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1、课程设计名称：电力电子技术课程设计课程设计名称：电力电子技术课程设计题目： 直流电动机调压调速可控整流电题目： 直流电动机调压调速可控整流电 源设计源设计学期：2015-2016 学年第 1 学期专业：自中职班级：13-2 班姓名：张政军学号：1326560221指导教师 ：王巍辽宁工程技术大学 课程设计成绩评定表评定标准评定指标标准评定合格不合格单元电路及整体设计方案合理性正确性创新性仿真或实践是否进行仿真或实践技术指标或性能符合设计要求有完成结果设计报告格式正确内容充实语言流畅标准说明：以上三大项指标中，每大项中有两小项或三小项合格，视为总成绩合格。总成绩日期年月日课程设计任务书课程设计任
2、务书一、设计题目一、设计题目直流电动机调压调速可控整流电源设计二、设计任务二、设计任务1、电源电压：交流 380V/50Hz 2、输出电压范围 50V-150V 3、50150V 范围内，直流输出额定电流：100A 4、具有过流保护功能 5、具有稳压功能 6. 直流输出电流连续的最小值为 10A 7、效率不低于 70%三、设计计划三、设计计划电力电子技术课程设计共 1 周。第 1 天：选题，查资料；第 2 天：方案分析比较，确定设计方案；第 34 天：电路原理设计与电路仿真；第 5 天：编写整理设计报告书。四、设计要求四、设计要求1. 画出整体电路图。2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使
3、之达到设计任务要求。3. 写出符合设计格式要求的设计报告书。指导教师：王巍时间：2015 年 12 月 23 日目录总体框图.11 1.电路原理说明.11.1 主电路原理说明11.2 触发电路31.2.1 触发电路的脉冲类型31.2.2 常用的继承触发电路41.2.3 触发信号波形52.电路参数及元件选取. 72.1 主电路元件选择72.2 整流变压器额定参数计算82.2.1 二次相电压 U282.2.2 一次与二次额定电流及容量计算93.保护电路工作原理.103.1 过电流保护103.2 过电压保护114.应用举例.125.总结体会.14元器件清单15参考文献.15摘要摘要随着电力电子器件的
4、大力发展，该方面的用途越来越广泛。由于电力电子装置的电能变换效率高， 完成相同的工作任务可以比传统方法节约电能 10%40%， 因此它是一项节能技术，整流技术就是其中很重要的一个环节。该设计以可控硅三相桥式全控整流电路构成系统的主电路，采用同步信号为锯齿波的触发电路，本触发电路分三个基本环节：同步电压形成、移相控制、脉冲形成和输出。此外，还有双窄脉冲形成环节。同时考虑保护电路和缓冲电路，通过参数计算对晶闸管进行了选型。该装置可以用于发电机励磁仿真实验，实现励磁全工艺调节；还可用于直流电机调速系统、同步电机传动系统、通用直流电源、UPS 等，也可作为交流电机传动系统相控交交变频器的基本单元。关键
5、字：可控硅三项桥式全控整流电路；保护电路；脉冲电路；UPS；传动系统；交变频；辽宁工程技术大学电力电子技术课程设计1总体框图该系统的总体框图如图 1 所示。图 1系统框图1.电路原理说明1.1 主电路原理说明主电路图如下图所示；为说明此原理，假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况就也就相当于晶闸管触发角=0o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高的一个导通。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低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有 1 个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的张政军：直流电动机调压调速可控整流电源设计
6、2电压为某一线电压。=0o时， 各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析du的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。从相电压波形看，以变压器二次侧的中点 n 为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压1du为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压2du为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压du1du2du是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的最大的相电压，而共阳极组中处于通
7、态的晶闸管对应的是最小的相电压，输出整流电压du为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压du波形为线电压在正半周的包络线。由于负载端所接的电感值无限大，会对变化的电流有抵抗作用，从而使得负载电流几乎为一条直线。 其电路工作波形如图 2 所示。当触发角改变时， 电路的工作情况将发生变化。 当=030时， 从1t角开始把一个周期等分为 6 段，每段为060与00时的情况相比，一周期中du波形仍由 6 段线电压构成， 每一段导通晶闸管的编号等仍符合表 1 的规律。区别在于， 晶闸管起始导通时刻推迟了030,组成du的每一段线电压因此推迟030，du平均值降低。图 3 中给出了变压器
8、二次侧 a 相电流ai的波形，该波形的特点是，在 VT1 处于通态的 120o期间， ai为正，由于图 3 =30o时的波形辽宁工程技术大学电力电子技术课程设计3大电感的作用，di波形的形状近似为一条直线，在 VT4 处于通态的 120o期间， ai波形的形状也近似为一条直线，但为负值。当=060时，du波形中每段线电压的波形继续向后移，du平均值继续降低，060时du出现了为零的点。由以上分析可见，当060时，du波形连续。对于带大电感的反电动势，di波形由于电感的作用为一条平滑的直线并且也连续。当060时，如090时电阻负载情况下的工作波形如图 4 所示，du平均值继续降低，由于电感的存在
