直流電機調(diào)速電路的設計

課程設計說明書直流電機調(diào)速電路的設計院、部：_學生姓名：_指導教師：一專業(yè)：_班級：完成時間:電力電子技術是一門新興的應用于電力領域的電子技術，就是使用電力電子器件（如品閘管，GTO,IGBT等）對電能進行變換和控制的技術。也是一門綜合了電子技術，控制技術和電力技術的新興交叉學科。直流電機是電機的主要類型之一。直流電能轉(zhuǎn)換成機械能（直流電動機）或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機）的旋轉(zhuǎn)電機。它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機，用作直流發(fā)電機可以得到直流電源，而作為直流電動機，由于其優(yōu)越的調(diào)速性能，在許多調(diào)速性能要求較高的場合，得到廣泛使用。直流電動機與交流電動機相比，具有結(jié)構(gòu)復雜，維護困難，價格比較貴等缺點，應用不如交流電動機廣泛。但由于直流電動機有優(yōu)良的啟動，調(diào)速和制動性能，因此在工業(yè)領域中仍占有一席之地。關鍵詞電力電子技術；直流電動機；電能ABSTRACTPowerelectronictechnologyisanewandappliedinthefieldofpowerelectronictechnology,istheuseofpowerelectronicdevices(suchasthyristor,decision,IGBT,etc.)forpowertransformationandcontroltechnologies.Isacombinationofelectronictechnology,controltechnologyandelectricpower technologyintheemerginginterdisciplinary.Dcmotorisoneofthemaintypeofmachine.Directcurrent(dc)canbeconvertedintomechanicalenergy(dcmotor)orcanconvertmechanicalenergyintodirectcurrent(dcgenerator)therotationofthemotor.Itistoachievecandirectcurrent(dc)motorandmechanicalenergyconversionfromeachother,canbeusedasdcgenerator,dcpowersupplyindcmotor,becauseofitssuperiorperformanceofspeedadjustment,requiringhigherinmanyhighperformance,iswidelyused.Comparedtodcmotorandacmotor,ithascomplexstructure,maintenancedifficulties,thepriceismoreexpensive,suchasfaults,asacmotorwidelyused.Butduetothedcmotorhasagoodstart,andbrakeperformanceofspeedadjustment;thereforestillhasitsplaceintheindustrialfield.Keywords;Powerelectronictechnology;Dcmotor.;ElectricalenergyTOC\o"1-5"\h\z1緒論 1\o"CurrentDocument"1.1概緒 1\o"CurrentDocument"1.2直流電動機調(diào)壓調(diào)速可控整流電源設計簡介 1\o"CurrentDocument"1.3課題設計要求 1\o"CurrentDocument"1.4課題任務 1\o"CurrentDocument"2方案選擇及系統(tǒng)工作原理 3\o"CurrentDocument"2.1方案選擇及系統(tǒng)框圖 32.1.1方案一：轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng) 3\o"CurrentDocument"2.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設定 42.2.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾動性能 42.2.2雙閉環(huán)系統(tǒng)啟動過程分析 72.2.