电力电子

课程设计说明书

题目直流电机开环调速系统设计

（院）系电气信息学院

专业自动化班级 0802 学号 200801020232 学生姓名叶琴

指导老师姓名赵葵银刘星平

完成日期 2011年 6月13日至 2011年6月24日

湖南工程学院

课程设计任务书课程名称：电力电子技术

题目：直流电机开环调速系统设计（晶闸管整流）

专业班级：自动化0802

学生姓名：叶琴学号：200801020232 指导老师：刘星平赵葵银

审批：李晓秀

任务书下达日期2011 年6月13 日

设计完成日期2011 年6月24 日

目录

第1章概述 (1)

第2章总体方案确定 (2)

2.1 总体方案设计 (2)

2.2 系统原理框图 (3)

第3章主电路设计 (4)

3.1 主电路设计思路 (4)

3.2 主电路图 (5)

3.3 各单元电路设计 (5)

3.4 主电路元件计算及选型 (7)

第4章控制电路设计 (8)

4.1 控制电路设计思路 (8)

4.2 控制电路图 (8)

4.3 各单元电路设计 (9)

第5章硬件调试 (11)

第6章总结 (12)

参考文献 (13)

第1章概述

电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术，电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，因此，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的，一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的，晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件，对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式，简称相控方式。晶闸管是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器SCR，以前被简称为可控硅。整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。整流电路的应用十分广泛，例如直流电动机、电镀、电解电源等。三相桥式全控整流电路是目前应用最广泛的一种整流电路，电路有6个晶闸管，分为共阳极组和共阴极组，习惯上晶闸管是从1到6的顺序导通，每个时刻均需两个晶闸管同时导通，六个晶闸管的脉冲相位依次差60度，整流输出电压一周期脉动六次，每次脉动的波形一样，故称为六脉波整流电路。

直流电机控制系统开环调速系统电路分为主电路和控制电路两大部分，主电路包括整流电路及保护电路，控制电路包括触发电路、驱动电路及检测与故障保护电路等。利用触发电路调节晶闸管整流电路中触发延迟角α的大小来调整直流电机两端的直流电压大小，进而改变电机的转速。

第2章总体方案确定

2.1 总体方案设计

直流电机调速系统由两大部分组成，主电路和控制电路，主电路主要环节：整流电路及保护电路，控制电路主要环节：触发电路、驱动电路、检测与故障保护电路。直流电动机可以有三种调速方法，电枢电路串电阻调速、弱磁调速和降低电枢电压调速。该课程设计要求是单向无极调速，即单方向转速是连续可调的，故只能采用减压调速的方法进行设计。直流电动机的工作电压不能大于额定电压，因此只能向小与额定电压的方向改变，降压调速需要有专用的可调直流电源，所以采用三相桥式全控整流电路将电网电压转换为大小可变的直流电压，供给电动机工作。晶闸管串联一般存在电压分配不均的问题，可以用RC并联支路作动态均压，电力电子电路中需要采用合适的过电压、过电流保护电路，采用RC电路进行过电压保护，利用快速熔断器进行过电流保护，交流变换为直流之后难免存在电压小幅度波动问题，设计利用大电容滤波稳压。控制电路利用集成触发器作触发电路，只需要3片KJ004和1片KJ041芯片即可形成六路双脉冲。驱动电路提供控制电路与主电路之间的电气隔离，这里采用光隔离，一般采用光耦合器。

2.2 系统原理框图

如图2.1所示：

图2.1 系统框图

第3章主电路设计

3.1 主电路设计思路

主电路主要是对电动机电枢和励磁绕组进行正常供电及短路保护。采用晶闸管可控整流电路给直流电动机供电，通过移相触发，改变直流电动机电枢电压，实现直流电动机的速度调节。触发电路采用集成触发电路，脉冲送给六个晶闸管。电网送电给主电路之前应进行一系列保护措施，三相输入端串快速熔断器FUSE防止过载电流突变或短路造成的危害，利用RC电路或压敏电阻进行外因过电压和内因过电压保护。目前整流电路的应用十分广泛，最为广泛的是三相桥式全控整流电路，电路利用六个晶闸管和足够大电感将三相交流电转换为直流电供给发动机使用的，它可以通过调节触发电路的控制电压来确定触发角的大小，进而改变直流侧电压和电流大小。整流电路在接入电网时变压器一次侧电压是380v，一般大于负载的额定电压，采用降压变压器，为得到零线，变压器二次侧必须接成y形，而一次侧采用三角形连接以避免三次谐波流入电网对电源产生干扰。

3.2 主电路图

图3.1 主电路原理图

3.3 各单元电路设计

3.3.1 过压保护电路

电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。由分闸、合闸等开关操作一起的过电压和由雷击引起的过电压叫做外因过电压。内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，包括换相过电压和关断过电压，由于晶闸管或者与全控型器件反并联的续流二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断能力，因而有较大的反向电流流过，使残存的载流子恢复，而当恢复了阻断能力时，反向电流急剧减小，这样的电流突变会因线路电感而在晶闸管阴阳极之间或与续流二极管反并联的全控型器件两端产生或电压叫做换相过电压。全控型器件在较高频率下工作，当器件关断时，因正向电流的迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压叫做关断过电压。具体的图形如图3.2所示：