直流电动机调压调速可控整流电源设计

1、直流电动机调压调速可控整流电源设计摘要变压调速是直流调速系统的主要调速方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源。静止式可控整流器就是其中之一。静止式可控整流器，即晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统），其本质上是带R、L、E负载的晶闸管可控整流电路，通过调节触发装置的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整流电压，从而实现平滑调速。和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上有很大的提高，而且在技术上也能显示出较大的优越性。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，本设计是以晶闸管三相桥式全控整流电路作为为主电路系统，全面详细的分析了

2、直流电动机调压调速可控整流电源的设计方法。关键词： 晶闸管-电动机调速系统 三相桥式全控整流电路 可控整流电源目录第一章 课题任务分析11.1 概述11.2 要求1第二章 主电路设计12.1 主电路的选择12.2 系统及参数计算12.3. 主电路原件选择工作原理1第三章 触发电路的选择23.1 触发脉冲的要求2第四章 控制系统设计2第五章 控制电源设计2第六章 系统保护设计2第七章 电气操作系统设计2第八章 感想2第1章 课题任务分析1.1 概述整流电路是电力电子电路中出现最早的一种电路，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。整流电路的应用十分广泛，例如直流电动机，电镀电解电源，同

3、步发电机励磁，通信系统电源等。V-M系统本质上是带R、L、E负载的晶闸管可控整流电路。本文是关于直流电动机调压调速可控整流电源的设计。该系统以晶闸管三相桥式全控整流电路构成系统的主电路，包括主电路形式，晶闸管选型，整流变压器额定参数的计算，平波电抗器的选择，输出滤波电容的设计等环节。同时采用双窄脉冲集成触发器来控制晶闸管的触发角的大小。此外，还有控制系统的设计（通过电压闭环以实现稳压输出），控制电源设计（包括控制变压器、整流滤波，稳压输出），系统保护设计（电流截止保护，熔断器，SCR阻容保护），电气操作系统设计（控制电路与主电路通断控制逻辑互锁等）。1.2 设计技术参数 输入交流电源：三相38

4、0V10%，f=50 Hz 直流输出电压：50220V连续可调 直流输出电流额定值100A（允许1.2-1.5倍短时过载） 直流输出电流连续的最小值为20A1.3设计要求 晶闸管可控整流电源主电路设计。包括：主电路形式、晶闸管参数计算（阻感负载）、 整流变压器、平波电抗器、输出滤波电容设计等。 触发电路设计。双窄脉冲触发，脉宽30，min=20；同步变压器设计。 控制系统设计。电压闭环以实现稳压输出（调节器参数设计等）。 控制电源设计。控制变压器，整流滤波，稳压输出。 系统保护设计。电流截止保护、熔断器、SCR阻容保护等。 电气操作系统设计。控制电路与主电路通断控制、逻辑互锁等。第二章 主电路

5、设计2.1 主电路的选择本设计采用以晶闸管三相桥式全控整流电路构成的主电路系统，三相桥式全控整流电路的优点如下： 三相桥式全控整流电路，其变压器二次电流中不含有直流分量，可有效避免变压器直流磁化问题。 三相可控整流电路的控制量可以很大，输出电压脉动较小，易滤波，控制滞后时间短。对于相当于反电动势负载的电动机来说，它能满足其电流容量较大，电流脉动小且连续的要求。 根据课题要求，额定电流为100A，额定电压为220V，可求得额定功率P=100*220=22KW，一般整流装置容量大于4KW时，选用三相整流较为合适。综上所述选用三相桥式全控整流电路作为主电路是合理的。2.2 三相桥式全控整流电路工作原

6、理其原理图如图1所示:首先分析带电阻负载的工作情况，假设将电路中的晶闸管换做二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角=0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大的一个导通。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小的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组各有一个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。=0时，各晶闸管均在自然换相点处换相。从相电压波形看，共阴极组晶闸管导通时，以变压器二次侧的中点n为参考点，整流输出电压ud1为相电压在正半周期的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压ud=ud1-ud

