电力电子技术课程设计

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1、电力电子技术课程设计报告题 目：晶闸管10KW直流电动机调速系统设计院（系）：机电与自动化学院专业班级：电气自动化技术1002学生姓名：曹畅学 号： 20102822054指导教师：刘政廉2012 年6月25 日至2012 年7月6日华中科技大学武昌分校电力电子技术课程设计任务书一、设计题目晶闸管10KW直流电动机调速系统设计二、设计主要内容工业生产中常常要求电动机具有宽的调速范围和调速精度，例如连续式轧钢机.造纸 机.电梯等。为此利用调节直流电机电枢电压获得良好的调速性能，而晶闸管三相桥全控整 流电路可以根据伩号Ug （直流）的大小変化方便地改变直流输出电压的大小。本课题要求设计一个由晶闸管

2、整流桥、直流电动机、PI调节器（运放）组成的调速控制系 统，完成完整电路原理图设计和绘制。具体设计内容如下：1、晶闸管三相桥式全控整流电路旳基本工作原理（1）晶闸管型号規格选择（2）晶闸管保护设计（3）整流变压器设计（求U2）2、整流变压器设计3、三相脉冲触发器设计刺按下启动按钮，可选择工频变频控制，手动控制（自动转换4、测速电路设计和PI调节器设计三、原始资料1、直流电动机：Z3-71 Pn = 10KW Un = 220V In = 55A Nn = 1000r/min电枢电阻Ra = 0.5 Q 电枢电忎Ld = 7mH励磁电压UL = 220V励磁电流IL = 1.6A2、直流测速发电

3、机：55CY61 Nn = 2000r/min Un = 110V3、霍尔电流传感器：LA504 最小整流角a = 20度 Cos20 = 0.94四、要求的设计成果(1) 根据控制要求进行电气控制系统电路设计。A4完整电路图一张。(2) 整流变压器(/ y)容量大小计祘和U2值计祘。(3) 晶闸管额定电压和额定电流的计祘。(4) 晶闸管过电压保护计祘。(5) 过电流保护设计。(6) 三相六脉冲触发器设计並阐述其工作原理，关健点位的波形。(7) 由测速发电机测到的转速伩号+fn与速度给定伩号-Ug比较后引到PI调节器输入 端，调节器输出正电压Uct去脉冲触发器控制脉冲产生的时间，从而改変晶闸管

4、整 流角，进而调节输出直流电压大小。这样就形成了以速度为调节对象的速度负反馈 闭环系统。以此绘制电路理图。(8) 该直流调速系统速度可以方便调节大小，並且当机械阻力负载大小変化(电机电流I成正比変化)时，电动机转速基本恒定(约有変化)，分析其原理。(9 )不得少于2000汉字。论文可以偏重某一部分，例(4).(5);(6);(7).(8);但完整电路图 及简要说明,(2).(3)部分为公共部分五、进程安排内容时间下达课程设计任务书。讲解课程设计的任务与要求、进 度安排、指导时间、注意事项、提供参考资料。学生到实验 室熟悉设备。1天搜集资料、方案论证、初步设计。1天系统设计、绘制系统控制原理图、

5、2天利用实验室设备完成控制系统的硬件接线工作，运行控 制程序，进行运行调试。3天方案优化、总结完善、整理资料、撰写课程设计报告2天答辩、课程设计总结。1天共计10天（2周）六、主要参考资料1 石玉.电力电子技术题例与电路设计指导.北京：机械工业出版社，2006.2 郑凤翼.图解电力拖动系统电路.北京：人民邮电出版社，2006.3 巫莉.电气控制与PLC应用.北京：中国电力出版社，2008.指导教师（签名）：20 年 月 日目录1. 课程设计题目及要求11.1 题目11.2 控制要求11.3 系统总体方案设计22. 三相全控桥主电路设计32.1 电路及原理32.2 整流变压器参数计算42.3 晶

6、闸管参数计算63. 触发电路设计73.1 KC04芯片引脚介绍73.2 KC04芯片原理图73.3 触发电路及原理84. 反馈电路参数的选择与计算114.1 测速发电机的选择114.2 电流截止反馈环节的选择114.3 调速静态精度的计算124.4 给定环节的选择144.5 电机负载变化转速恒定原理145. 设计总结156. 参考文献167. 附录117附录 2181. 课程设计题目及要求1.1 题目晶闸管 10KW 直流电动机调速系统设计1.2 控制要求工业生产中常常要求电动机具有宽的调速范围和调速精度，例如连续式轧钢机. 造纸机. 电梯等。为此利用调节直流电机电枢电压获得良好的调速性能，而

7、晶闸管三相桥全控整流电路可以根据伩号Ug (直流)的大小変化方便地改变直流输出电压的大小。本课题要求设计一个由晶闸管整流桥、直流电动机、PI调节器(运放)组成的调速控制系统，完成完整电路原理图设计和绘制。具体设计内容如下：1、晶闸管三相桥式全控整流电路旳基本工作原理 (1)晶闸管型号規格选择( 2)晶闸管保护设计(3)整流变压器设计(求U2)2、整流变压器设计3、三相脉冲触发器设计刺按下启动按钮，可选择工频/变频控制，手动控制(自动转换4、测速电路设计和 PI 调节器设计原始数据如下：(1) 直流电动机：Z3-71 Pn = 10KW Un = 220V In = 55A Nn = 1000r

