基于單相全控橋式整流電路的有環(huán)流可逆直流拖動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(共16頁)

1、摘要(zhiyo)本次(bn c)課程設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用(ynyng)單相全控橋式晶閘管整流電路來控制直流電動(dòng)機(jī)的可你運(yùn)行的研究。通過對(duì)整流電路主電路的設(shè)計(jì)，用兩組晶閘管反并聯(lián)的V-M系統(tǒng)來控制直流電動(dòng)機(jī)。本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用電力電子技術(shù)中單相全控橋式整流電路的知識(shí)來設(shè)計(jì)。主電路中包括電路參數(shù)的計(jì)算，器件的選型；觸發(fā)電路中包括器件選擇，參數(shù)設(shè)計(jì)；保護(hù)電路包括過電壓保護(hù)，過電流保護(hù)，電壓上升率抑制，電流上升率抑制。關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗嗳卣麟娐?直流電動(dòng)機(jī) 晶閘管目錄(ml) TOC o 1-3 f h z u HYPERLINK l _Toc376695425 引言(ynyn) PAGEREF _Toc376

2、695425 h 1 HYPERLINK l _Toc376695426 第一章 主電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc376695426 h 2 HYPERLINK l _Toc376695427 1.1 主電路(dinl)的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc376695427 h 2 HYPERLINK l _Toc376695428 1.2 主電路的工作原理 PAGEREF _Toc376695428 h 2 HYPERLINK l _Toc376695429 1.3 整流電路參數(shù)的計(jì)算 PAGEREF _Toc376695429 h 3 HYPERLINK l _Toc376695430 第

3、二章 晶閘管元器件的選擇 PAGEREF _Toc376695430 h 4 HYPERLINK l _Toc376695431 2.1 晶閘管額定電壓的確定 PAGEREF _Toc376695431 h 4 HYPERLINK l _Toc376695432 2.2 晶閘管額定電流的確定 PAGEREF _Toc376695432 h 4 HYPERLINK l _Toc376695433 2.3 晶閘管的型號(hào)確定 PAGEREF _Toc376695433 h 4 HYPERLINK l _Toc376695434 第三章 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc376695434 h

4、6 HYPERLINK l _Toc376695435 3.1 觸發(fā)電路的簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc376695435 h 6 HYPERLINK l _Toc376695436 3.2 對(duì)觸發(fā)電路的要求 PAGEREF _Toc376695436 h 6 HYPERLINK l _Toc376695437 3.3 集成觸發(fā)電路TCA785 PAGEREF _Toc376695437 h 6 HYPERLINK l _Toc376695438 第四章 保護(hù)電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc376695438 h 8 HYPERLINK l _Toc376695439 4.1 過電壓保護(hù)

5、PAGEREF _Toc376695439 h 8 HYPERLINK l _Toc376695440 4.1.1 交流側(cè)過電壓保護(hù)可采用阻容保護(hù)或壓敏電阻保護(hù) PAGEREF _Toc376695440 h 8 HYPERLINK l _Toc376695441 4.1.2 直流側(cè)過電壓保護(hù) PAGEREF _Toc376695441 h 9 HYPERLINK l _Toc376695442 4.1.3 晶閘管兩端的過電壓保護(hù) PAGEREF _Toc376695442 h 9 HYPERLINK l _Toc376695443 4.2 過電流(dinli)保護(hù) PAGEREF _Toc3

6、76695443 h 9 HYPERLINK l _Toc376695444 4.3 電壓(diny)上升率du/dt的抑制(yzh) PAGEREF _Toc376695444 h 10 HYPERLINK l _Toc376695445 4.4 電流上升率di/dt的抑制 PAGEREF _Toc376695445 h 10 HYPERLINK l _Toc376695446 結(jié)論 PAGEREF _Toc376695446 h 11 HYPERLINK l _Toc376695447 心得體會(huì) PAGEREF _Toc376695447 h 12 HYPERLINK l _Toc3766