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個調(diào)節(jié)器的作用 72.2.4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)總體設計方案 7\o"CurrentDocument"3主電路設計 9\o"CurrentDocument"3.1總體設計思路 9\o"CurrentDocument"3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 93.3系統(tǒng)工作原理 103.4對觸發(fā)脈沖的要求 11\o"CurrentDocument"4主電路元件選擇 12\o"CurrentDocument"4.1晶閘管的選型 12\o"CurrentDocument"5整流變壓器額定參數(shù)計算 14\o"CurrentDocument"5.1變壓器次級相電壓U2 14\o"CurrentDocument"5.2變壓器容量和一二次額定電流的計算 16\o"CurrentDocument"5.3電抗器參數(shù)的計算 16\o"CurrentDocument"6保護電路的設計 19\o"CurrentDocument"6.1過電壓保護 19\o"CurrentDocument"6.2電流保護 19\o"CurrentDocument"7 觸發(fā)電路的設計 21\o"CurrentDocument"7.1集成觸發(fā)電路 21\o"CurrentDocument"7.2KJ004的工作原理 217.3集成觸發(fā)器電路圖 23\o"CurrentDocument"8調(diào)速系統(tǒng)的仿真 24\o"CurrentDocument"8.1調(diào)速系統(tǒng)仿真模型的建立 24\o"CurrentDocument"8.2仿真結(jié)果 25\o"CurrentDocument"8.3仿真結(jié)果分析 25\o"CurrentDocument"實驗總結(jié) 26\o"CurrentDocument"參考文獻 271緒論1.1概緒直流電機是電機的主要類型之一，既可以做直流電動機，又可以做電流發(fā)電機。用作直流電動機時，由于其具有良好的調(diào)速性能，所以一般用于調(diào)速性能要求高的場合，而用作直流電動機的時候，可以得到直流電源。直流電動機我們應用比較早的一種電機。是將直流電轉(zhuǎn)換為機械能的旋轉(zhuǎn)機械。他與交流電動機相比，直流電動機因為結(jié)構(gòu)復雜，維護困難，價格比較貴等缺點制約了它的發(fā)展，得不到大規(guī)模的應用，使它沒有交流電動機那樣應用廣泛。但由于直流電動機有優(yōu)良的啟動，調(diào)速和制動性能，因此在工業(yè)領域中仍有可用之處。1.2直流電動機調(diào)壓調(diào)速可控整流電源設計簡介該系統(tǒng)以可控硅三相橋式全控整流電路構(gòu)成系統(tǒng)的主電路，采用同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路，本觸發(fā)電路分成三個基本環(huán)節(jié)：同步電壓形成、移相控制、脈沖形成和輸出。此外，還有雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。同時考慮了保護電路和緩沖電路，通過參數(shù)計算對品閘管進行了選型。1.3課題設計要求1、 輸入交流電源：2、 三相380Vf=50Hz3、 直流輸出電壓：0~220,50~2204、 直流輸出電流額定值100A5、 直流輸出電流連續(xù)的最小值為10A1.4課題任務整流電路的選擇整流變壓器額定參數(shù)的計算品閘管的選擇平波電抗器電感值的計算保護電路的設計觸發(fā)電路的設計2方案選擇及系統(tǒng)工作原理2.1方案選擇及系統(tǒng)框圖2.1.1方案一：轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是由一個轉(zhuǎn)速負反饋構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在電動機軸上裝一臺測速發(fā)電機，引出與轉(zhuǎn)速成正比的電壓與給定電壓比較后，得到偏差電壓，經(jīng)放大器，產(chǎn)生觸發(fā)裝置的控制電壓，用以控制電動機得轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，就難以滿足要求。原理框圖如圖TATG圖2.1轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖ASR一轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié) GT一觸發(fā)裝置 TA一電流互感器TG一測速發(fā)電機Un/Un一轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓2.1.2方案二：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)該方案主要由給定環(huán)節(jié)、ASR、ACR、觸發(fā)器和整流裝置環(huán)節(jié)、速度檢測環(huán)節(jié)以及電流檢測環(huán)節(jié)組成。