7、2，是两条包络线间的差值。当触发角改变时，电路的工作情况发生变化，ud波形向后推移。当60时，整流输出电压出现断续；如果角继续增大至120，整流输出电压ud波形将全为0。可见带电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围是0-120。三相桥式全控整流电路带阻感负载时，若60时，由于电感的 作用，ud波形会出现负的部分。=90时，若电感值足够大时，ud中正负面积基本相等，平均值近似为0。这表明带阻感负载时，角的移相范围是0-90。 由以上分析可以总结出三相桥式全控整流电路的一些特点：(l) 每个时刻均需2个晶闸管同时导通,形成向负载供电的回路,其中一个晶闸管是共阴极组的，一个是共阳极组的，且不能为

8、同一相的晶闸管。(2) 对触发脉冲的要求：六个晶闸管的脉冲按VT1-VT2一VT3-VT4一VTS一VT6的顺序，相位依次相差60；共阴极组VTI、VT3、VT5的脉冲依次差120,共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120，同一相的上下两个桥臂,即VT1与VT4,VT3与VT6,VT5与VT2，脉冲相差180。(3) 整流输出电压ud一周期脉动六次,每次脉动的波形都一样，故该电路为六脉波整流电路。(4) 在整流电路合闸启动过程中或电流断续时,为确保电路的正常工作,需保证同时导通的两个晶闸管均有触发脉冲。一般有两种方法:一种是使脉冲宽度大于60(一般取80到100),称为宽脉冲触发；另一种方

9、法是在触发某个晶闸管的同时,给序号紧前的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60,脉冲宽度一般为20到30，称为双窄脉冲触发。2.3. 主电路原件选择及参数计算 2.3.1 晶闸管的选型 该系统负载为电动机，属于大电感负载，电流波形可看做连续且平直的。由题可知，U d取50-220V 2.3.2 整流变压器额定参数计算 很多情况下晶闸管整流装置所要求的交流供电电压与电网电压不一致，同时又为了减少电网与整流装置的相互干扰，使整流主电路与电网隔离，为此需配置整流变压器（包括一次与二次额定电流计容量计算） 2.3.3 平波电抗器和输出滤波电容的选择 第三章 触发电路的设

10、计3.1 触发脉冲的选择晶闸管可控整流电路是通过控制触发角的大小，即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小的，属于相控电路。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有脉冲。为此可采用两种方式：一是使脉冲宽度大于60（一般取80-100），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，两个窄脉冲的前沿相差60，脉宽一般为20-30，称为，双窄脉冲触发。双窄脉冲电路较复杂，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器饱和，需将铁心体积做的较大，绕组匝数较多，导致漏感增大，脉冲前沿不

11、够陡，对于晶闸管串联使用不利。因此，常用的是双窄脉冲触发。随着集成电路制作技术的提高，晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，现已逐步取代上述分立式电路。3.2 集成触发器三相全控桥整流电路的集成触发电路。集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。下图为KJ004电路原理图。其中点划线内为集成电路部分。从图中可以看出，它与分立元件的锯齿波移相触发电路相似。可以分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。图2-56 KJ004电路原理图只需用3个KJ004集成块和1个KJ041集成块，即可形成六路双脉冲，再由六个晶体管脉冲放大即构成完整的三相全控桥触发电路，如下图所

12、示。KJ041内部实际是由12个二极管构成的6个或门，其作用是将6路单脉冲输入转换为6路双脉冲输出。 以上触发电路均为模拟量的，其优点是结构简单、可靠，但缺点是易受电网电压影响，触发脉冲的不对称度较高，可达3-4，精度低。在对精度要求高的大容量变流装置中，越来越多地采用了数字触发电路，可获得很多的触发脉冲对称度。第四章 控制系统设计第5章 控制电源设计第6章 系统保护设计6.1 电流截止负反馈 为了解决反馈闭环调速系统启动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。为此在系统中引入电流截止负反馈。这种作用只存在于启动和堵转时，在正常运行时取消，让电流自由的随着负载增减。6.2 SCR阻容保护 缓冲电路又称吸收电路第七章 电气操作系统设计第8章 感想为期十天的电力电子课程设计即将结束，很庆幸自己圆满完成了本次课程设计的任务。想要完成自己的课题任务，仅仅依靠书本知识是远远不够的，因为有很多课外知识是需要自己在平时积累，所以在开始课程设计之初，老师安排了一天时间让我们自己去图书馆或是上网查资料。在课程设计过程中，难免会遇到各种各样的问题，这些琐碎的问题虽然不是大问题，却也是平时不会注意，在课本学习中难以察觉到的，只有在动手实践的过程中才会一个个出现，阻拦在自己面前，考验我们的能