9、延迟了 VT 的关断时刻，使得du的值出现负值，当电感足够大时，du中正负面积基本相等，du平均值近似为零。这说明带阻感的反电动势的三相桥式全控整流电路的角的移相范围为090。1.2 触发电路1.2.1 触发电路的脉冲类型对于三相桥式全控整流电路，在其合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路在正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有脉冲。为此，可采用两种方法：一种是使脉冲宽度大于060（一般取0800100） ，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，即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差060，脉宽一般为020030，称为双脉冲触发。双脉冲电路较复
10、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饱和，需将铁心体积做得较大，绕组匝数较多，导致漏感增大，脉冲前沿不够陡。因此，常用的是双脉冲触发。图 4 90o时的波形张政军：直流电动机调压调速可控整流电源设计41.2.2 常用的集成触发电路常用的三相全控桥整流电路的集成触发电路是由三个 KJ004 集成块和一个 KJ041 集成块组成的，脉冲产生后由六个晶体管进行放大。图 5 KJ004 电路原理图KJ004 电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组成。电原理见图 5：锯齿波的斜率决定于外接电
11、阻 R6、RW1， 流出的充电电流和积分电容 C1 的数值。 对不同的移相控制电压 VY， 只有改变权电阻 R1、R2 的比例，调节相应的偏移电压 VP。同时调整锯齿波斜率电位器 RW1，可以使不同的移相控制电压获得整个移相范围。触发电路为正极性型，即移相电压增加，导通角增大。R7 和 C2形成微分电路，改变 R7 和 C2 的值，可获得不同的脉宽输出。KJ004 的同步电压为任意值。双脉冲信号的形成与控制用 KJ041 六路双脉冲形成器完成，KJ041 是三相全控桥式触发线路中必备的电路，具有双脉冲形成和电子开关控制封锁功能。实用块有电子开关控制的KJ041 电路组成逻辑控制，适用于正反组可
12、逆系统。1112161151413943578R23 +15V+15V+15VRP1R24R2R20RP4R5R1R3R4R6R7R8R12R10R11R14R19R13R25R26R27R28R20R22R16R17R21R18R15V3V2V1V18V19V20V4V5V6V12V13V14V15V16V9V10V11V8V7V17VS5VS1 VS2 VS3VS4VS6VS7VS8VS9VD1VD2VD3 VD4VD5VD6VD7C1C2ubucous辽宁工程技术大学电力电子技术课程设计5图 6 三相全控桥整流电路的集成触发电路1.2.3 触发信号波形向晶闸管整流电路供电的交流侧电源通常
13、来自电网，电网的频率不是固定不变的，而是会在允许内有一定的波动。 触发电路除了应当保证工作频率与主电路交流电源的频率一致外，还应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系。为保证触发电路和主电路频率一致，利用一个同步变压器，将一次侧接入为主电路供电的电网，由其二次侧提供同步电压信号，这样，由同步电压决定的触发脉冲频率与主电路晶闸管电压频率始终是一致的。接下来就是触发电路的定相，即选择同步电压信号的相位，以保证触发脉冲相位正确。触发电路的定相由多方面的因素确定，主要包括相控电路的主电路usa1234567 1110914131281615 1234567 111091
14、4131281615K J 0 04K J 0 0 4-15V+15V1234567 1110914131281615K J 00 4RP6RP3(1 6脚为6路单脉冲输入)1234567111 091 41 31 28161 5KJ041(1510脚为6路双脉冲输出)至VT1usbuscupucoR19R13R20R14R21R15R9R3R6R18R8R2R5R17R7R1R4R16R10R11R12C7C4 C1C8C5 C2C9C6 C3RP4RP1RP5RP2至VT2至VT3至VT4至VT5至VT6Ott1t2uaubucu2ua-图 7 三相全控桥中主电路电压与同步电压关系示意图张
15、政军：直流电动机调压调速可控整流电源设计6结构、触发电路结构等。触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系。主电路电压与同步电压的关系如图 7 所示。对于晶闸管VT1，其阳极与交流侧电压au相接，可简单表示为VT1所接主电路电压为+au，VT1的触发脉冲从00至0180的范围为1t2t。采用锯齿波同步的触发电路时，同步信号负半周的起点对应于锯齿波的起点，通常使锯齿波的上升段为0240，上升段起始的030和终了的030线性度不好，舍去不用，使用中间的0180。锯齿波的中点与同步信号0300位置对应。三相桥整流器大量用于直流电动机调速系统，且通常要求可实现再生制动，使0dU 的触发角为
16、090。当090时为整流工作，090时为逆变工作。将090确定为锯齿波的中点，锯齿波向前、向后各有090的移相范围。于是090与同步电压的0300对应，也就是00与同步电压的0210对应。对于其它五个晶闸管，也存在同样的对应关系，即同步电压应滞后于主电路电压0180。对于共阳极组的 VT4、VT6和 VT2，它们的阴极分别与au、bu和cu相连，可得简单表示它们的主电路电压分别为au、bu和cu。以为分析了同步电压与主电路电压的关系，一旦确定了整流变压器和同步变压器的接法，即可选定每一个晶闸管的同步电压信号。图 8 给出了变压器接法的一种情况及相应的矢量图，其中主电路整流变压器为 Dy11 联结，同步变压器为 Dy5y11 联结。这时，同步电压选取的结果如表 2 所示。表 2 三相全控桥各晶闸管的同步电压（采用图 8 变压器接法时）晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主电路电压aucubuaucubu图 8 同步变压器和整流变压器的接法及矢量图D,y 11D,y 5-1
