自動化專業(yè)課程設計 直流電動機調壓調速單相可控直流電源設計

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　學生姓名： 專業(yè)班級： </p><p>　　指導教師： 工作單位： </p><p>　　題目：直流電動機調壓調速單相可控直流電源設計&l

2、t;/p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　1．直流電動機參數(shù)：PN＝3KW，UN＝220V，IN＝16A，nN＝1500r/min，Ra＝0.2Ω，勵磁：它勵，勵磁電壓220V，電流過載倍數(shù)λ＝1.5，使用單相可控整流電路，工作于電動狀態(tài)。</p><p>　　2.進線交流電源：單相220V</p><

3、;p>　　3.性能指標：直流輸出電壓0-220V，最大輸出電流24A，保證電流連續(xù)的最小電流為5A。</p><p>　　要求完成的主要任務：</p><p>　　1. 單相全控橋式主電路設計（包括整流變壓器參數(shù)計算，整流元件定額的選擇）,討論晶閘管電路對電網(wǎng)及系統(tǒng)功率因數(shù)的影響。</p><p>　　2.觸發(fā)電路設計。觸發(fā)電路選型（可使用單結管觸發(fā)電路或集成

4、觸發(fā)器），同步信號的定相等。</p><p>　　3.晶閘管的過電壓保護與過電流保護電路設計。</p><p>　　4.提供系統(tǒng)電路圖紙不少于一張。 </p><p>　　課程設計說明書應嚴格按統(tǒng)一格式打印，資料齊全，堅決杜絕抄襲，雷同現(xiàn)象。應畫出單元電路圖和整體電路原理圖，給出系統(tǒng)參數(shù)計算過程，圖紙、元器件符號及文字符號符合國家標準。</p><

5、;p><b>　　時間安排：</b></p><p>　　2011.1.14～2011.1.15 收集資料，確定設計方案</p><p>　　2011.1.16～2011.1.17 系統(tǒng)設計</p><p>　　2011.1.18～2011.1.19 撰寫課程設計論文及答辯</p><p>　　指導教師

6、簽名： 年 月 日 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科學技術的不斷進步,電氣工程與自動化技術正以令人矚目的發(fā)展速度，改變著我們的工業(yè)的整體面貌。同時，對社會的生產方式,人們的生活方式與思想觀念也嘗試了重大的影響，并且在現(xiàn)代化的建設中發(fā)揮著越來越重要的作用。</p&

7、gt;<p>　　在進入21世紀后電力電子技術的應用得到了更加廣泛的發(fā)展,對電力電子技術的研究更為重要起來。主電路是采用晶閘管可控整流裝置進行調速;控制電路是采用雙閉環(huán)速度電流調節(jié)方法進行反饋。系統(tǒng)采用調壓調速的調速方法可以獲得與電動機固有機械特性相互平行的人為機械特性，調速方向是基速以下，只要輸出的電壓是連續(xù)可調的，即可實現(xiàn)電動機的無級調速。雙閉環(huán)速度電流調節(jié)這種方法雖然初次頭次成本相對而言較高，但它保證了系統(tǒng)的性能，保

8、證了對生產工藝要求的滿足，它既兼顧了啟動時的電流的動態(tài)過程，又保證穩(wěn)態(tài)后速度的穩(wěn)定性，在起動過程的主要階段，只有電流負反饋，沒有轉速負反饋。達到穩(wěn)態(tài)后，只要轉速負反饋，不讓電流負反饋發(fā)揮主要作用很好地滿足了生產需要。本設計的重點也就是對ASR和ACR的設計。 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言···&#

9、183;····································

10、····························4</p><p>　　第一章 設計方案要求及分析··

11、83;···································5</p

12、><p>　　1.1 設計要求································

13、83;························5</p><p>　　1.2 設計分析·······

14、;····································

15、83;·············5</p><p>　　第二章 電動機系統(tǒng)·················

16、83;······························6</p><p>　　第三章 單相全控橋式整

17、流電路單元電路模塊分析··········7</p><p>　　3.1 單相全控橋式整流電路··················

18、83;·························7</p><p>　　3.2 電路參數(shù)計算分析·····&

19、#183;····································

20、;·······8</p><p>　　3.3 晶閘管觸發(fā)電路的設計·······················&

21、#183;···················9</p><p>　　3.4晶閘管電路對電網(wǎng)的影響··········

22、83;······························10</p><p>　　3.5 晶閘管過電壓保護

23、電路的設計····································

24、;·11</p><p>　　3.6晶閘管過電流保護電路的設計····························

25、3;········12</p><p>　　第四章 設計體會與小結······················&

26、#183;····················13</p><p>　　參考文獻···········

27、····································

28、3;···············14</p><p>　　附錄·················

29、;····································

30、83;···············15</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　電力電子線路的基本形式之一，即交流—交流變換電路，它是將一種形式的交流電能變換成另一種形式交流電能電路。在進行交流—

