的额定电流为Itn =1.51仆=1.5* 209.6 =314.4A 、断路器整流变压器一次侧所接断路器承受的最大电压为整流变压器一次侧所接断路器承受的最大电流为l = I1N = 363A考虑安全裕量，选取整流变压器的额定电压为UqN =270V选取整流变压器的额定电压为Iqn =400A 、压敏电阻压敏电阻的选取主要考虑额定电压和流通容量，压敏电阻额定电压的选取通常 可按下面公式计算mA*（压敏电阻承受的额定电（0.8 0.9）压的峰值）；为电网电压升高系数，一般取；=1.051.10.1.10/-U

9、1A* 220*、2 =306.53V0.9U2A -110* 140.03* . 2 =242.070.9考虑安全裕量，整流变压器一次侧压敏电阻额定电压为350V，二次侧压敏电阻额定电压为280V 、电抗器通常取电动机的额定电流的10%15%作为电抗器的额定电流Ila =10%In =10%*635 = 63.5A考虑安全裕量，取电抗器的额定电流为100A。 、熔断器 、接收器220V，应选取整流变压器 、电压表为了电压表的安全考虑，应三相电源相电压的额定值为次侧电压表的量程为 250V。2、控制电路设计（1 ）、控制电路简述本部分使用的是电流、转速双闭环直流调速控制系统。电流、转速双闭环直

10、流调速系统由电流调节器和转速调节器串级联结而形成电 流负反馈内环和转速负反馈外环而构成，如下图所示：转速调节器的输出作为电流调节器的输入，由电流调节器的输出去控制晶闸管 整流器的触发器。通过设置转速调节器的输出限幅以及配合调节转速反馈的通道的 增益，可以得到电机启动、制动等过程中的电枢回路的最大电流值，使得电动机快 速启动和制动。同时通过双环结构可以很好的抑制电网电压波动和负载变化等扰动 量的电机转速输出的影响，因此电流、转速双闭环直流调速控制系统具有良好的动 态和静态特性。电流、转速双闭环直流调速控制系统设计出来对主电路与控制电路 设计之外更为重要的环节就是电流调节器和转速调节器的设计一般电流和转速调节器由比例积分调节器构成，因而便是两者比例积分参数整定的问题。（2）、控制电路原理图厂6十（3）、触发电路简述本触发电路以TCA785为核心的可控硅三相全控桥触发电路TCA785是德国西门子（Siemens）公司于1988年前后开发的第三代晶闸管 单片移相触发集成电路，它是取代