為了使轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋分別起作用，系統(tǒng)設置了電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器和電流檢測反饋回路構(gòu)成了電流環(huán)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速檢測反饋回路構(gòu)成轉(zhuǎn)速環(huán)。因轉(zhuǎn)速環(huán)包圍電流環(huán)，故電流環(huán)稱為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)。在電路中，ASR和ACR串聯(lián)，把ASR的輸出當作ACR的輸入，再由ACR的輸出去控制整流器的觸發(fā)器。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能。轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器都采用具有輸入輸出限幅功能的PI調(diào)節(jié)器，且轉(zhuǎn)速和電流都采用負反饋閉環(huán)。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)彌補了單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的缺點，能夠滿足動態(tài)性能要求圖2.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖圖2.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖U/Un一轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓 U.如U.一電流給定電壓和電流反饋電壓2.1.3方案三：雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)圖2.1.3方案三：雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)圖2.3雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)原理框圖UPW一脈寬調(diào)制器 GM—調(diào)制波發(fā)生器 GD—基極驅(qū)動器DLD一邏輯延時環(huán)節(jié) PWM一脈寬調(diào)制變換器 FA一瞬時動作的限流保護比較三種方案，雖然轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，但對于動態(tài)性能要求很高的系統(tǒng)中，單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流和轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中設置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，能獲得良好的靜、動態(tài)性能。所以本設計最終采用的是方案二：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速。2.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設定2.2.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾動性能（1）動態(tài)跟隨性能

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在起動和升速過程中，能夠在電流受電機過載能力約束的條件下，表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性能。在減速過程中，由于主電路電流的不可逆性，跟隨性能變差。對于電流內(nèi)環(huán)來說，在設計調(diào)節(jié)器時應強調(diào)有良好的跟隨性能。（2）動態(tài)抗擾性能1、抗負載擾動由圖2.4動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負載擾動作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來產(chǎn)生抗擾作用。因此，在突加（減）負載時，必然會引起動態(tài)速降（升）。為了減少動態(tài)速降（升），必須在設計ASR時，要求系統(tǒng)具有較好的抗擾性能指標。對于ACR的設計來說，只要電流環(huán)具有良好的跟隨性能就可以了。iniinin。.…IATOC\o"1-5"\h\z- :B 1 A]dnom dm d圖2.5雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性2、抗電網(wǎng)電壓擾動電網(wǎng)電壓擾動和負載擾動在系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中作用的位置不同，系統(tǒng)對它的動態(tài)抗擾效果也不一樣。電網(wǎng)電壓擾動的作用點則離被調(diào)量更遠，它的波動先要受到

