晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)變流器課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　由于直流電動(dòng)機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍，平滑的調(diào)速特性，較高的過載能力和較大的起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此被廣泛的應(yīng)用于調(diào)速性能要求較高的場合中。在工業(yè)生產(chǎn)中，需要高性能速度控制的電力拖動(dòng)場合中，直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮的重要的作用。本次課程設(shè)計(jì)是利用兩組三相橋式全控整流系統(tǒng)的正反并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)變流器的連續(xù)調(diào)速和可逆運(yùn)行。當(dāng)使正組變流器

2、處于整流狀態(tài)時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行；當(dāng)使反組變流器處于整流狀態(tài)時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)就能反向運(yùn)行。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)變流器設(shè)計(jì)方案介紹3</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)目的3</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)方案介紹3</p>&

3、lt;p>　　1.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及指標(biāo)要求3</p><p>　　2 主電路的設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 主電路的工作原理及原理圖4</p><p>　　2.2 參數(shù)計(jì)算9</p><p>　　2.2.1 整流變壓器的計(jì)算9</p><p>　　2.2.2 晶閘管的元件選擇9&l

4、t;/p><p>　　2.3 保護(hù)電路10</p><p>　　3 元器件清單12</p><p><b>　　4 總結(jié)13</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)14</b></p><p>　　晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)變流器設(shè)計(jì)方案介紹</p>&

5、lt;p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　電力電子課程設(shè)計(jì)是電氣自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中一項(xiàng)綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，是走向工作崗位、從事專業(yè)技術(shù)之前的一項(xiàng)綜合性技能訓(xùn)練，對學(xué)生的職業(yè)能力培養(yǎng)和實(shí)踐技能訓(xùn)練具有相當(dāng)重要的意義。主要目的在于：</p><p>　　1、通過設(shè)計(jì)提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力，鞏固和擴(kuò)展學(xué)生的知識領(lǐng)域、培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?/p>

6、科學(xué)態(tài)度和提高獨(dú)立工作的能力；</p><p>　　2、通過設(shè)計(jì)使學(xué)生初步掌握電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，熟悉國家有關(guān)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的方針政策和安全規(guī)程，訓(xùn)練使用設(shè)計(jì)手冊的技術(shù)資料的能力；</p><p>　　培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)編寫技術(shù)和繪制設(shè)計(jì)圖樣的能力。</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)方案介紹</p><p>　　1.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及

7、指標(biāo)要求</p><p>　　電網(wǎng)供電電壓為380V；</p><p>　?。?） 電網(wǎng)電壓波動(dòng)+5%—-10%；</p><p>　　（3） 要求連續(xù)調(diào)速，可逆運(yùn)行。</p><p>　　(4) 調(diào)速比D=15，電流脈動(dòng)S1<=10%,靜差率S<=1%。</p><p>　　1.2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容&l

8、t;/p><p>　　電動(dòng)機(jī)的額定功率PN=60KW,額定電壓UN=220KW,額定電流IN=305A.試設(shè)計(jì)選擇晶閘管電流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主電路。</p><p><b>　　主電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 主電路的工作原理及原理圖</p><p>　　三相橋式全控整流電路</p><

9、;p>　　三相橋式全控整流電路的原理圖如圖2.1，此電路由變壓器和6個(gè)晶閘管以及負(fù)載組成。變壓器二次側(cè)接成星形，而一次側(cè)接成三角形，是為了避免三次諧波電流入電網(wǎng)。其中將陰極連接在一起的三個(gè)晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的三個(gè)晶閘管（VT2、VT4、VT6）稱為共陽極組。此外，習(xí)慣上希望晶閘管按1到6的順序?qū)ǎ瑸榇藢⒕чl管按圖2.1所示的順序編號，按此編號，晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1-VT2-VT3-V

10、T4-VT5-VT6。</p><p>　　圖2.1 三相橋式全控整流電路圖</p><p>　　下面將對其原理進(jìn)行說明：</p><p>　　假設(shè)將電路的晶閘管換做二極管，這種情況也就相當(dāng)于晶閘管觸發(fā)角α為0°時(shí)的情況，此時(shí)，對于共陰極組的三個(gè)晶閘管，陽極所接交流電壓值最高的一個(gè)導(dǎo)通，而對于共陽極組的三個(gè)晶閘管，則是陰極所接的交流電壓值最低的一個(gè)導(dǎo)通。這