7、95448 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc376695448 h 13祝杰：基于單相全控橋式整流電路的有環(huán)流可逆直流拖動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) PAGE 12 PAGE 16引言(ynyn)整流電路按組成的器件不同(b tn)，可分為不可控、半控與全控三種，利用晶閘管半導(dǎo)體器件構(gòu)成的主要有半控和全控整流電路；按電路接線方式可分為橋式和零式整流電路；按交流輸入相數(shù)又可分為單相、多相（主要是三相）整流電路。正是因?yàn)檎麟娐酚兄绱藦V泛的應(yīng)用，因此整流電路的研究無論在是從經(jīng)濟(jì)角度，還是從科學(xué)研究角度上來講都是很有價(jià)值的。單相全控橋式整流電路具有輸出電流脈動(dòng)小，功率因數(shù)高，變壓器二次電

8、流為兩個(gè)等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn)。單相全控橋式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍，在相同的負(fù)載下流(xili)過晶閘管的平均電流減小一半，且功率因數(shù)提高了一半。因此在本次可逆有環(huán)流拖動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用單相全控橋式整流電路。第一章 主電路設(shè)計(jì)1.1 主電路(dinl)的結(jié)構(gòu)如圖1-1所示為可逆有環(huán)流拖動(dòng)系統(tǒng)的主電路(dinl)線路。圖1-1 可逆有環(huán)流拖動(dòng)系統(tǒng)(xtng)的主電路1.2 主電路的工作原理改變電樞兩端的電壓能使電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向。盡管電樞反接需要較大容量的晶閘管裝置，但是它反向過程快，由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕枰赡孢\(yùn)行時(shí)經(jīng)常采用兩組晶閘管可控整流裝

9、置反并聯(lián)的可逆線路，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，由正組晶閘管裝置VF供電；反轉(zhuǎn)時(shí)，由反組晶閘管裝置VR供電。如圖1所示兩組晶閘管分別由兩套觸發(fā)裝置控制，可以做到互不干擾，都能靈活地控制電動(dòng)機(jī)的可逆運(yùn)行，所以本設(shè)計(jì)采用兩組晶閘管反并聯(lián)的方式。并且采用三相橋式整流。雖然兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)解決了電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的問題，但是兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流，一般地說，這樣的環(huán)流對(duì)負(fù)載無益，只會(huì)加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率。環(huán)流太大時(shí)會(huì)導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除。為了防止產(chǎn)生直流平均環(huán)流，應(yīng)該在正組處于整流狀態(tài)、為正時(shí)，強(qiáng)

10、迫讓反組處于逆變狀態(tài)、使為負(fù)，且幅值與相等，使逆變電壓把整流電壓頂住，則直流平均環(huán)流為零。于是又由于其中(qzhng)，分別為VF和VR的控制角。由于兩組晶閘管裝置(zhungzh)相同，兩組的最大輸出電壓是一樣的，因此(ync)，當(dāng)直流平均環(huán)流為零時(shí)，應(yīng)有如果反組的控制角用逆變角表示，則按照這樣控制就可以消除環(huán)流。1.3 整流電路參數(shù)的計(jì)算在整流電路的參數(shù)計(jì)算過程中直流電動(dòng)機(jī)和平波電抗器的串聯(lián)可以看作是整流電路帶阻感負(fù)載的形式。假設(shè)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)如下：直流電動(dòng)機(jī)：PN=3KW,UN=220V,IN=17.5A,nN=1500r/min,Ra=1.25，電樞回路總電阻 ：R=2.85平波電抗

