畢業(yè)設(shè)計(論文)-基于相控整流的直流電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計

PAGE1目 錄1.引言12.直流電機參數(shù)及設(shè)計基本要求22.1直流電機參數(shù)22.2設(shè)計要求23.整流電路的設(shè)計24.主電路設(shè)計及參數(shù)計算34.1主電路設(shè)計34.2參數(shù)計算45. 保護電路的設(shè)計55.1過電壓保護55.2過電流保護65.3關(guān)斷緩沖保護76.觸發(fā)電路設(shè)計77. 整體電路的設(shè)計98. 課程設(shè)計總結(jié)10參考文獻10基于相控流的直電機調(diào)系統(tǒng)的引言當(dāng)今自動化控制系統(tǒng)已在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，整流電路廣泛應(yīng)用于工業(yè)生活中。電力電子器件的發(fā)展是電力電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是電力電子技術(shù)發(fā)展的動力，電力電子技術(shù)的每一次飛躍都是以新器件的出現(xiàn)為契機。電力電子器件的發(fā)展方向主要體現(xiàn)在以下六個方面大容量化高頻化易驅(qū)動降低導(dǎo)通壓降；模塊化；功率集成化。直流電機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到應(yīng)用。晶閘管問世后，生產(chǎn)出成套的晶閘管蒸餾裝置，組成晶閘管電動機調(diào)速系統(tǒng)，和旋轉(zhuǎn)變流機組及離子拖動變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟性和可靠性上都有很大的提高，而且在技術(shù)性能上夜顯示出較大的優(yōu)越性。隨著電力電子器件的大力發(fā)展，該方面的用途越來越廣泛。由于電力電子裝置的電能變換效率高，完成相同的工作任務(wù)可以比傳統(tǒng)方法節(jié)約電能%～40%，因此它是一項節(jié)能技術(shù)，整流技術(shù)就是其中很重要的一個環(huán)節(jié)。1基于相控流的直電機調(diào)系統(tǒng)的1.直流電參數(shù)設(shè)計本要求1.1直流電機參數(shù)）N）UN）IN）nN）l

22V17.5A1500r/in1.21.2設(shè)計要求利用相控整流技術(shù)，構(gòu)成電機直流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計該系統(tǒng)的原理圖，并計算晶閘管的額定電壓和額定電流。輸入交流電源：三相38V

10%，f

50Hz直流輸出電壓：~0V2整流路的直流電動機由單獨的可調(diào)整流裝置供電晶閘管相控整流電路有單相三相，全控，半空等，調(diào)速系統(tǒng)一般采用三相橋式全控整流電路，不宜用三相半波的原因是其變壓器二次電流中含有直流分量。本設(shè)計中直流電動機采用三相橋式全控整流電路作為直流電動機的可調(diào)直流電源。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)延遲角a的大小老控制輸出電壓Ud的大小，從而改變電動機M的電源電壓。三相橋式全控整流電路如圖所示：圖1三相式全控流電路理圖2基于相控流的直電機調(diào)系統(tǒng)的三相橋式全控整流電路的特點是：每個時刻均需2個晶閘管同時導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的賄賂，其中一個晶閘管是共陰極組的，一個是共陽極組的，且不能為同一相的晶閘管。對觸發(fā)脈沖也有一定的要求，6個晶閘管的脈沖按1

