《三相半波可控整流电路毕业设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三相半波可控整流电路毕业设计（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、石家庄铁道大学四方学院毕业设计0第 1 章 绪论1.1 任务背景概述 自 70 年代以来，国内外在电气传动领域内，大量地采用了“晶闸管直流电动机调速”技术(简称 KZD 调速系统)。尽管当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中 KZD 系统的应用量还是占有相当的比重 。在工程设计与理论学习过程中，会接触到大量关于调速控制系统的分析、综合与设计问题。传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统
2、的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。直流电动机具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广；过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。1.2 直流双闭环系统介绍直流电机双闭环（电流环、转速环）调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和 PI 调节器的单闭环调速系统可以
3、在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流得冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。在实际工作中,我们希望在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，石家庄铁
4、道大学四方学院毕业设计1从而转入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流（转矩）首相的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值得恒流过程，按照反馈控制规律，电流负反馈就能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不在电流负反馈发挥主作用，因此我们采用双闭环调速系统。这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用不同的阶段。石家庄铁道大学四方学院毕业
5、设计2第 2 章 总体设计2.1 系统结构及工作原理说明2.1.1 本系统的设计图如下：见附录 D2.1.2 工作原理介绍SB2为启动按钮。按下 SB2后，接触器 KM 线圈得电，KM 触头闭合并形成自锁，以保证主电路的通电。SB1是停止按钮，按下 SB1后，KM 线圈断电，KM 触头分离，主电路断电。启动时，加入给定电压，速度调节器和电流调节器即以饱和限幅值输出，使电动机以最大启动电流加速启动，直到电动机转速达到给定转速，并在出现超调后，速度调节器和电流调节器推出饱和，最后稳定在略低于给定转速值下运行。系统工作时，电流调节器，转速调节器均有限幅环节，速度调节器的输出作为电流调节器的给定，利用
6、速度调节器的输出限幅可达到限制启动电流的目的。电流调节器的输出作为触发电路的控制电压，利用电流调节器的书出限幅可达到ctU限制的目的。max触发电路的接法只需按照标号连接实物图即可。这里的 G、K 相当于触发电路中的 X、Y。可用作晶闸管过流保护的电器有快速熔断器、过流继电器、快速开关等。本设计采用的是快速熔断器保护，根据所选晶闸管的参数，快熔的额定电压可选1000V，额定电流可选 1000A 的即可。晶闸管承受过电流时，因为本身有一定热容量，尚可坚持短暂时间，但在遭受过电压时，则会立即发生反向击穿或正向转折。抑制过电压的方法不外乎有三种：用非线性元件限制过电压的幅度；用电阻消除产生过电压的能
7、量；用储能元件吸收产生过电压的能量。本设计用的方法是用 RC 抑制过电压。2.2 系统参数的计算在变压器二次侧并联电阻电容，可以把变压器绕组中释放的电磁能量转换为电容器的电场能量储存起来。由于电容两端电压不能突变，所以能有效的抑制过电压。串联电阻能消耗部分过电压产生的能量，并抑制 LC 回路的振荡。三相整流阻容保护电路参数计算为：石家庄铁道大学四方学院毕业设计3式（2-0002 22006 %6 50.142503SCiuFU1）式（2-1）中，S 为变压器容量（VA） ；为变压器二次侧相电压有效值（V） ；2U为变压器励磁电流百分数。0%i式 （2-22250 3552.74535L c L
8、URI2）式（2-2）中，为变压器二次侧线电压，取额定值；为变压器二次侧线电流，2LU2LI取额定值。快速熔断器的作用：当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若安置了熔断器，那么，熔断器就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。石家庄铁道大学四方学院毕业设计4第 3 章 主电路和控制电路的设计3.1 调速控制部分3.1.1 调速方法的确定我们按照要求采用直流电动机的调速。直流电动机转速和其他参量之间的稳态关系可表示为：式（3-1）aaUI RnCe式中，转速（r/mi