11、器的阻抗值：。1.在阻感負(fù)載下電流連續(xù)，整流輸出電壓的平均值為由設(shè)計(jì)任務(wù)有電感，電阻R=1.25，則輸出電壓平均值的最大值可由下式可求得。可見，當(dāng)在范圍內(nèi)變化時(shí)，整流器輸出電壓可在范圍內(nèi)取值。2.整流輸出電壓有效值為3.整流輸出電流平均值為：第二章 晶閘管元器件的選擇(xunz)2.1 晶閘管額定( dng)電壓的確定晶閘管在導(dǎo)通時(shí)管壓降=0,故其波形(b xn)為與橫軸重合的直線段；VT1和VT2加正向電壓但觸發(fā)脈沖沒到時(shí)，VT3、VT4已導(dǎo)通，把整個(gè)電壓加到VT1或VT2上，則每個(gè)元件承受的最大可能的正向電壓等于；VT1和VT2反向截止時(shí)漏電流為零，只要另一組晶閘管導(dǎo)通，也就把整個(gè)電壓加到

12、VT1或VT2上，故兩個(gè)晶閘管承受的最大反向電壓也為。UN為23倍的最大反向電壓2.2 晶閘管額定電流的確定在一個(gè)周期內(nèi)每組晶閘管各導(dǎo)通180，兩組輪流導(dǎo)通，整流變壓器二次電流是正、負(fù)對(duì)稱的方波，電流的平均值和有效值相等，其波形系數(shù)為1。流過每個(gè)晶閘管的電流平均值與有效值分別為：2.3 晶閘管的型號(hào)確定由以上分析計(jì)算知選取晶閘管的型號(hào)KP20-8。3、KP20-8晶閘管的具體參數(shù)額定通態(tài)平均電流（）：20A;斷態(tài)重復(fù)峰值電壓（）:500V;反向重復(fù)峰值電壓（）:1800V;斷態(tài)重復(fù)平均電流（）:8mA;反向重復(fù)平均電流（）:8mA;門極觸發(fā)(chf)電流（）:60mA;門極觸發(fā)(chf)電壓（

13、）:1.8V;斷態(tài)電壓(diny)臨界上升率（du/dt）:50V/uS維持電流（）：100mA;額定結(jié)溫（）：125第三章 驅(qū)動(dòng)電路(dinl)的設(shè)計(jì)3.1 觸發(fā)(chf)電路的簡(jiǎn)介電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子的重要環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)裝置的性能有很大的影響。采用良好的性能的驅(qū)動(dòng)電路。可以使電力電子器件工作在比較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，對(duì)裝置的運(yùn)行(ynxng)效率，可靠性和安全性都有很大的意義。對(duì)于相控電路這樣使用晶閘管的場(chǎng)合，在晶閘管陽極加上正向電壓后，還必須在門極與陰極之間加上觸發(fā)電壓，晶閘管才能從截止轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通，習(xí)慣上稱為觸發(fā)控制。提供這個(gè)觸發(fā)

14、電壓的電路稱為晶閘管的觸發(fā)電路。它決定每一個(gè)晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)刻，是晶閘管裝置中不可缺少的一個(gè)重要組成部分。晶閘管相控整流電路，通過控制觸發(fā)角的大小即控制觸發(fā)脈沖起始位來控制輸出電壓的大小，為保證相控電路的正常工作，很重要的一點(diǎn)是應(yīng)保證觸發(fā)角的大小在正確的時(shí)刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。3.2 對(duì)觸發(fā)電路的要求晶閘管的型號(hào)很多，其應(yīng)用電路種類也很多，不同的晶閘管型號(hào)，應(yīng)用電路對(duì)觸發(fā)信號(hào)都會(huì)有不同的要求。但是，歸納起來，晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)，過零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。不管是哪種觸發(fā)電路，對(duì)它產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖都有如下要求：1、觸發(fā)信號(hào)可為直流、交流或脈沖電壓。2、觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的功率

15、（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流）。 3、觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后，陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導(dǎo)通。 4、觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。3.3 集成觸發(fā)電路TCA785TCA785芯片介紹TCA785是德國(guó)西門子(Siemens)公司于1988年前后開發(fā)的第三代晶閘管單片移相觸發(fā)集成電路，它是取代TCA780及TCA780D的更新?lián)Q代產(chǎn)品，其引腳排列與TCA780、TCA780D和國(guó)產(chǎn)的KJ785完全相同，因此可以互換。目前，它在國(guó)內(nèi)變流行業(yè)中已廣泛應(yīng)用。與原有的KJ系列或KC系列晶閘管移相觸發(fā)電路相比，它對(duì)零點(diǎn)的識(shí)別更