V2

3

4

V5

6的順序相位依次差60共陰極組的1

V3

5的脈沖依次差120，共陽極組4臂脈沖相差180。

6

V2也依次差120，同一相的上下兩個橋圖2三相式全控流電路感性負(fù)時a

30的波形3主電設(shè)計參數(shù)3.1主電路設(shè)計系統(tǒng)主電路采用三相橋式全控整流電路，系統(tǒng)主電路如圖3所示：3基于相控流的直電機調(diào)系統(tǒng)的圖3系統(tǒng)電路在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻和電容構(gòu)成交流瞬態(tài)過電壓保護及濾波，晶閘并聯(lián)電阻和電容構(gòu)成關(guān)斷緩沖，快速熔斷器直接與晶閘管串聯(lián)，對晶閘管起短路過電流保護作用。綜合整流3.2參數(shù)計算1次級電壓U2的計算，影響U2值的因素有：）U2值的大小首先要保證滿足負(fù)載所需求的最大直流值Ud）晶閘管并非是理想的可控開關(guān)元件，導(dǎo)通時有一定的管壓降Ut）變壓器漏抗的存在會產(chǎn)生換相壓降）平波電抗器有一定的直流電阻，當(dāng)電流經(jīng)過該電阻時就要產(chǎn)生一定的電壓降）電樞電阻的壓降當(dāng)整流電路采用三相橋式全控整流時，且整流變壓器采用Y型聯(lián)結(jié)，一般情況下U2與Un有以下關(guān)系（根據(jù)經(jīng)驗公式）：U2

09510UN

09510 220 209 22VU2 12067127.0V取U2 12V2次級電流I2及變壓器容量的計算I2 12

Id，2為各種接線形式時變壓器次級電流有效值和負(fù)載電流平均值之比。2取.，且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗，故I2 0816175 14.28AS 1/21 S2

U11

U2I2

312714.28 5444基于相控流的直電機調(diào)系統(tǒng)的3.2晶閘管參數(shù)的計算）晶閘管額定電壓U通常選取晶閘管的URM和URM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓但是在選用時要留有一定裕量，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所能承受的峰值電壓的3倍。應(yīng)為采用三相全控橋所以UM

U2，晶閘管的額定電壓為：U取U

2 3 U290V。

2 3 6127 62217 9332V）晶閘管額定電流I按電流的有效值來計算電流額定值。ITAV

15 2

KfbIx，Kfb

Kf/157b由整流電路形式而定Kf為波形系數(shù)Kb為共陰極或共陽極電路的支路數(shù)當(dāng)a 0時三相全控電路Kfb

0367ITAV

15 2

KfbIax

1.5 2 0.367 175111.561541A，取I4.1過電壓保護）直流側(cè)過電壓保護

15A4保護路的當(dāng)直流側(cè)快速開關(guān)斷開或橋臂快熔熔斷時會產(chǎn)生過電壓，用壓敏電阻一直過電壓或用單相S。我們采用壓敏電阻。具體電路如圖：圖4直流過電壓護）交流側(cè)過電壓保護交流側(cè)過電壓保護電路如：5基于相控流的直電機調(diào)系統(tǒng)的圖5交流過電壓護電路在變壓器次級并聯(lián)C電路以吸收變壓器鐵心的磁場釋放的能量并把它轉(zhuǎn)換為電容器的電場能而存儲起來，串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過程中可以消耗一部分能量并且抑制LC賄賂可能產(chǎn)生的震蕩。4.2過電流保護對于頻繁操作的電動機，通常用電磁式過流繼電器座短路保護。）根據(jù)電流種類，選擇繼電器形式。）繼電器而定電流大于或等于電動機的而定電流。）繼電器動作電流的整定值Ifd值。

1.11

Ig，式中Ig為電動機起動電流的最大常用的短路過電流保護器件為快速熔斷器。選擇快熔時應(yīng)考慮：）電壓等級根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓確定。）電流容值按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定。）快熔的值應(yīng)小于被保護器件的允許值）為保證熔體在正常過載情況下不熔斷，應(yīng)考慮器時間電流特性。此次設(shè)計采用快熔作為短路過電流保護裝置，如圖：6基于相控流的直電機調(diào)系統(tǒng)的圖6過電保護電路4.3關(guān)斷緩沖電路