9、n） ；n电枢电压（v） ；U电枢电流（A） ；aI电枢回路总电阻（） ；aR励磁磁通（Wb） ； 电动势常数。eC由式（3-1）得，调节电动机的转速可以有三种方法：调节电枢供电电压调速；减弱励磁磁通调速；改变电枢回路电阻调速。改变电阻调速方法功率损耗大，低速运行时转速稳定性差，不能无级调速。减弱磁通调速只能在基速以上的范围内调速，属于向上调速。当改变电枢电压调速时，机械特性的斜率都与固有机械特性的斜率相同特性较硬，当降低电枢电压在低速下运行时，转速随负载变化的幅度较小，与电枢回路串电阻的方法比较，转速的稳定性要好的多，调节电枢电压调速需要可调的直流电源，因此能实现无级调速。设计要求为恒转矩调
10、速，且轧钢机他励直流电动机具有优良的调速性能，能在很宽的范围内实现平滑的无级调速，所以我们选择调节电枢供电电压的方法来调速。当保持他励直流电动机的磁通为额定值，电枢回路不串电阻，若将电源电压降低为 U1、U2、U3等不同数时，则可得到与固有机械特性互相平行的人为机械特性，如图 3-1 所示石家庄铁道大学四方学院毕业设计5图 3-1 降低电源电压调速时的机械特性3.1.2 调速系统设计的整体思想+15VUCGTVTUdLM 并励图 3-2 基本设计思想原理图降低电源电压调速需要独立可调的直流电源，可采用单独的并励直流发电机或晶闸管可控整流器，而本设计采用的是后者。整体思想如图 3-2 所示：图
11、3-2 中 VT 是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置 GT 的控制电压来移cU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。具体的设计细dU节将在下面章节阐述。 3.2 主电路设计3.2.1 系统主回路的选择石家庄铁道大学四方学院毕业设计6图3-3 基本设计思想原理图主电路的原理图如图 3-3 所示。由于共阴极组在正半周导电，流经变压器的是正向电流；而共阳极组在负半周导电，流经变压器的是反向电流。因此变压器绕组中没有直流磁通势，每相绕组正负半周都有电流流过，提高了变压器绕组的利用率。3.2.2 主电路的基本工作原理整流输出电压三相半波整流电路在感性负载时：Ud=1.17U2cos
12、= U2Lcos=1.35U2Lcos 式（3-2）2.34/3式(3-2)中 U2L为变压器二次绕组的线电压有效值。三相半波的六个晶闸管触发的顺序是VT1VT2VT3VT4VT5VT6石家庄铁道大学四方学院毕业设计7下面是=90时三项半波整流电路的电压波形和处罚脉冲：图 3-4 特殊导通角下的 Ud波形及触发脉冲波形3.2.3 主电路输出电压与控制角的关系上述分析中，不管为何值时，负载电压 Ud都是线电压的一部分，相当于以线电压为幅值一周期有 6 个脉动波的六相半波整流电路。从线电压入手计算 Ud更简单，由于 ud波形每隔 60o重复一次，Ud的计算只要在/3 范围内取平均值即可。由于本设计
13、为电感性负载，所以电流是连续的，晶闸管的导通角总是 2/3，式（3-3）的积分上限可以超过，仍为 2/3+，故Ud=2.34U2cos=1.35U2Lcos 式（3-3）2 3316sin()3tdt可见电感性负载要求的最大移相范围为90石家庄铁道大学四方学院毕业设计83.3 触发电路的具体设计3.3.1 对触发电路的要求（1）触发信号应有足够的功率(电压与电流)晶闸管是电流控制型器件,在门极必须注入足够的电流才能触发导通.由于管子门极伏安特性的分散性以及触发电压电流随温度变化的特性,为使各合格器件在各种条件下均能可靠触发,触发电路提供的触发电压与电流必须大于产品参数提供的门极触发电压与触发电
14、流值,但不得超过规定的门极最大允许峰值电压与峰值电流.由于触发信号是脉冲形式,只要触发功率不超过规定值,触发电压,电流的幅值短时间内可大大超过铭牌规定值.（2） 对触发信号的波形要求脉冲应有一定宽度以保证在触发期间阳极电流能达到擎住电流而维持导通,对于电阻负载脉宽大于2050S ,电感负载脉宽大于1ms,对于三相半波电路脉宽要大于60o或采用双窄脉冲.为了减小触发功率保证可靠触发,目前使用的由许多窄脉冲高频调制组成的脉冲来触发.触发脉冲的前沿尽可能陡,在晶闸管串联或并联是有利与同时触发导通.为了快速而可靠地触发大功率晶闸管,常在脉冲前沿叠加一个强触发脉冲.（3） 触发脉冲的同步及移相范围为使晶
15、闸管在每个周期都在相同的控制角触发导通,触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压也就是电源同步,并与电源波形保持固定的相位关系.为使电路在给定范围内工作,应保证脉冲能在相应范围内进行移相.三相半波整流电路可达到移相范围如下:电阻负载时为0o150o、大电感负载电流连续工作在整流时为0o90o、既整流又逆变时为0o180o.（4） 防止干扰与误触晶闸管的误导通往往是由于干扰信号进入门极电路而引起,因此需要对触发电路进行屏蔽、隔离等抗干扰措施.3.3.2 触发电路的形式大、中功率的变流器，对触发电路的精度要求较高，对输出的触发功率要求较大，故广泛应用的是晶闸管出发电路。它的种类很多，如以同步信号来分，常用的
16、有锯齿波同步电路和正弦波同步电路两种，本设计用的是锯齿波同步信号触发电路，所以着重讲述锯齿波触发电路的工作原理。石家庄铁道大学四方学院毕业设计9图 3-5 是同步信号为锯齿波的触发电路。此电路输出可为双窄脉冲，也可为单窄脉冲，适用于有两相的晶闸管同时导通的电路，本设计三相半波整流电路用此触发电路正合适。此种电路可分成三个基本环节：脉冲的形成与放大；锯齿波的形成和脉冲移相；同步环节。此外，电路中还有强触发和双窄脉冲形成环节。图 3-5 同步信号为锯齿波的触发电路3.3.3 脉冲形成与放大环节如图 3-6 所示，脉冲形成环节是由晶体管 V4、V5组成；放大环节由 V7、V8组成。控制电压 Uco加在 V4的基极上，电路的触发脉冲由脉冲变压器 TP 二次侧输出，其一次绕组接在 V8集电极电路中。石家庄铁道大学四方学院毕业设计10图 3-6 脉冲的形成和输出电路当控制电压Uco=0 时，V4截止。+E1电源通过 R11供给 V5一个足够大的基