8、/min 电枢电阻Ra = 0.5 Q 电枢电忎Ld = 7mH励磁电压UL = 220V 励磁电流IL = 1.6A(2) 直流测速发电机： 55CY61 Nn = 2000r/min Un = 110V(3) 霍尓电流传感器： LA50(4) 最小整流角a = 20度 Cos20 = 0.941.3 系统总体方案设计电动机额定电压为220V,为保证其供电质量，采用三相减压变压器将电源电压降低。同 时考虑三次谐波的影响，主变压器采用 D/Y 联结。为了使电路简单，工作可靠，装置体积小，触发电路选用集成度高，触发可靠的KJ组 成的六脉冲集成触发电路。因调速精度要求较高，故采用装速负反馈调速系统

9、，同时采用电流截止负反馈进行限流 保护，出现故障电流时，由过流继电器切断主电路电源。该系统采用减压调速，故要求励磁保持恒定；励磁绕组采用三相不控桥式整流电路供电， 电源直接从变压器二次侧引入，同时设有弱磁保护环节，使得励磁绕组通电后主接触器 主触头才闭合。该系统采用减压调速方案，故励磁电流保持恒定。励磁绕组采用三项不可控桥式整 流电路供电，电源可从主变压器二次侧引入，为保证先加励磁后再加电枢电压，主接触 器主触点应在励磁绕组通电后方可闭合，同时设有弱磁保护环节。2. 三相全控桥主电路设计电路图如下所示：WkW臣流电动机不可逆调速电路摘闸管两墙傕容过电压保护.(50过电流變电能渲GU順蹄恍护熔新

10、爲.电圧赛CZ1TZX转速債反馍KEJE6.2 2亍2J科I濮蠶尅SRj區材挨还卜E理IKJ.直逋需】 圧临电阳 迪里压操勿压靱电阻， KW1、自視融点）2.1 电路及原理图 1. 3 6 (a)liJkW理说电动机不可逆调谨电邸NO其工作特点是任何时刻都有不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路，因此 为保证电路启动或电流断续后能正常导通，必须对不同组别应到导通的一对晶闸管同时 加触发脉冲，所以触发脉冲的宽度应大于n / 3的宽脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大， 易使脉冲变压器饱和，所以可以采用脉冲列代替双窄脉冲；每隔n /3换相一次，换相 过程在共阴极组和共阳极组轮流进行，但只在同一组别中

11、换相。接线图中晶闸管的编号 方法使每个周期内6个管子的组合导通顺序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；共阴极组T1, T3, T5的脉冲依次相差2n /3；同一相的上下两个桥臂，即VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2的脉冲相差n，给分析带来了方便；当a =0时，输出电压Ud 一周期内的波 形是6个线电压的包络线。所以输出脉动直流电压频率是电源频率的6倍，比三相半波 电路高l倍，脉动减小，而且每次脉动的波形都一样，故该电路又可称为6脉动整流电 路。同理，三相半波整流电路称为3脉动整流电路。a 0时，Ud的波形出现缺口，随 着a角的增大，缺口增大，输出电压平均值降低。当a

12、=2n /3时，输出电压为零，所 以电阻性负载时，a的移相范围是02n /3；当OWa Wn /3时，电流连续，每个晶 闸管导通2n /3； 当n / 3Wa W2n /3时，电流断续，个晶闸管导通小于2n /3。23 a =n / 3是电阻性负载电流连续和断续的分界点。2.2 整流变压器参数计算U 2的计算U2是一个重要参数，现在过低，无法保证输出额定电压。选择过高，又会造成延迟角5大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加了装置的成本。一般可按下式计算即3-1)U + nUd maxTII As Cos* CU Iminsh 1 丿2N式中，A 理想情况下，* = 0C时整流电压U 与二次

13、电压U之比，d 02即 A = U -U ；d 02B控制角为*时，输出电压U与U 之比，即B = U :U ；dd 0dd 0S 电网波动系数，通常取s = 0.9 ；U 整流电路输出电压最大值；d maxnU t主电路电流回路；C 线路连接方式系数；U 变压器的短路比，10100KVA变压器U = 0.05 0.1 ；shshI / I 变压器二次侧实际工作电流与额定电流之比，应取最大值。2 2 N在要求不高的场合或近似估算时，用下式计算则更加方便3-2)U 二(1 1.2) Ud2AsB其中 A = 2.34，取s= 0.9Q角考虑20的裕量：cos =0.94U 二(1 1.2)厶=1

14、04125V，取 U = 110V 2As B2电压比380110=3.453-3)一次和二次相电流11和12的计算K = K = 0.816I1I 2考虑变压器的励磁历次电流时，11应乘以1.05左右的系数所以（3-5）（3-6）3-7）I 二 1.05K二 1.05 x 0.816 xW A 二 13.7A1I 1 K3.45I = K I = 0.816 x 55A 二 45A2 I 2 d变压器的容量计算S = mU I1 1 1 1S = m U I2 2 2 21S = _(S + S )2 1 2式中： m 、m 一次侧、二次侧绕组的相数12S = 3U I = (3 x 380 x 13.7)kVA = 15.6kVA1 1 1S = 3U I = (3 x 110 x 45)kVA = 14.85kVA2 2 2 11S 二(S + S )二(15.6 + 14.85)kVA 二 15.3kVA 2122考虑励磁功率P = (220x 0.6)W = 0.352kW，取S = 16M ,S = 15.2kVA ,S = 15.6kVA，L 1 2I = 1