圖7關(guān)斷沖電路關(guān)斷緩沖電路即晶閘管換相保護電路。，C值根據(jù)工程手冊選取。.發(fā)路設(shè)計向晶閘管整流電路供電的交流側(cè)電源通常來自電網(wǎng)，電網(wǎng)電壓的頻率不是固定不變的，而是會在允許的范圍內(nèi)有一定的波動。觸發(fā)電路除了應(yīng)當(dāng)保證工作頻率與主電路交流電壓的頻率一致外，還應(yīng)保證每個晶閘管的觸發(fā)脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系，這就是觸發(fā)電路的定相。為保證觸發(fā)電路和主電路頻率一致，利用一個同步變壓器，將其一側(cè)接入為主電路供電的電網(wǎng)，由其二次側(cè)提供同步電壓信號，這樣，由同步電壓決定的觸發(fā)脈沖頻率與主電路晶閘管電壓頻率始終是一致的。接下來的問題是觸發(fā)電路的定向，即選擇同步電壓信號的相位，以保證觸發(fā)脈沖相位正確。觸發(fā)脈沖的定相由多方面的因素確定，主要包括相控電路的主電路結(jié)構(gòu)、觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)等。7基于相控流的直電機調(diào)系統(tǒng)的表1三相式全控晶閘管同步電壓晶閘管123456主你路電壓UcUaUcUb同步電壓UUUUUscU同步變壓器和整流變壓器的解法如圖8所示：圖8同步壓器和流變壓的接法只需3個KJ004集成塊和1個KJ041集成塊，即可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進行脈沖放大，即構(gòu)成完整的三相全控橋觸發(fā)電路，如圖9所示：8基于相控流的直電機調(diào)系統(tǒng)的15V

ua u5V

6857463524130291

6857463524130291

68574635241302911234512345678910111213141516至1 至2至3至4至5 至圖9三相控橋整電路的成觸發(fā)說明初次接觸PROTEL軟件對其某些方面的了解不夠?qū)е伦龀龅碾娐穲D不是很完美，比如芯片的選擇，沒有在PROTEL庫中找到相應(yīng)的軟件，盡情諒解。上面三塊集成片為KJ004下面一塊集成片為KJ041具體的電路圖請看打包的文件。.體路設(shè)計主電路觸發(fā)控制電路保護電路再加上一個檢測電路便得到整體電路。檢測電路即為測主電路中負(fù)載兩端的電壓（電機兩端的電壓），因為通過這個電壓，通過這個電壓來反映電機的轉(zhuǎn)速，從而達到直流電機的轉(zhuǎn)速可調(diào)。9基于相控流的直電機調(diào)系統(tǒng)的觸發(fā)控制電路電機 主電路 檢測電路保護電路圖10整體.程計通過設(shè)計一個晶閘管翔空直流調(diào)速系統(tǒng)，讓我對電力電子裝置及這門課程所講述的知識內(nèi)容有了更深刻的理解。再設(shè)計過程中，查閱了大量的子來哦，不僅有關(guān)于電力電子技術(shù)方面的餓，也有關(guān)于電力拖動方面，通過此次設(shè)計，讓我深刻了解到各門課程之間的聯(lián)系，以及工程設(shè)計與理論計算之間餓差別，也借由這次機會回顧了電力電子技術(shù)這門課程的知識。增強了自己搜索有用知識的能力，從網(wǎng)上找到自己需要的資料后，并不是照搬網(wǎng)上所有的，而是根據(jù)所得資料學(xué)會了如何分析問題，發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，將網(wǎng)上資料真正轉(zhuǎn)化為自己的知識。總之，這個課題具有很強的實用性，它除了在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在我們?nèi)粘Ｉ钪幸矡o所不在，電力電子技術(shù)以發(fā)展成為一種應(yīng)用極其廣泛的技術(shù)。該課題屬于電力電子方面，隨著電力電子器件的不斷向大容量化、高頻化、易驅(qū)動、降低導(dǎo)通壓降、模塊化、功率集成化的發(fā)展，它的應(yīng)用將更為廣泛，同時，它集各優(yōu)點于一身將在電力電子電路中表現(xiàn)出非凡的性能。在此，我要特別感謝蘇老師在此期間對我的耐心指導(dǎo)，教育及對我的栽培，同時引導(dǎo)我把書本上學(xué)到的理論知識靈活的運用到實踐中去，圓滿完成工程實訓(xùn)的內(nèi)容。參文獻[1]蘇玉剛陳渝光.電力