31、交流變換時，可以改變交流電的電壓、電流、頻率或相位等。其中，只改變電壓、電流而而不改變交流頻率的電路成為交流交流電力控制電路，包括交流調壓電路，交流調功電路，交流電力電子開關等；在改變電壓電流的同時，不需要該變其頻率的交流—交流變頻電路成為交交變頻電路，即直接把一種頻率的交流變頻變換成另一種頻率或可變的交流。</p><p>　　電力電子變流技術課程設計是對本門課程的總結性教學環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生綜合運用本門課程及有

32、關先修課程的基本知識去解決某一實際問題的基本訓練，加深對該課程知識的理解。根據(jù)課堂講授內容，學生做相應的自主練習，消化課堂所講解的內容。通過此次設計掌握單向橋式全控整流電路的工作原理，了解調數(shù)原理，掌握過零檢測電路及控制電力等。通過本課程設計, 主要訓練和培養(yǎng)學生的以下能力:查閱資料：搜集與本設計有關部門的資料的能力；方案的選擇：樹立既考慮技術上的先進性與可行性,又考慮經濟上的合理性,并注意提高分析和解決實際問題的能力；迅速準確的進行工

33、程計算的能力,計算機應用能力；用簡潔的文字,清晰的圖表來表達自己設計思想的能力。</p><p>　　第一章 設計方案要求及分析</p><p><b>　　1.1 設計要求</b></p><p>　　直流電動機參數(shù)：PN＝3KW，UN＝220V，IN＝16A，nN＝1500r/min，Ra＝0.2Ω，勵磁：它勵，勵磁電壓220V，電流過載倍

34、數(shù)λ＝1.5，使用單相可控整流電路，工作于電動狀態(tài)。</p><p><b>　　1.2 設計分析</b></p><p>　　設計要求中提供的電動機為直流電動機，因此需要用到整流電路。整流電路是電力電子電路中經常用的一種電路，它將交流電轉變?yōu)橹绷麟?。這里要求設計的主電路為單相全控橋式晶閘管電路，接電動機負載。由于電動機是阻感負載，且工作時相當于反電動勢負載，因此要分

35、別予以分析考慮。晶閘管觸發(fā)電路的作用是產生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉為導通。</p><p>　　在電力電子電路中，可能會出現(xiàn)一些突發(fā)情況，比如電壓過大、電流過大、電壓電流變化速率過快等等，這些都會使晶閘管燒壞，導致整個電路不能正常工作，因此，需要額外的設計保護電路對晶閘管進行過電壓過電流保護，從而保證電力電子電路正常工作。他勵直流電動機是由其他直流電源單獨供給勵磁電流的電動機，它將直

36、流電能轉變?yōu)闄C械能。從整個系統(tǒng)來看，單相橋式全控整流電路將交流電網(wǎng)中的交流電轉變成直流電，直流電驅動直流電動機工作，但為了保護晶閘管正常工作，需要圍繞晶閘管設計觸發(fā)電路、過電壓和過電流保護電路。</p><p>　　第二章 電動機系統(tǒng)</p><p>　　晶閘管可控整流裝置帶電動機負載組成的系統(tǒng)，習慣上稱為晶閘管直流電動機系統(tǒng)，是電力拖動系統(tǒng)中主要的一種，也是可控整流裝置的主要用途之一。

37、這里用到的控制電路為單相橋式全控。</p><p><b>　　圖2-系統(tǒng)總體框圖</b></p><p>　　整流電路直流電壓的平衡方程為：</p><p>　　式中，為電路總的阻抗，它包括變壓器等效電阻、電樞電阻以及重疊角引起的阻抗。</p><p>　　第三章 單相全控橋式整流電路單元電路模塊分析</p&