11、樣得到其波形圖如下：</p><p>　　圖2.2 α=0°時(shí)的波形</p><p>　　當(dāng)α為0°時(shí)，各晶閘管均在自然換相點(diǎn)處換相，由圖中的變壓器二次繞組相電壓與線電壓波形的對應(yīng)關(guān)系可以看出，各自然換相點(diǎn)既是相電壓的交點(diǎn)，同時(shí)也是線電壓的交點(diǎn)。同理可得α為30°和90°時(shí)的波形如下：</p><p>　　圖2.3 α=30&

12、#176;、90°時(shí)的電流電壓波形</p><p>　　2.2 主電路及其原理</p><p>　　主電路是由正組和反組并聯(lián)在電動(dòng)機(jī)上來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的可逆運(yùn)行，正組提供正向電壓，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；反組提供反向電壓，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　圖2.4 主電路</b></p><p>　　圖2.

13、5 工作原理圖</p><p><b>　?。?） 工作原理</b></p><p>　　其工作原理如下圖2.5所示。</p><p>　　a.第1象限，正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行，正組橋工作在整流狀態(tài)，α1<90°，EM<Ud（下標(biāo)1表示正組橋，下標(biāo)2表示反組橋）? </p><p>　　b.第2象

14、限，正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作發(fā)電運(yùn)行，反組橋工作在逆變狀態(tài)，β2<90°( α>90°)，EM>Ud。?</p><p>　　c.第3象限，反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行，反組橋工作在整流狀態(tài)，α2<90°，EM<Ud。</p><p>　　d.第4象限，反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作發(fā)電運(yùn)行，正組橋工作在逆變狀態(tài)， β3<90°( α3>

15、;90°) ， EM>Ud。</p><p>　　（2） 由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過程</p><p>　　從1組橋切換到2組橋工作，并要求2組橋在逆變狀態(tài)下工作，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入第2象限（之前運(yùn)行在第1象限）作正轉(zhuǎn)發(fā)電運(yùn)行，電磁轉(zhuǎn)矩變成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)軸上的機(jī)械能經(jīng)2組橋逆變?yōu)榻涣麟娔芑仞侂娋W(wǎng)。</p><p>　　改變2組橋的逆變角，使之由小變大直至=/2（n=

16、0），如繼續(xù)增大，即</2，2組橋?qū)⑥D(zhuǎn)入整流狀態(tài)下工作，電動(dòng)機(jī)開始反轉(zhuǎn)進(jìn)入第3象限的電動(dòng)運(yùn)行。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)，其過程則由第3象限經(jīng)第4象限最終運(yùn)行在第1象限上。 </p><p><b>　?。?） 控制方案</b></p><p>　　根據(jù)對環(huán)流的不同處理方法，反并聯(lián)可逆電路又可分為幾種不同的控制方案，如配合

17、控制有環(huán)流（即=工作制）、可控環(huán)流、邏輯控制無環(huán)流和錯(cuò)位控制無環(huán)流等。</p><p>　　對于=配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，對正、反兩組變流器同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖，并嚴(yán)格保證=的配合控制關(guān)系，兩組變流器的輸出電壓平均值相等，且極性相抵，之間沒有直流環(huán)流；但輸出電壓瞬時(shí)值不等，會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)環(huán)流，為防止環(huán)流只經(jīng)晶閘管流過而使電源短路，必須串入環(huán)流電抗器LC限制環(huán)流。</p><p>　

18、　工程上使用較廣泛的邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)不設(shè)置環(huán)流電抗器，控制原則是：兩組橋在任何時(shí)刻只有一組投入工作（另一組關(guān)斷），所以在兩組橋之間就不存在環(huán)流；變流器之間的切換過程是由邏輯單元控制的，故稱為邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)。 </p><p><b>　　2.2 參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　2.2.1 變壓器的計(jì)算</p><p>　　電動(dòng)