電磁慣性的阻撓后影響到電樞電流，再經(jīng)過機電慣性的滯后才能反映到轉(zhuǎn)速上來，等到轉(zhuǎn)速反饋產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，已經(jīng)嫌晚。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由于增設了電流內(nèi)環(huán)，這個問題便大有好轉(zhuǎn)。由于電網(wǎng)電壓擾動被包圍在電流環(huán)之內(nèi)，當電壓波動時，可以通過電流反饋得到及時的調(diào)節(jié)，不必等到影響到轉(zhuǎn)速后才在系統(tǒng)中有所反應。因此，在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動引起的動態(tài)速降會比單閉環(huán)系統(tǒng)中小的多。3直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真原理圖200015001000500200015001000500■■4tip!圖2.6直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真原理圖0..5 I300*0圖2.7轉(zhuǎn)速電流仿真圖2001000300*0圖2.7轉(zhuǎn)速電流仿真圖20010001.5timers)圖2.8電流時間仿真圖2.2.2雙閉環(huán)系統(tǒng)啟動過程分析設置雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近于理想的起動過程（圖2.6）,因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能時，有必要首先討論它的起動過程。由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個階段，整個過渡過程也就分成三段。圖2.9雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)理想快速起動流波形圖圖2.9雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)理想快速起動流波形圖2.10雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時轉(zhuǎn)速和電2.2.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個調(diào)節(jié)器的作用（1） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用1、 使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓Un*變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。2、 對負載變化起抗擾作用。3、 其飽和輸出限幅值作為系統(tǒng)最大電流的給定，起飽和非線性控制作用，以實現(xiàn)系統(tǒng)在最大電流約束下起動過程。（2） 電流調(diào)節(jié)器的作用1、 對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用。2、 起動時保證獲得允許的最大電流。3、 在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓U《變化。2.2.4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)總體設計方案電動機額定電壓為220V，為保證供電質(zhì)量，應采用三相減壓變壓器將電源電壓降低，為避免三次諧波對電源干擾，主變壓器采用D/Y聯(lián)結(jié)。為使線路簡單、工作可靠、裝置體積小，宜選用KC04組成的六脈沖集成觸發(fā)電路。因調(diào)速精度要求高，為獲得良好的靜、動態(tài)性能，故選用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，且兩個調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，電流反饋進行限流保護，出現(xiàn)故障電流時由快速熔斷器切斷這電路電源。