16、加可靠，輸出脈沖的齊整度更好，而移相范圍更寬，且由于它輸出脈沖的寬度可人為自由調(diào)節(jié)，所以適用范圍較廣。1、引腳排列、各引腳的功能及用法TCA785是雙列直插式16引腳大規(guī)模集成電路。它的引腳排列如圖3-1所示。圖3-1 TCA785的引腳排列(pili)各引腳的名稱(mngchng)、功能及用法如下：引腳16(VS)：電源(dinyun)端。引腳1(OS)：接地端。引腳4(Q1)和2(Q2)：輸出脈沖1與2的非端引腳14(Q1)和15(Q2)：輸出脈沖1和2端。 引腳13(L)：非輸出脈沖寬度控制端。 引腳12(C12)：輸出Q1、Q2脈寬控制端。引腳11(V11)：輸出脈沖Q1、Q2或Q1、

17、Q2移相控制直流電壓輸入端。引腳10(C10)：外接鋸齒波電容連接端。引腳9(R9)：鋸齒波電阻連接端。引腳8(VREF)：TCA785自身輸出的高穩(wěn)定基準(zhǔn)電壓端。引腳7(QZ)和3(QV)：TCA785輸出的兩個(gè)邏輯脈沖信號(hào)端。引腳6(I)：脈沖信號(hào)禁止端。引腳5(VSYNC)：同步電壓輸入端。2、基本設(shè)計(jì)特點(diǎn)TCA785的基本設(shè)計(jì)特點(diǎn)有：能可靠地對(duì)同步交流電源的過零點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，因而可方便地用作過零觸發(fā)而構(gòu)成零點(diǎn)開關(guān)；它具有寬的應(yīng)用范圍，可用來觸發(fā)普通晶閘管、快速晶閘管、雙向晶閘管及作為功率晶體管的控制脈沖，故可用于由這些電力電子器件組成的單管斬波、單相半波、半控橋、全控橋或三相半控、全控整

18、流電路及單相或三相逆變系統(tǒng)或其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路的變流系統(tǒng)；它的輸入、輸出與CMOS及TTL電平兼容，具有較寬的應(yīng)用電壓范圍和較大的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，每路可直接輸出250mA的驅(qū)動(dòng)電流；其電路結(jié)構(gòu)決定了自身鋸齒波電壓的范圍較寬，對(duì)環(huán)境溫度的適應(yīng)性較強(qiáng)，可應(yīng)用于較寬的環(huán)境溫度范圍(-25+85C)和工作電源電壓范圍(-0.5+18V)。3、極限參數(shù)電源電壓：+818V或49V；移相電壓范圍：0.2VVS-2V;輸出脈沖最大寬度：180；最高工作頻率：10500Hz；高電平脈沖負(fù)載電流：400mA；低電平允許最大灌電流：250mA；輸出脈沖高、低電平幅值分別為VS和0.3V；同步電壓隨限流電阻不同可為任意

19、值；最高工作頻率：10500Hz；工作溫度范圍：軍品 -55+125，工業(yè)品 -25+85，民品 0+70。第四章 保護(hù)(boh)電路的設(shè)計(jì)相對(duì)于電機(jī)和繼電器，接觸器等控制器而言，電力(dinl)電子器件承受過電流和過電壓的能力較差，短時(shí)間的過電流和過電壓就會(huì)把器件損壞。但又不能完全根據(jù)裝置運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的暫時(shí)過電流和過電壓的數(shù)值來確定器件參數(shù)，必須充分發(fā)揮器件應(yīng)有的過載能力。因此，保護(hù)就成為提高電力電子裝置運(yùn)行可靠性必不可少的重要環(huán)節(jié)。4.1 過電壓保護(hù)(boh)以過電壓保護(hù)的部位來分，有交流側(cè)過壓保護(hù)、直流側(cè)過電壓保護(hù)和器件兩端的過電壓保護(hù)三種。4.1.1 交流側(cè)過電壓保護(hù)可采用阻容保護(hù)或

