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1、一. 设计的目的本课程设计是电气工程及其自动化专业重要的实践教学环 节之一。本课程设计的任务是培养学生综合运用电力电子学、 模拟电子技术和电机学所学知识分析、解决工程或科研 实际问题的能力。其目的是巩固学生所学知识的同时，提高学生 的专业素质，这对于工科学生贯彻工程思想起到十分重要的作 用。二. 设计的任务及要求卷纸机不可逆调速系统的可控直流电源设计A原始数据：P=7.5kW, U d=220V, I d=40.8A, n=1480r/min, R =0.25Q，ededaLM=14mH，入=L5。B设计内容及要求：a）设计整流电路主电路。b）设计变压器参数：U, I, U2, 12。要求考虑
2、最小控制角a .、电网电压波动、晶闸管管压降和 min变压器漏抗等因素计算变压器二次相电压值，附主要计算步骤。 C）整流元件参数的计算及选择：依据参数计算，正确选择器件 型号，并附主要参数。d）触发电路设计及主要参数的计算，同步电压的选择。e）设计保护电路：正确选择电压、过流保护电路，简要说明选 择依据；计算保护元件参数并选择保护元件型号。f）电抗器的参数设计三. 具体的计算和选择过程一.主电路的选择根据实验要求的原始数据，直流电机的功率P = 7.5KW 5KW , 属于较大功率的电机，同时此电机为直流电机，并且需要较平稳第1页恒定的速度，因此需要驱动电路提供较平稳的电压和电流，而且 作为卷
3、纸机的驱动电机，其需要较大的调速范围，综合分析以上 因素，所以选用驱动功率大，输出电压脉动较小，而且电压调节 范围较大的三相桥式全控整流电路。二.整流变压器的设计及计算 U是一个重要参数，选择过低，无法保证输出额定电压。选2择过高，又会造成延迟角a加大，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Ud maxAe (cos amin+ nU-cu 厂) sh I2 N式中U 整流电路输出电压最大值;d maxnU主电路电流回路n个晶闸管正向压降；TC线路连接方式系数，三相全控桥的取0.5；U变压器的短路比，对10 100kVA变压器，shU =0.050.1；sh
4、I I变压器二次实际工作电流与额定电流之比，应取最22 N大值。在要求不高的场合或近似估算时，用下式计算则更加方便，即式中A理想情况下，a = 0时整流电压U与二次电压U之do2比，即A二U U，三相全控桥的为2.34。do 2 变压器二次侧相电流有效值的计算。因为整流器的负载输出端串联有电抗器，一次变压器的二次侧电流可视为大小不变的电流，因此其有效值为:I 二 （12 X -兀+匚 12）x -兀）=2/ 二 0.81612、2 兀d 3d 33 dd因为 I = I = 40.8 Aedd故：I = 0.816 x 40.8 = 33.29A2 变压器一次侧相电流有效值的计算因为在中，已将
5、变压器二次侧相电压有效值U 2计算出来 故可计算出变压器的变比K假设采用的变压器为A -Y连接，一次侧为A接，二次侧为Y接。K= N =380/ 128.286二 2.9621 3 N2I = 2 I1 N 21因此，一次侧电流的有效值I二21 =KI =99.8700iooa1 N 221综上所述：变压器的主要参数u U I I k为12 12U1U2I1I2k380V128.286V100A33.29A3三晶闸管的选择 额定电流的计算因为本驱动电流的主电路应用的是三相桥全控整流电路，因此 晶闸管的电流的有效值与直流端的输出电流的关系为二丄 I 二 0.57713 dd因此可求出晶闸管的额定
6、电流VT (AV)侖=0.368-考虑到晶闸管的过载能力差，在选择晶闸管的额定电流时，取实 际需要的1.52倍，使之有一定的安全裕量，保证晶闸管的可 靠运行。因此晶闸管的额定电流计算公式为：I = (1.5 - 2) J = (1.5 - 2) - 0.3681VT (AV)d所以在此主电路中晶闸管的额定电流为：I = (1.5 - 2) x 倬=2 x 0.3681 = 22.52 - 30.03A VT (AV)1.57d 额定电压的计算由三相桥全控整流电路的特点得出晶闸管在电路中所可能承受 的最大正反向电压为：u =J6uTm2所以元件正反向重复峰值电压必须满足：U K K V 6UDR
7、Mb2RRMb2式中K考虑电网的波动、过压等的安全因素，一般取K = 2bb3。在380V的整流电路中，K取2.2。b所以根据以上晶闸管额定电压的分析其额定电压为：U = K X、石 x U = 2.2 x 語 x 128.286 = 691.3175VNb2 晶闸管的选择极其主要参数额定电UN50A额定电压IN100-2400V触发电流ITM150mA故晶闸管选用KP系列的KP50晶闸管，其主要参数为考虑到以上因素，所以触发设计 用TC787为基础的触发电路。触发电路芯片的介绍:Vc 1 1IS 1Vhl 2Vggl 316ICaVrl 415CcPi 1 5TC787incbPers-第5