該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用減壓調(diào)速方案，故勵磁應該保持恒定，勵磁繞組采用三相不控橋式整流電路供電，電源可從主變壓器二次側(cè)引入。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖2.11所示。 T圖2.11雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖3主電路設計3.1總體設計思路本次設計的系統(tǒng)是三相橋式全控整流電路構(gòu)成系統(tǒng)的主電路，根據(jù)三相橋式全控整流電路對觸發(fā)電路的要求，采用同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路，設計時采用恒流源充電，輸出為雙窄脈沖，脈沖寬度在8°左右。本觸發(fā)電路分成三個基本環(huán)節(jié)：同步電壓形成、移相控制、脈沖形成和輸出。此外，還有雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。同時考慮了保護電路和緩沖電路，通過參數(shù)計算對品閘管進行了選型。三相可控整流電路的控制量可以很大，輸出電壓脈動較小，易濾波，控制滯后時間短。，由于三相半波可控整流電路的主要缺點在于其變壓器二次側(cè)電流中含有直流分量，為此在應用中較少。而采用三相橋式全控整流電路，可以有效的避免直流磁化作用。根據(jù)已知要求，額定電流為100A，額定電壓為220V，可求的功率P=100*220=22KW，因為整流裝置容量大于4KW，選用三相整流較為合適。3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖三相全控橋式整流電路如圖3.1所示。IBSwode-ISISProfessional文件(F)查看(V)編輯(E)IM(T)設計(D)繪囹(G)源代碼(S)調(diào)試(B)庫(L)IBSwode-ISISProfessional文件(F)查看(V)編輯(E)IM(T)設計(D)繪囹(G)源代碼(S)調(diào)試(B)庫(L)模板(M)季統(tǒng)(Y)幫助(H)B60K130BAS16EC103D2MCP4821RESTHYRISTORTSMEiJinnzc2盤4衣回。>>宙/□09COA0I-*-,YYY\7YYYY__J:L_ZVVVY<TEXT> <TEXT> '<Y￥Y\_|>Il>III|■|ONoMessagesIj|Wire了vvv*-=：TEXT>圖3.1三三相全控橋式整流電路圖3.2三相全橋觸發(fā)脈沖的兩種形式

（a、al）雙脈沖觸發(fā)b寬脈沖觸發(fā)3.3系統(tǒng)工作原理其工作原理詳細分析如下：在0~60度間，U相電壓最高，共陰極組的VT1管被觸發(fā)導通，電流由U相經(jīng)VT1流向負載，又經(jīng)VT6流入V相，整流變壓器U、V兩相工作，所以三相全控橋輸出電壓Ud為：U廣U""七在60~120度區(qū)間,U相電壓仍然最高,VT1繼續(xù)導通,W相電壓最低，在VT2管承受的2交點時刻被解發(fā)導通,VT2管的導通使VT6承受uwv的反壓關斷。這區(qū)間負載電流仍然從電源U相流出經(jīng)VT1、負載、VT2回到電源W相，于是這區(qū)間三相全控橋整流輸出電壓Ud為：U廣Ua-U尸U在120~180度區(qū)間，這時V相電壓最高，在VT3管a=00的3交點處被觸發(fā)導通。VT1由于VT3和導通而承受Uuv的反壓而關斷，W相的VT2繼續(xù)導通。負載電流從V相流W相，于是這區(qū)間三相全控輸出電壓Ud為：U廣、u廣七其他區(qū)間，依此類推，電路中6只品閘管導通的順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT63.4對觸發(fā)脈沖的要求三相全控橋整流電路在任何時刻都必須有兩只品閘管同時導通，而且其中一只是在共陰極組，另外一只在共陽極組。為了保證電路能起動工作，或在電流斷續(xù)后再次導通工作，必須對兩組中應導通的兩只品閘管同時加觸發(fā)脈沖，為此可采用以下兩種觸發(fā)方式：采用單脈沖觸發(fā)：如使每一個觸發(fā)脈沖的寬度大于60°而小于120°，這樣在相隔60°要觸發(fā)換相時，當后一個觸發(fā)脈沖出現(xiàn)時刻，前一個脈沖還未消失，因此均能同時觸發(fā)該導通的兩只品閘管采用雙窄脈沖觸發(fā)：如觸發(fā)電路送出的是窄的矩形脈沖，在送出某一品閘管的同時向前一相品閘管補發(fā)一個脈沖，因此均能同時觸發(fā)該導通的兩只晶閘管。4主電路元件選擇4.1晶閘管的選型該電路為大電感負載，電流波形可看作連續(xù)且平直的。Ud=220V時，不計控制角余量按a=0°計算：整流以后的輸出波形是連續(xù)的，在一個周期內(nèi)脈動六次，每次脈動的波形是相同的，所以只需對一個脈沖進行計算，有一1bpU= \\6uUsinwtd(wt)=2.34Ucosad兀 一 -兀