38、gt;<p>　　3.1單相全控橋式整流電路</p><p>　　在單相橋式全控整流電路中，晶閘管VT1和VT6組成一對橋臂，VT3和VT4組成另一對橋臂。在U2正半周（即a點電位高于b點電位）,若4個晶閘管均不導通，負載電流id為零，Ud也為零，VTI、VT6串聯(lián)承受電壓U2，設VT1和VT6的漏電阻相等，則各承受U2的一半。若在觸發(fā)角α處給VT1和VT6加觸發(fā)脈沖，VT1和VT6即導通，電流從電

39、源a端經VT1、R、VT6流回電源b端。當U2過零時，流經晶閘管的電流也降到零，VT1和VT6關斷。</p><p>　　在u2負半周，仍在觸發(fā)角α處觸發(fā)VT3和VT4（VT3和VT4的α=0位于ωt=π處），VT3和VT4導通，電流從電源b端流出，經VT4、R、VT3流回電源a端。到u2過零時，電流又降為零，VT3和VT4關斷。此后又是VT1和VT6導通，如此循環(huán)地工作下去，整流電壓ud和晶閘管VT1、VT6兩

40、端電壓波形分別如圖3.1所示。晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為√2/2 U2和√2U2。</p><p>　　圖3.1單相橋式全控整流電路電阻性負載</p><p>　　由于在交流電源的正負半周都有整流輸出電流流過負載，故該電路為全波整流。在U2一個周期內，整流電壓波形脈動2次，脈動次數(shù)多于半波整流電路，該電路屬于雙脈波整流電路。變壓器二次繞組中，正負兩個半周電流方向相反且波形對稱

41、，平均值為零，即直流分量為零，如圖3.2所示，不存在變壓器直流磁化問題，變壓器繞組的利用率也高。</p><p>　　3.2單相全控橋式整流帶阻感負載時的工作波形</p><p>　　從圖中可看出，負載上的直流電壓輸出波形與單相半波時多了一倍，晶閘管的控制角可從0°～180°，導通角為。晶閘管承受的最大反向電壓為，而其承受的最大正向電壓為。</p><

42、;p>　　3.2電路參數(shù)計算分析</p><p>　　單相全控橋式整流電路帶電阻性負載電路參數(shù)的計算：</p><p>　?、伲敵鲭妷浩骄档挠嬎愎剑?lt;/p><p>　　通常取晶閘管的（斷態(tài)重復峰值電壓）和（反復重復峰值電壓）中較小的標值作為該器件的額定電壓。選用時，額定電壓要留有一定裕量，一般額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓的2~3倍，即：&l

43、t;/p><p>　?、冢撦d電流平均值的計算公式：</p><p>　　晶閘管允許通過的額定電流有效值大于實際流過晶閘管電流最大有效值，即：</p><p>　　其中，為通態(tài)平均電流</p><p>　　其中，為實際電流有效值。</p><p>　?、郏敵鲭妷旱挠行е档挠嬎愎剑?lt;/p><p>

44、;<b>　　U301V</b></p><p>　?、埽撦d電流有效值的計算公式：</p><p>　?、荩鬟^每只晶閘管的電流的平均值的計算公式：</p><p>　?、蓿鬟^每只晶閘管的電流的有效值的計算公式：</p><p>　?、撸чl管可能承受的最大電壓為：</p><p>　　3.3

45、晶閘管觸發(fā)電路的設計</p><p>　　由于全控橋式整流電路帶電動機負載，而電動機負載中含有電阻和電感，由于電動機電樞電感較小，基本可以不予考慮，但要保證電動機電流連續(xù)，則通常在電樞回路中串聯(lián)一個平波電抗器，平穩(wěn)負載電流的連續(xù)，保證整流電流在較大范圍內連續(xù)。這相當于在回路中串聯(lián)了一個大電感。因此設計觸發(fā)電路時需要考慮到這一點。</p><p>　　這里設計的觸發(fā)電路采用鋸齒波同步觸發(fā)電路

46、，這種電路輸出為雙窄脈沖（也可輸出單窄脈沖），它適用于對觸發(fā)電路要求較高的晶閘管整流電路，比如全控橋式整流電路。觸發(fā)電路如圖3.3。</p><p><b>　　圖3.3觸發(fā)電路</b></p><p>　　3.4晶閘管電路對電網(wǎng)的影響</p><p>　　隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置的應用越來越廣泛，但電力電子裝置也有其不好的

