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1、目录摘要I1概述12主电路方案设计22.1 调速系统方案要求22.2 主电路方案设计22.3 触发电路方案设计32.4 直流调速系统方框图43 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算43.1 电枢回路串电阻调速43.2 整流变压器容量计算43.3 晶闸管的电流、电压定额计算53.4 平波电抗器电感量计算.64 触发电路设计75 保护电路的设计85.1 过电压保护85.2 过电流保护11附录12结束语.14参考文献15本科生课程设计成绩评定表16摘要电动机是用来拖动某种生产机械的动力设备，所以需要根据实际工艺要求调节其转速。目前调速系统分交流和直流调速系统，由于直流调速系统的调速范围广，静差率小
2、、稳定性好以及具有良好的动态性能。因此在相当长的时期内，高性能的调速系统几乎都采用了直流调速系统。在不可逆调速电路中电流不能反向，因而电动机没有反向运行能力，只能作单向运行。晶闸管-电动机调速系统又称V-M系统，晶闸管整流装置具有良好的可靠性和经济效益，控制作用为毫秒级，动态性能很好。对于本次设计的任务可采用应用极为广泛的三相桥式整流电路来带动直流电机，合理选择各元器件参数，再加上相应的驱动电路和保护电路即可。关键字：直流电机 不可逆调速 三相桥式整流155KW直流电动机不可逆调速系统主电路设计1 概述作为电气自动化在电力电子技术应用上的基础器件晶闸管，它的应用已成为十分普及的实用技术。随着电
3、力电子技术的发展，晶闸管直流调速系统已在各工业部门得到广泛应用对节能起到很大促进作用。正确掌握直流调速系统的测试技术和设计方法，对系统的可靠运行及应用有重大作用。电力拖动自动控制系统是把电能转换成机械能的装置，它被广泛地应用于一般生产机械需要动力的场合，也被广泛应用于精密机械等需要高性能电气传动的设备中，用以控制位置、速度、加速度、压力、张力和转矩等。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速的电力拖动领域中得到应用。晶闸管问世后，生产出成套的晶闸管整流装置，组成晶闸管电动机调速系统。与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都有很
4、大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。而转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。直流电机调速系统中的核心部分整流电路特别是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中应用极为广泛，如交通运输、电力系统、通信系统、能源系统等。对三相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义，不仅是电力电子电路理论学习的重要一环，而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用。三相全控桥整流电路输出电压波动小，适合直流电动机的负载。把该电路应用于本设计，能实现电动机连续、平滑地转速调节、电动机不可逆运行等技术要求。本设计报告首先根据设计要求确定调
5、速方案和主电路的结构型式，主电路和闭环系统确定下来后，重在对电路各元件参数的计算和器件的选型，包括整流变压器、整流元件、平波电抗器、保护电路以及电流等的参数计算。2 主电路方案设计2.1 调速系统方案要求对晶闸管电气控制系统的技术要求：（1）输出一定的直流电压和电流。（2）输出电压的脉动指标在允许范围内。 （3）具有自动稳压功能和一定的稳压精度。（4） 对调速系统应有静态技术指标和动态技术指标。2.2 主电路方案设计 一般说来，在整流器功率很小时（4kW以下），用单相整流；功率较大时，用三相整流电路，故选用三相整流电路。在三相整流电路中，三相桥式电路突出的优点是电路简单，用的晶闸管少、触发器少
6、，对需要220V电压的用电设备直接用380V电网供电，而不需要另设整流变压器。但缺点是要求晶闸管耐压高，整流输也电压脉动大，需要平波电抗器容量大，电源变电器二次电流中有直流分量，增加了发热和损耗。因零线流过负载电流，在零线截面小时压降大，往往需要从车间变压器单独敷设零线。而三相桥式整流电路，在输出整流电压相同时，电源相电压可较三相零整流电路小一半，困此显著减轻了变压器和晶闸管的耐压要求，变压器二次绕组电流中没有直流分量、利用率高。输出整流电压脉动小，所以平波电抗器容量就可小一些。三相桥式整流电路的缺点是整流器件用得多，全控桥需要六个触发电路，需要220V电压的设备也不能用380V电网直接供电，