33+a不計控制角余量按a=0°計算有Ud=2.34U2竺=94.0竺=94.0vU d—2.342.34為了計算方便，適當取U2=100VU=(2?3)Ud=(2?3)*76*U2=512.8?769.2V?。篣?。篣廣800V因為所以可以取Ud=所以可以取Ud=2.34U2cosa-AUdId=100流過每個品閘管的電流有效值為:"牛3Or.匕*100=57.7AI(時)=-^—=36.8

t1.57考慮2倍裕量，則1SAV)=100A,Ia=10A時I廣\?1，3'*10=5.8AI（AV）=11=3.7V

t1.57考慮2倍裕量：It（AV）取8V按要求表明應取a=0°來選擇品閘管。即It（AV）=8V所以晶閘管型號為KP100—10D5整流變壓器額定參數(shù)計算品閘管設備一般都是通過變壓器與電網(wǎng)連接，在一般情況下，品閘管整流裝置所需要的供電電壓與電網(wǎng)上的電壓一般不同，于是，為了減少電網(wǎng)與整流裝置的相互干擾，抑制由變壓器進入電網(wǎng)的諧波成分，減少電網(wǎng)污染。所以，需使整流主電路與電網(wǎng)隔離，需要配置整流變壓器。整流變壓器根據(jù)主電路的型式、負載額定電壓和額定電流，算出整流變壓器二次相電壓U2、一次與二次額定電流以及容量。或者，當變壓器所需的電壓與電網(wǎng)電壓差不多時，我們也可以采用自偶變壓器；當變流電路所需的電壓與電網(wǎng)電壓一致時，可以不經(jīng)過變壓器與電網(wǎng)直接連接，但是一定要在輸入端串聯(lián)“進線電抗器”以減少對電網(wǎng)的污染。由于整流變壓器二次與一次電流都不是正弦波，因而存在著一定的諧波電流，引起漏抗增大，外特性變軟以及損耗增大，所以在設計或選用整流變壓器時，應考慮一上因素。5.1變壓器次級相電壓u2整流器主電路有多種界限形式，在理想情況下，輸出直流電壓U與變壓器次級相電壓U2有以下關系U廣U廣KU2氣(5-1)其中KUV為與主電路接線形式有關的常數(shù)；Kb為以控制角為變量的函數(shù)設整流器在控制角a=0和控制不為0時的輸出電壓平均值分別為U00和Ud1,貝Uk〃v=UyU，\=UdyU??'2 ■-d0考慮實際應用中，整流器輸出平均電壓收到以因素影響，主要為；（1） 電網(wǎng)典雅的波動。一般電力系統(tǒng)，電網(wǎng)波動的允許范圍在百分之-10到+5，取￡為電壓波動系數(shù)，則￡在0.9?0.95之間變化，這是選擇次級相電壓的依據(jù)之一。在此處我們?nèi)∽钚　?0.90（2） 整流原件（品閘管）的正向壓降。我們在此處考慮整流元件的正向壓降對輸出電壓的影響，因為當我們的電流通過整流元件時會降低一部分電壓，另其為Ut（一般取值為IV）.令整個回路元件串聯(lián)個數(shù)為ns。所以，整個元件所降掉的電壓為nsUt直流賄賂的雜散電阻。滯留回路中，接線端子，引線，電抗器等多具有電阻，在設備工作室產(chǎn)生附加電壓降，記為￡"，在額定的工作條件下，一般￡"占額定電壓的0.2%~0.25%0換相重疊角引起的損失。由前面對整流電路的分析可知，換相重疊角引起的電壓降^Ud由交流回路的電抗引起，可由整流變壓器漏抗X,表示。因為變壓器的漏抗主要與變壓器的短路電壓百分比uk%有關。不同容量的變壓器其短路電壓百分比不一樣，容量小于100KVA，的變壓器Uk%取5；所以，對三項橋式電路△U=K-^%U (5-2)dg兀1002\?2整流變壓器電阻影響，假定功率因素為1，那么由變壓器引起的交流電壓降AUa為△U=KPU(5-3)agS22由此引起的整流輸出電壓的壓降為AU=KKPUK(5-4)adUVgS2B2結(jié)合上述所有，得到整流電路的直流輸出電壓為Ud=￡K^U2Kb-nUT-AU』-ZU-AU(5-5)將所有變量帶入式(4-5)中，整理變化得到次級相電壓的計算公式為(5-6)U= U廣Wt+ZU (5-6)2 —— —— —— —— _— __ ____ P8K K -K K U %K KK ——UVBgXKUVGBS2查詢表格整流變壓器計算系數(shù)得:Kx=1.170,K^=2.34,Kb=0.38,%2=0.81,6KB=COSa(a=0)帶入式(5-6)得U= 220+2+°-002Ud =122."20.9*2.34*COSa—1.17*0.05.2.34*0.9*COSd5.2變壓器容量和一二次額定電流的計算根據(jù)變壓器磁動勢平衡原理可得一次和二次電流關系式為：I1N1=I2N2vN1U1380汰門、K=——=——= (5-7)N2U2122.1式中N1,N2——變壓器一次和二次繞組的匝數(shù)；由于整流變壓器流過的電流通常都是非正弦波，所以其電流計算與線路型式有關。大電感負載時變壓器二次電流的有效值為I2=\WId=0.816Id=0.816*100A=81.6A所以一次側(cè)的有效電流為,N, 122.1r亍節(jié)112^詼W^心變壓器二次側(cè)容量為P?