19、機(jī)負(fù)載的額定電流為305A，所以變壓器二次側(cè)額定電流為：</p><p>　　=0.816 =0.816 248.9A</p><p><b>　　變壓器的容量為：</b></p><p>　　S= =110248.9=27.4KVA </p><p><b>　　變壓器參數(shù)為：</b><

20、/p><p>　　三相變壓器，S=27.4KVA， = V, 248.9A，采用d,Y連接，所以其型號為: TDGC-50KVA.</p><p>　　2.2.2 晶閘管的元件選擇</p><p>　　在三相橋式全控整流電路中，整流輸出電壓的波形在一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)6次，且每次脈動(dòng)的波形相同，因此在計(jì)算其平均值時(shí)，只需對一個(gè)脈波（即1/6周期）進(jìn)行計(jì)算即可。</p

21、><p>　　于是可得到當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)的有效值：</p><p><b>　　當(dāng) 時(shí)，U </b></p><p><b>　　2.1</b></p><p><b>　　當(dāng) 時(shí)，U </b></p><p><b>　　2.2</b

22、></p><p>　　所以，當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，即U=UN=220V, 根據(jù)公式2.2、2.3可得觸發(fā)角應(yīng)為 。</p><p>　　晶閘管承受的最大正、反向電壓為</p><p><b>　　晶閘管的額定電壓為</b></p><p><b>　　晶閘管的額定電流為</b></p

23、><p>　　綜上所得，應(yīng)選擇晶閘管的型號為：KK800.</p><p><b>　　2.3保護(hù)電路</b></p><p>　　1 晶閘管的過壓保護(hù)</p><p>　　晶閘管的過壓能力比一般的電器元件差，當(dāng)它承受超過反向擊穿電壓時(shí)，也會(huì)被反向擊穿而損壞。如果正向電壓超過管子的正向轉(zhuǎn)折電壓，會(huì)造成晶閘管硬開通，不僅是電路

24、工作失常，并且多次硬開關(guān)也會(huì)損壞管子。因此必須抑制晶閘管可能出現(xiàn)的過電壓，這里我們采用阻容保護(hù)。</p><p><b>　　圖2.6容電</b></p><p>　　2 晶閘管的過流保護(hù)</p><p>　　電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過電流。過電流分為過載和短路兩種情況。圖2.6給出了常用的過流保護(hù)措施。</p&g

25、t;<p>　　圖2.7電力電子系統(tǒng)中常用的過流保護(hù)方案</p><p><b>　　3 主電路的保護(hù)</b></p><p>　　我們不可能從根本上消除生產(chǎn)過程過電壓的根源，只能設(shè)法將過電壓的幅值抑制到安全限度之內(nèi)，這是過電壓保護(hù)的基本思想。</p><p>　　抑制過電壓的方法不外乎三種：用非線性元件限制過電壓的幅度，用電阻

26、消耗生產(chǎn)過電壓的能量，用儲能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量。</p><p>　　對于非線性元件，不是額定電壓小，使用麻煩，就是不宜用于抑制頻繁出現(xiàn)過電壓的場合。所以我們選用儲能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量的保護(hù)。使用RC吸收電路，這種保護(hù)可以把變壓器繞組中釋放出來的電磁能量轉(zhuǎn)化為電容器的電場能量儲存起來，由于電容兩端電壓不能突變，所以能有效抑制過電壓，串聯(lián)電阻消耗部分產(chǎn)生過電壓的能量，并抑制LC回路的震動(dòng)。其結(jié)構(gòu)如下：&

27、lt;/p><p>　　圖2.8RC吸收電路</p><p><b>　　元器件清單</b></p><p>　　表3.1 整流器件清單</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的

28、，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨(dú)立思考解決問題，出現(xiàn)差錯(cuò)的隨機(jī)應(yīng)變，和與人合

29、作共同提高，都受益非淺，今后的制作應(yīng)該更輕松，自己也都能扛的起并高質(zhì)量的完成項(xiàng)目。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)［M］.第四版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.54-64</p><p>　　唐介.電機(jī)與拖動(dòng)［M］.第二版. 北京：高等教育出版社，2007.60-64</p&