7、而要用整流变压器。三相半控桥式整流电路，虽然只用三只晶闸管、三个触发电路，但整流输出电压脉动大，且不能用于需要有源逆变的场合，故在要求较高的场合应选择三项全控桥式整流电路。 对于本次设计而言，直流电动机额定功率为55KW，属于中型容量。由于电机的容量较大，要求电流的脉动小，故选用三相全控桥式整流电路供电方案。电动机额定电压为220V，为保证供电质量，应采用三相降压变压器,同时为避三次谐波电动势的不良影响，三次谐波电流对电源的干扰，主变压器采用/Y接法。2.3 触发电路方案设计 晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。
8、大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。集成触发器可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。KJ004与分立元件的锯齿波移相触发电路相似,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。 3个KJ004集成块和1个KJ041集成块，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可组成完整的三相全控桥触发电路。本此设计要求的触发电路选用集成元件。2.4 直流调速系统方框图 为了使器件可靠运行，除了合理选择晶闸管外，还必须针对过电压和过电流采取恰当的保护措施。系统具体的方
9、框图如图1所示： 图1 直流调速系统方框图3 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算3.1 电枢回路串电阻调速 由电机学知识可知，直流电动机有3种调速方法：电枢串电阻、降电压和弱磁调速。根据任务书要求电动机启动、制动需平稳，且达到10：1的调速范围。本次设计采用电枢回路串电阻的方法来实现这一目标。我国目前设计的直流电动机额定电枢电动势满足： （式1） 一般中等容量电动机取0.95左右，则有： （式2） 电动机电枢内阻Ra： （式3） 电动机CeN： （式4）理想空载转速： (式5）调速范围D： 则 (式6） (式7） 由式7可知Rmax=0.66，即为了满足电动机平稳启停以及合适的调速范围，可
10、在电枢回路串入一个0.66 的电阻。3.2 整流变压器容量计算变压器一次侧相电压为=380V，而二次侧的线电压在树枝上等于输出的负载上的直流电压，即为直流电机的额定电压UN为220V，所以=220V。变压器二次侧相电压的计算： (式8） 变压器的变比选择： (式9） 由于电机的额定电流IN为287A，且电流过载倍数为1.5，二次侧额定电流I2N满足： (式10）则变压器的额定电流也应该限制在430.50A。综上所述：整流变压器的选择参数为，变比K=2.99，一次侧额定电压U1N=380V，二次侧额定线电压U2N=220V，额定电流I2N=430.5A。求变压器一次及二次的相电流： (式11）
11、(式12） K为变压器变压比，三相桥式整流电路中三相变压器：，Id=287A，所以有：I1=78.3A，I2=234.2A 三相变压器容量： 一次侧的容量： （式13) 二次侧的容量： （式14)由式6和式7可得变压器容量为： （式15)考虑到变压器存在损耗，故可选用变压器容量S为90KVA。3.3 晶闸管的电流、电压定额计算 （1）额定电压UTN的计算断态重复峰值电压UDRM 断态重复峰值电压是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。反向重复峰值电压UFRM 反向重复峰值电压是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。通态（峰值）电压UTM 晶闸管通
12、以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。对于三相桥式全控电路，晶闸管承受的最大反向电压为： （式16)最大正向电压为： (式 17)所以晶闸管的额定电压为： (式 18) （2）额定电流IT（AV）的计算由图3可以看出，晶闸管电流的平均值和有效值分别为： (式 19) (式 20) 晶闸管的电流定额按有效值相等的原则来选取，并应留一定的裕量。一般取其通态平均电流为按此原则所得计算结果的1.52倍。 晶闸管额定电流计算公式： （式21) 故可选用额定电压为800V、额定电流为200A的晶闸管作为本次设计之用。3.4 平波
13、电抗器电感量计算为了减少电流脉动和增长晶闸管导通时间可以在直流输出端串联一个平波电抗器，这样可以使电压输出的波形跟接近一条直线，保持电流连续。对于三相桥式全控整流电路带电动机负载其平波电抗器电感量的计算如下： （式22) 式中一般取电动机额定电流的5%10%，则由式22可知： L=3.1mH6.2mH，对于本次设计而言可选用5mH电感。4 触发电路设计 集成触发电路不仅成本低、体积小，而且还有调式容易、使用方便等优点，本设计所要求的也是采用KJ041集成触发电路。 KJ041为6路双脉冲形成器，它是三相全空桥式电路的触发器，它具有双脉冲形成和电子开关封锁等功能。KJ041实用电路详见附录，移相触发器输出脉冲加到该