=T3U212=捐*120.1"*81.6A=16.96KW變壓器一次側(cè)容量為p=應氣'=貶*380"*26.2A=17.24KW變壓器平均容量P=(P1+P2)/2=(16.96+17.24)/2=17.08KW5.3電抗器參數(shù)的計算為了使直流負載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器Ld，稱平波電抗器。其主要參數(shù)有流過電抗器的電流一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計算主要是電感量的計算。維持輸出電流連續(xù)的臨界電感量L1L1=KU(5-8)dmin式中，％—與整流電路有關的計算系數(shù)，三相全控橋式K1=0.693；U2一變壓器二次側(cè)相電壓，U2=122.1VIdmin—電路所需的最低電流，一般為5%口10%Id，在此取5%。,KU0.693*122.1L1=j^=005*100=16.92mHdmin(2)限制輸出電流脈動的電感量L2L=UdmaXU2.422?丸Js廣L所以，(5-9)式中，Udmax一整流電路輸出電壓最大值；U2一變壓器二次側(cè)相電壓，U2=122.1Vfd—輸出最低頻率分量的頻率值，三相全控橋式電路fd=300HZ；s.一給定的允許電流脈動系數(shù)，通常三相整流電路中§取到5%口10%之間，此處取Sj=5%；Id—取電流有效值，即Id=100odL=UmaxU24：皿122」122」=23.3mH2*丸*fdSId2*3.14*3000.05*100可得:(3)電動機電感量Ld電動機的電感l(wèi)d可按下式計算:Ld=(KdxUx103)/(2P?勺-九)mH(5-10)式中：，UN=220V由此可得：I廣100A，n=1500；P—電動機磁極對數(shù)，P=2；LD=(KdxUNx103)/(2F?n-IN)_(8x220x103)— /2x2x1500x100=2.93mH(4)變壓器的漏感LB變壓器的漏感l(wèi)b可按下式計算:L廣(K-Ush?UJ乂mH(5-11)式中：KB一計算系數(shù)，三相橋式整流電路KB=3.9；Ush一變壓器短路電壓比，一般取Ush=0.05。將Kb=3.9、Ush=0.05、U2=122.1V、Id=100A代入式3.11可得:=(3.9x0.05x128)=(3.9x0.05x128)100=0.25mHd（5）實際串入電抗器時電感量輸出電流連續(xù)的實際臨界電感量Ldi=L-(2Lb+Ld)=16.92-(0.25*2+2.93)=13.49mH限制電流脈動時的實際電感量Ld2=L2-(2Lb+Ld)=23.3-(0.25*2+2.93)=19.97mH取較大者做為串入電抗器的電感量，即Ld=19.97mH6保護電路的設計直流調(diào)速系統(tǒng)的保護，品閘管有換相方便，無噪音的優(yōu)點。設計品閘管電路除了正確的選擇品閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護措施。正確的保護是品閘管裝置能否正常可靠運行的關鍵。6.1過電壓保護（1） 交流側(cè)保護電源變壓器初級側(cè)突然拉閘，使變壓器的勵磁電流突然切斷，鐵心中的磁通在短時間內(nèi)變化很大，因而在變壓器的次級感應出很高的瞬時過電壓，這種過電壓可用阻容保護。由于電容兩端的電壓不能突變，可以限制變壓器次級的電壓變化率，因而限制了瞬時電壓上升的水平。電容器把變壓器鐵心的磁能轉(zhuǎn)化成電容電能。串聯(lián)的電阻可以消耗部分能量，并可抑制LC回路的振蕩。（2） 直流側(cè)過電壓保護以電動機為負載時，變流裝置的直流側(cè)也會產(chǎn)生過電壓，當直流端設置的快速開關，突然切斷過載電流時，電源變壓器中儲存能量的釋放也會產(chǎn)生過電壓。雖然交流側(cè)過電壓保護可以起到抑制過電壓的作用，但過載時變壓器所儲存能量比空載時要大，這種過電壓仍會通過導通的品閘管反映到直流側(cè)。6.2電流保護（1） 交流側(cè)快速熔斷器的選擇變壓器二次側(cè)電流I2=81.6A選取RLS-100/100快速熔斷器，熔體額定電流100A。（2） 品閘管串聯(lián)的快速熔斷器的選擇因為I=I2=81.6A選取RLS-100/100快速熔斷器，熔體額定電流100A。（3） 電壓和電流上升率的限制電壓上升率du，dt:正相電壓上升率dudt較大時，會使品閘管誤導通。因此作用于品閘管的正相電壓上升率應有一定的限制。造成電壓上升率dudt過大的原因一般有兩點：由電網(wǎng)侵入的過電壓；由于品閘管換相時相當于線電壓短路，換相結(jié)束后線電壓有升高，每一次換相都可能造成du：dt過大。限制dudt過大可在電源輸入端串聯(lián)電感和在品閘管每個橋臂上串聯(lián)電感，利用電感的濾波特性，使du...，dt降低。電流上升率didt:導通時電流上升率太大，則可能引起門極附近過熱，造成品閘管損壞。因此對品閘管的電流上升率didt必須有所限制。