晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)變流器課程設(shè)計王盛

1、摘要由于直流電動機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍，平滑的調(diào)速特性，較高的過載能力和較大的起動、制動轉(zhuǎn)矩，因此被廣泛的應(yīng)用于調(diào)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(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮的重要的作用。本次課程設(shè)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(diào)速系統(tǒng)變流器的連續(xù)調(diào)速和可逆運行。當(dāng)使正組變流器處于整流狀態(tài)時，直流電動機(jī)正向運行；當(dāng)使反組變流器處于整流狀態(tài)時，直流電動機(jī)就能反向運行。 目 錄設(shè)計方案介紹設(shè)計目的設(shè)計方案介紹 2.1 主電路的工作原理及4 整流變壓器的計算4 總結(jié)1 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)變流器設(shè)計方案介紹1.1 設(shè)計目的電力電子課程設(shè)計是電氣自

2、動化專業(yè)學(xué)生在整個學(xué)習(xí)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(shù)之前的一項綜合性技能訓(xùn)練，對學(xué)生的職業(yè)能力培養(yǎng)和實踐技能訓(xùn)練具有相當(dāng)重要的意義。主要目的在于：1、通過設(shè)計提高學(xué)生綜合運用知識的能力，鞏固和擴(kuò)展學(xué)生的知識領(lǐng)域、培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和提高獨立工作的能力；2、通過設(shè)計使學(xué)生初步掌握電力電子系統(tǒng)設(shè)計方法，熟悉國家有關(guān)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的方針政策和安全規(guī)程，訓(xùn)練使用設(shè)計手冊的技術(shù)資料的能力；3、 培養(yǎng)學(xué)生利用計算機(jī)編寫技術(shù)和繪制設(shè)計圖樣的能力。1.2 設(shè)計方案介紹 設(shè)計任務(wù)及指標(biāo)要求（1） 電網(wǎng)供電電壓為380V；（2） 電網(wǎng)電壓波動+5%-10%；（3） 要求連續(xù)調(diào)速，可逆運

3、行。 (4) 調(diào)速比D=15，電流脈動S1<=10%,靜差率S<=1%。 設(shè)計內(nèi)容電動機(jī)的額定功率PN=60KW,額定電壓UN=220KW,額定電流IN=305A.試設(shè)計選擇晶閘管電流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主電路。 2 主電路的設(shè)計2.1 主電路的工作原理及原理圖1 三相橋式全控整流電路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(fù)載組成。變壓器二次側(cè)接成星形，而一次側(cè)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(xí)慣上希望

4、晶閘管按1到6的順序?qū)ǎ瑸榇藢⒕чl管按圖2.1所示的順序編號，按此編號，晶閘管的導(dǎo)通順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。圖2.1 三相橋式全控整流電路圖下面將對其原理進(jìn)行說明：假設(shè)將電路的晶閘管換做二極管，這種情況也就相當(dāng)于晶閘管觸發(fā)角為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(dǎo)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(dǎo)通。這樣得到其波形圖如下：圖2.2 =0°時的波形當(dāng)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(yīng)關(guān)系可以看出，各自然換相點既是

5、相電壓的交點，同時也是線電壓的交點。同理可得為30°和90°時的波形如下：圖2.3 =30°、90°時的電流電壓波形2.2 主電路及其原理主電路是由正組和反組并聯(lián)在電動機(jī)上來實現(xiàn)電動機(jī)的可逆運行，正組提供正向電壓，實現(xiàn)電動機(jī)正轉(zhuǎn)；反組提供反向電壓，實現(xiàn)電動機(jī)反轉(zhuǎn)。圖2.4 主電路圖2.5 工作原理圖（1） 工作原理其工作原理如下圖2.5所示。a.第1象限，正轉(zhuǎn)，電動機(jī)作電動運行，正組橋工作在整流狀態(tài)，1<90°，EM<Ud（下標(biāo)1表示正組橋，下標(biāo)2表示反組橋）a b.第2象限，正轉(zhuǎn)，電動機(jī)作發(fā)電運行，反組橋工作在逆變狀態(tài)，2<

6、90°( >90°)，EM>Ud。bc.第3象限，反轉(zhuǎn)，電動機(jī)作電動運行，反組橋工作在整流狀態(tài)，2<90°，EM<Ud。d.第4象限，反轉(zhuǎn)，電動機(jī)作發(fā)電運行，正組橋工作在逆變狀態(tài)， 3<90°( 3>90°) ， EM>Ud。（2） 由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過程 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(jī)進(jìn)入第2象限（之前運行在第1象限）作正轉(zhuǎn)發(fā)電運行，電磁轉(zhuǎn)矩變成制動轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)軸上的機(jī)械能經(jīng)2組橋逆變?yōu)榻涣麟娔芑仞侂娋W(wǎng)。 改變2組橋的逆變角，使之由小變大直至=/2（n=0），如繼續(xù)增大，即

7、</2，2組橋?qū)⑥D(zhuǎn)入整流狀態(tài)下工作，電動機(jī)開始反轉(zhuǎn)進(jìn)入第3象限的電動運行。 電動機(jī)從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)，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。 （3） 控制方案根據(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。 對于=配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)，當(dāng)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(yán)格保證=的配合控制關(guān)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。 工

8、程上使用較廣泛的邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)不設(shè)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(guān)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)。 2.2 參數(shù)計算 變壓器的計算電動機(jī)負(fù)載的額定電流為305A，所以變壓器二次側(cè)額定電流為： =0.816=0.816248.9A變壓器的容量為： S=110248.9=27.4KVA 變壓器參數(shù)為：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. 晶閘管的元件選擇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(nèi)脈動6次，且

9、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(jìn)行計算即可。于是可得到當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時的有效值：當(dāng)時，U 2.1當(dāng)時，U 2.2 所以，當(dāng)直流電動機(jī)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(yīng)為。晶閘管承受的最大正、反向電壓為 晶閘管的額定電壓為 晶閘管的額定電流為 綜上所得，應(yīng)選擇晶閘管的型號為：KK800.2.3保護(hù)電路1 晶閘管的過壓保護(hù)晶閘管的過壓能力比一般的電器元件差，當(dāng)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(zhuǎn)折電壓，會造成晶閘管硬開通，不僅是電路工作失常，并且多次硬開關(guān)也會損壞管子。因此必須

10、抑制晶閘管可能出現(xiàn)的過電壓，這里我們采用阻容保護(hù)。圖2.6容電2 晶閘管的過流保護(hù) 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(hù)措施。圖2.7電力電子系統(tǒng)中常用的過流保護(hù)方案3 主電路的保護(hù)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(shè)法將過電壓的幅值抑制到安全限度之內(nèi)，這是過電壓保護(hù)的基本思想。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。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

11、電壓的能量的保護(hù)。使用RC吸收電路，這種保護(hù)可以把變壓器繞組中釋放出來的電磁能量轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)如下：圖2.8RC吸收電路3 元器件清單 表3.1 整流器件清單器件名稱規(guī)格型號數(shù)量（單位）三相變壓器TDGC-50KVA2個晶閘管KK8006個電感700mL1個電阻20012個電解電容20pF12個 直流電動機(jī) Z4-180-411個4 總結(jié)通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)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(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。此次課程設(shè)計，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現(xiàn)差錯的隨機(jī)應(yīng)變，和與人