8、页13JCz-b rr胃| aC | s11 l-C-A | 910 1 B=2 Xv = 2 x 0.3681 = 30.03AVT (AV)1.57dU = K “6 X U = 2.2 心6 X 128.286 = 691.3175VNb2四.触发电路的设计触发电路的选择:相比于分立元件的触发电路，集成电路可靠性高，技术性能好， 体积小，功耗低，调试方便。随着集成电路制作技术达的提高， 晶闸管触发电路的集成化已经逐渐普及，现已逐步取代分立式电 路。TC787是为移相触发集成电路而设计的单片集成电路。与 TCA785及KJ（或KC）系列集成电路相比，具有功耗小、功能强、 输入阻抗高、抗干扰
9、性能好、移相范围宽、外接元件少等优点， 而且装调简便、使用可靠，只需一个这样的集成电路，就可完成 3只TCA785与1只KJ041、1只KJ042或5只KJ系列器件组合 才能具有的三相移相功能。另外，TC787分别具有A型和B型器 件，使用户可方便地根据自己应用系统所需要的工作频率来选择 （工频时选A型器件，中频100400Hz时选B型器件）。 同步电压输入端：引脚l(Vc)、引脚2(Vb)及引脚18(Va )为 三相同步输入电压连接端。应用中，分别接经输入滤波后的同步 电压，同步电压的峰值应不超过TC787的工作电源电压VDD。(2) 脉冲输出端：TC787被设置为全控双窄脉冲工作方式时(此
10、 实验中将TC787设置为全控双脉冲 工作方式)，引脚8为与三相 同步电压中C相正半周及B相负半周对应的两个脉冲输出端；引 脚12为与三相同步电压中A相正半周及C相负半周对应的两个 脉冲输出端；引脚11为与三相同步电压中C相负半周及B相正 半周对应的两个脉冲输出端；引脚9为与三相同步电压中A相同 步电压负半周及C相电压正半周对应的两个脉冲输出端；引脚7 为与三相同步电压中B相电压负半周及A相电压正半周对应的两 个脉冲输出端；引脚10为与三相同步电压中B相正半周及A相 负半周对应的两个脉冲输出端。应用中，均接脉冲功率放大环节 的输入或脉冲变压器所驱动开关管的控制极。(3) 控制端引脚4(Vr):
11、移相控制电压输入端。该端输入电压的高低，直 接决定着TC787输出脉冲的移相范围，应用中接给定环节输出，其电压幅值最大为TC787的工作电源电压(818V或土5-9卩),在此触发电路中v 取15V,为单电源工作方式。DD 引脚5(Pi):输出脉冲禁止端。该端用来进行故障状态下封锁TC787的输出，咼电平有效，应用中，接保护电路的输出。 引脚6(Pc) ：TC787工作方式设置端。当该端接咼电平时,TC787输出双脉冲列；而当该端接低电平时，输出单脉冲列。 引脚13(Cx):该端连接的电容Cx的容量决定着TC787或TC788 输出脉冲的宽度，电容的容量越大，则脉冲宽度越宽。 引脚14(Cb)、
12、引脚15(Cc)、引脚16(Ca):对应三相同步电压的锯齿波电容连接端。该端连接的电容值大小决定了移相锯齿波 的斜率和幅值。(4)电源端TC787可单电源工作，亦可双电源工作。单电源工作时引脚3(VSS) 接地,而引脚17(VDD)允许施加的电压为818V。双电源工作时， 引脚3(VSS)接负电源，其允许施加的电压幅值为-4-9V,引脚 17(VDD)接正电源，允许施加的电压为+4+9V。触发电路的设计及其参数的计算：如触发电路的电路图所示：图中电容C1C3为隔直耦合电容， 而C4C6为滤波电容，它与R1-R3构成滤去同步电压中毛刺的环节。同时，RP1-RP3三个电位器的不同调节，可实现060
13、第7页的移相，它们与C C C共同起到移相的作用，从而适应不同变a, b, c压器的要求,所以取RP 二 RP 二 RP 二 20 K123C 二 C 二 C 二 10 R F123C 二 C 二 C 二 1r F456在TC787的同步电压输入端支路中，两个R起稳定电压的作用， 同时不可以有太大的电流：故取R = 20k此时通过其电流为I dd = 0.375mA2 R电流足够小，故不会影响总电路的电压电流。因为在同步信号为50HZ时，电容C ,C，C采用0.15“F电容abc时，相对误差小于5%,以锯齿波线性好，幅度大，不平顶。所以去C C C 0.15rFabc电容C决定调制脉冲或输出方
14、波的宽度，用0.01 RF的电容，脉x冲宽度为1mS.其脉冲宽度为比较良好的脉冲宽度，故C取0.01 RFxC =0.01 rFx同步电压的选择：由上述TC787的介绍中TC787被设置为全控双窄脉冲工作方式 时，引脚8为与三相同步电压中C相正半周及B相负半周对应的两个脉冲输出端； 引脚12为与三相同步电压中A相正半周及C相负半周对应的两 个脉冲输出端；引脚11为与三相同步电压中C相负半周及B相 正半周对应的两个脉冲输出端等说明中可知，TC787输入的主电第8页U ABUUa ab!UsabUsa路的电压土 u，土u，土u与同步电压土 u 土 u 土 u 之间的相位关abcsasbsc系是可调的，调节RP , RP , RP的大小就可以调节其相位关系，123以便于适应各种组别变压器的使用。在此触发电路同步电压选择时，将调节RP ,RP ,RP取消其对主123电路电压的移相最用，即+ u与+ u的相位是同相的。由此可得asa出同步变压器的矢量图如下：由矢量图可知，触发电路的变压器的组别与主电路的变压器的组 别是相