產(chǎn)生didt過大的原因，一般有：品閘管導通時，與品閘管并聯(lián)的阻容保護中的電容突然向品閘管放電；交流電源通過品閘管向直流側(cè)保護電容充電；直流側(cè)負載突然短路等等。限制didt，除在阻容保護中選擇合適的電阻外，也可采用與限制相同的措施，即在每個橋臂上串聯(lián)一個電感。限制dudt和didt的電感，可采用鐵心電抗器，l值可偏大些。在容量較小系統(tǒng)中，也可把接品閘管的導線繞上一定圈數(shù)，或在導線上套上一個或幾個磁環(huán)來代替橋臂電抗器。所以為了防止dUdt和di/t，每個橋臂上串聯(lián)一個14.59mH的電感。7觸發(fā)電路的設計控制品閘管的導通需要觸發(fā)脈沖，常用的觸發(fā)電路有單結(jié)品體管觸發(fā)電路，設計利用KJ004構(gòu)成的集成觸發(fā)器實現(xiàn)產(chǎn)生同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路。7.1集成觸發(fā)電路本系統(tǒng)中選擇模擬集成觸發(fā)電路KJ004,KJ004可控硅移相觸發(fā)電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中，作可控硅的雙路脈沖移相觸發(fā)。KJ004器件輸出兩路相差180度的移相脈沖，可以方便地構(gòu)成全控橋式觸發(fā)器線路。KJ004電路具有輸出負載能力大、移相性能好、正負半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對同步電壓要求低，有脈沖列調(diào)制輸出端等功能與特點。原理圖如下：□+15V□+15V+lg+lg圖7-1KJ004的電路原理圖7.2KJ004的工作原理如圖3-1KJ004的電路原理圖所示，點劃框內(nèi)為KJ004的集成電路部分，它與分立元件的同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路相似。V1?V4等組成同步環(huán)節(jié)，同步電壓Us經(jīng)限流電阻R20加到VI、V2基極。在Us的正半周，V1導通，電流途徑為(+15V—R3—VD1—V1一地)；在Us負半周，V2、V3導通，電流途徑為(+15V-R3-VD2-V3-R5-R21-(-15V))o因此，在正、負半周期間。V4基本上處于截止狀態(tài)。只有在同步電壓IUslV0.7V時，V1?V3截止，V4從電源十15V經(jīng)R3、R4取得基極電流才能導通。電容C1接在V5的基極和集電極之間，組成電容負反饋的鋸齒波發(fā)生器。在V4導通時，C1經(jīng)V4、VD3迅速放電。當V4截止時，電流經(jīng)(+15V-R6-C1-R22-RP1-(-15V))對C1充電，形成線性增長的鋸齒波，鋸齒波的斜率取決于流過R22、RP1的充電電流和電容C1的大小。根據(jù)V4導通的情況可知，在同步電壓正、負半周均有相同的鋸齒波產(chǎn)生，并且兩者有固定的相位關系。V6及外接元件組成移相環(huán)節(jié)。鋸齒波電壓uC5、偏移電壓氣、移相控制電壓UC分別經(jīng)R24、R23、R26在V6基極上疊加。當ube6>+0.7V時，V6導通。設Uc5、Ub為定值，改變Uc，則改變了V6導通的時刻，從而調(diào)節(jié)脈沖的相位。V7等組成了脈沖形成環(huán)節(jié)。V7經(jīng)電阻R25獲得基極電流而導通，電容C2由電源+15V經(jīng)電阻R7、VD5、V7基射結(jié)充電。當V6由截止轉(zhuǎn)為導通時，C2所充電壓通過V6成為V7基極反向偏壓，使V7截止。此后C2經(jīng)(+15V-R25-V6—地)放電并反向充電，當其充電電壓uc2N+1.4V時，V7又恢復導通。這樣，在V7集電極就得到固定寬度的移相脈沖，其寬度由充電時間常數(shù)R25和C2決定。V8、V12為脈沖分選環(huán)節(jié)。在同步電壓一個周期內(nèi)，V7集電極輸出兩個相位差為180°的脈沖。脈沖分選通過同步電壓的正負半周進行。如在us正半周V1導通，V8截止，V12導通，V12把來自V7的正脈沖箝位在零電位。同時，V7正脈沖又通過二極管VD7,經(jīng)V9?V11放大后輸出脈沖。在同步電壓負半周，情況剛好相反，V8導通，V12截止，V7正脈沖經(jīng)V13?V15放大后輸出負相脈沖。說明：KJ004中穩(wěn)壓管VS6?VS9可提高V8、V9、V12、V13的門限電壓，從而提高了電路的抗干擾能力。二極管VD1、VD2、VD6?VD8為隔離二極管。采用KJ004元件組裝的六脈沖觸發(fā)電路，二極管VD1?VD12組成六個或門形成六路脈沖，并由三極管V1?V6進行脈沖功率放大。由于V8、V12的脈沖分選作用，使得同步電壓在一周內(nèi)有兩個相位上相

差的脈沖產(chǎn)生，這樣，要獲得三相全控橋式整流電路脈沖，需要六個與主電路同相的同步電壓。因此主變壓器接成D，yn