20、壓敏電阻保護(hù)在這里我們采用阻容保護(hù)（即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻R和電容C進(jìn)行保護(hù)）如圖4-1所示。 圖4-1交流側(cè)的阻容保護(hù)單相阻容保護(hù)的計(jì)算公式如下：S：變壓器每相平均計(jì)算容量（VA）；：變壓器副邊相電壓有效值（V）；%：變壓器激磁電流百分值；%：變壓器的短路(dunl)電壓百分值。當(dāng)變壓器的容量(rngling)在（10000）KVA里面(lmin)取值時(shí)%=(410)在里面取值，%=(510）里面取值。電容C的單位為F，電阻的單位為。電容C的交流耐壓1.5U。U：正常工作時(shí)阻容兩端交流電壓有效值。根據(jù)公式算得電容值為4.8F,交流耐壓為165V，電阻值為12.86，在設(shè)計(jì)中我們?nèi)‰娙轂?F

21、，電阻值為13。4.1.2 直流側(cè)過電壓保護(hù)直流側(cè)保護(hù)可采用與交流側(cè)保護(hù)相同保護(hù)相同的方法，可采用阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù)。但采用阻容保護(hù)易影響系統(tǒng)的快速性，并且會(huì)造成加大。因此，一般不采用阻容保護(hù)，而只用壓敏電阻作過電壓保護(hù)。(1.82)=(1.82.2)198=356.4435.6V選MY31-440/5型壓敏電阻(允許偏差+10)作直流側(cè)過壓保護(hù)。4.1.3 晶閘管兩端的過電壓保護(hù) 抑制晶閘管關(guān)斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路方法，可查下面的經(jīng)驗(yàn)值表確定阻容參數(shù)值。表4-1阻容保護(hù)的數(shù)值(一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定)晶閘管額定電流/A1020501002005001000電容/F0.10

22、.150.20.250.512電阻/1008040201052由于=20A,由上表可知選取C=0.15F，R=80。4.2 過電流保護(hù)快速熔斷器的斷流時(shí)間短，保護(hù)性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護(hù)措施?？焖偃蹟嗥骺梢园惭b在直流側(cè)、交流側(cè)和直接與晶閘管串聯(lián)。 接阻感負(fù)載的單相全控橋電路，通過晶閘管的有效值：選取RLS-11快速熔斷器，熔體額定電流11A。4.3 電壓(diny)上升率du/dt的抑制加在晶閘管上的正向(zhn xin)電壓上升率du/dt也應(yīng)有所限制(xinzh),如果du/dt過大，由于晶閘管結(jié)電容的存在而產(chǎn)生較大的位移電流，該電流可以實(shí)際上起到觸發(fā)電流的作用，使晶閘管正向阻斷能力下降，嚴(yán)重時(shí)引起晶閘管誤導(dǎo)通。為抑制du/dt的作用，可以在晶閘管兩端并聯(lián)R-C阻容吸收回路。如圖4-2所示。圖4-2 電壓上升率du/dt的抑制4.4 電流上升率di/dt的抑制晶閘管初開通時(shí)電流集中在靠近門極的陰極表面較小的區(qū)域，局部電流密很大，然后以0.1mm/s的擴(kuò)展速度將電流擴(kuò)展到整個(gè)陰極面，若晶閘管開通時(shí)電流上升率di/dt過大，會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)擊穿，必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范圍內(nèi)。其有效辦法是在晶閘管的陽極回路串聯(lián)入電感。如圖4-3所示 。圖4-3電流上升率di/dt的抑制結(jié)論(jiln)此課程設(shè)計(jì)通過單相(d