47、地方，比如其帶來的無功和諧波會對電網(wǎng)帶來很不利的影響。晶閘管作為一種電力電子裝置，也難免會對電網(wǎng)產生不利影響，突出表現(xiàn)為以下幾個方面。</p><p>　　晶閘管電路中產生的諧波對電網(wǎng)的危害包括：</p><p>　　（1）諧波使電網(wǎng)中的元件產生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設備的效率，甚至會使線路過熱而發(fā)生火災。</p><p>　?。?）諧波影響各種電氣設

48、備的正常工作，例如使電機發(fā)生機械振動、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴重過熱等等。</p><p>　?。?）諧波會引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振，從而使諧波放大，使危害大大加大，甚至引起嚴重事故。</p><p>　?。?）諧波會對鄰近通信系統(tǒng)產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量，重者導致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。</p><p>　?。?）諧波還會導致繼電保護和自動

49、裝置的誤動作，并使電器測量儀表計量不準確。</p><p>　　晶閘管電路產生的無功功率對電網(wǎng)帶來的不利影響包括：</p><p>　?。?）無功功率會導致電流增大和視在功率增加，導致設備容量增加。</p><p>　?。?）使線路的壓降增大，沖擊性無功負載還會使電壓劇烈波動。</p><p>　?。?）無功功率增加，會使總電流增加，從而使設

50、備和線路的損耗增加。</p><p>　　3.5 晶閘管過電壓保護電路的設計</p><p>　　晶閘管電路中可能發(fā)生的過電壓可分為外因過電壓和內因過電壓兩類。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因。內因過電壓主要來自晶閘管內部的開關過程。，包括換相過電壓和關斷過電壓。如圖3.5</p><p>　　圖3.5晶閘管過電壓保護電路</p>&

51、lt;p>　　晶閘管電路過電壓保護主要防止內因過電壓，一般情況下，外因過電壓出現(xiàn)的幾率比較小，這里主要分析內因過電壓的電路設計。</p><p>　　3.6晶閘管過電流保護電路的設計</p><p>　　其中采用快速熔斷器、直流快速斷路器是較為常用的措施。一般電力電子裝置均同時采用幾種過電流保護措施，以提高保護的可靠性和合理性。通常，電子電路作為第一保護措施，快速熔斷器僅作為短路時的

52、部分區(qū)段保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定在過載時動作。</p><p>　　圖3.6晶閘管過電流保護電路</p><p>　　從圖3.6可以看出，晶閘管的過電流保護采用快速熔斷器進行保護，因為快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應用最廣的一種過電流保護措施。如圖12 所示。快速熔斷器與晶閘管直接串聯(lián)。</p><p><b&g

53、t;　　設計體會與小結</b></p><p>　　本次課程設計主要考察對單相橋式全控晶閘管—電動機系統(tǒng)的了解，并設計出符合要求的晶閘管—電動機主電路，當然還需要設計出一些輔助電路，比如晶閘管觸發(fā)電路，晶閘管過電壓、過電流保護電路等等。整個系統(tǒng)可以先分成幾個模塊，然后再根據(jù)總體設計要求將各個單元模塊電路組合，就可以設計出完整的單相橋式全控晶閘管—電動機系統(tǒng)。</p><p>　

54、　設計過程可以看作一個信息梳理、信息處理、信息應用的過程。首先，需要認真思考設計要求，并認真查閱資料、收集資料；其次，需要對收集好的資料進行認真審核，確定整體設計思路，進而將整體思路分成幾個小的模塊，分別予以分析討論，最終確定最佳設計方案；最后，將設計思路以書面形式描述出來，并完成設計報告。這個過程中，我遇到了很多難題，比如晶閘管觸發(fā)電路的選定、保護電路的選擇等等，但在我自己的努力和老師同學的幫助下，這些難題最終被克服，并順利完成了設計

55、報告。</p><p>　　這次課程設計時間非常緊湊，因為兩個課程設計撞到了一起，兩者都要顧及，因此很花費時間和精力。雖然，時間緊湊，但這并不影響我完成設計報告的質量，這對于我自己來說是一個挑戰(zhàn)。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　［1］王兆安，黃俊.電力電子技術.機械工業(yè)出版社.2007.</p>

56、<p>　?。?］李發(fā)海，王巖.電機與拖動基礎.清華大學出版社.2005.</p><p>　?。?］高玉奎.電力電子實用電路100例.中國電力出版社.2008.</p><p>　?。?］栗書賢，石玉.晶閘管變流技術題例及電路分析.機械工業(yè)出版社.1991.</p><p>　?。?］黃俊，王兆安.電力電子變流技術.機械工業(yè)出版社.1993.</