(完整版)晶闸管可控整流技术直流电机调速系统设计

目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 直流电动机调压调速可控整流电源设计简介 (1)1.3 课题设计要求 (1)1.4 课题主要内容 (2)2 主电路设计 (3)2.1 总体设计思路 (3)2.2 系统结构框图 (3)2.3 系统工作原理 (4)2.4 对触发脉冲的要求 (5)3 主电路元件选择 (6)3.1 晶闸管的选型 (6)4 整流变压器额定参数计算 (8)4.1 二次相电压U2 (8)4.2 一次与二次额定电流及容量计算 (9)5 触发电路的设计 (11)6 保护电路的设计 (14)6.1 过电压的产生及过电压保护 (14)6.2 过电流保护 (14)7 缓冲电路的设计 (16)8 总结 (19)1 绪论1.1 课题背景当今,自动化控制系统已在各行各业得到广泛的应用和发展,而自动调速控制系统的应用在现代化生产中起着尤为重要的作用,直流调速系统是自动控制系统的主要形式。

由可控硅整流装置供给可调电压的直流调速系统(简称KZ—D系统)和旋转变流机组及其它静止变流装置相比，不仅在经济性和可靠性上有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。

可控硅虽然有许多优点，但是它承受过电压和过电流的能力较差，很短时间的过电压和过电流就会把器件损坏。

为了使器件能够可靠地长期运行，必须针对过电压和过电流发生的原因采用恰当的保护措施。

为此，在变压器二次侧并联电阻和电容构成交流侧过电压保护；在直流负载侧并联电阻和电容构成直流侧过电压保护；在可控硅两端并联电阻和电容构成可控硅关断过电压保护；并把快速熔断器直接与可控硅串联，对可控硅起过流保护作用。

随着电力电子器件的大力发展，该方面的用途越来越广泛。

由于电力电子装置的电能变换效率高，完成相同的工作任务可以比传统方法节约电能10%～40%，因此它是一项节能技术，整流技术就是其中很重要的一个环节。

1.2 直流电动机调压调速可控整流电源设计简介该系统以可控硅三相桥式全控整流电路构成系统的主电路，采用同步信号为锯齿波的触发电路，本触发电路分成三个基本环节：同步电压形成、移相控制、脉冲形成和输出。

此外，还有双窄脉冲形成环节。

同时考虑了保护电路和缓冲电路，通过参数计算对晶闸管进行了选型。

1.3 课题设计要求1、输入交流电源：2、三相140V f=50Hz3、直流输出电压：50~150V5、直流输出电流额定值50A6、直流输出电流连续的最小值为5A7.给出整体设计框图，画出系统的完整的原理图(用protel99软件绘制)；8.说明所选器件的型号，参数。

9.给出具体电路画出电路原理图；1.4 课题主要内容（1）整流电路的选择（2）整流变压器额定参数的计算（3）晶闸管电流、电压额定的选择（4）平波电抗器电感值的计算（5）保护电路的设计（6）触发电路的设计（7）画出完整的主电路原理图和控制电路原理图（8）列出主电路所用元器件的明细表2 主电路设计2.1 总体设计思路本次设计的系统以可控硅三相桥式全控整流电路构成系统的主电路，根据三相桥式全控整流电路对触发电路的要求，采用同步信号为锯齿波的触发电路，设计时采用恒流源充电，输出为双窄脉冲，脉冲宽度在8°左右。

本触发电路分成三个基本环节：同步电压形成、移相控制、脉冲形成和输出。

此外，还有双窄脉冲形成环节。

同时考虑了保护电路和缓冲电路，通过参数计算对晶闸管进行了选型。

三相可控整流电路的控制量可以很大，输出电压脉动较小，易滤波，控制滞后时间短。

，由于三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次侧电流中含有直流分量，为此在应用中较少。

而采用三相桥式全控整流电路，可以有效的避免直流磁化作用。

根据已知要求，额定电流为50A，额定电压为150V，可求的功率P=50*150=7.5KW，一般整流装置容量大于4KW，选用三相整流较为合适。

2.2 系统结构框图三相全控桥式整流电路如图2-1所示。

图2-1系统结构框图2.3 系统工作原理其工作原理详细分析如下：在t1~t2ωω间，U 相电压最高，共阴极组的VT1管被触发导通，电流由U 相经VT1流向负载，又经VT6流入V 相，整流变压器U 、V 两相工作，所以三相全控桥输出电压Ud 为：Ud=Ud1-Ud2=Uu-Uv=Uuv经过60º进入t2~t3ωω区间,U 相电压仍然最高,VT1继续导通,W 相电压最低,在VT2管承受的2交点时刻被解发导通,VT2管的导通使VT6承受uwv 的反压关断。

这区间负载电流仍然从电源U 相流出经VT1、负载、VT2回到电源W 相，于是这区间三相全控桥整流输出电压Ud 为：Ud=Uu-Uw=Uuw经过60º，进入t3~t4ωω区间，这时V 相电压最高，在VT3管00α=的3交点处被触发导通。

VT1由于VT3和导通而承受Uuv的反压而关断，W相的VT2继续导通。

负载电流从V相流W相，于是这区间三相全控输出电压Ud为：Ud=Uv-Uw=Uvw其他区间，依此类推，电路中6只晶闸管导通的顺序及输出电压很容易得出。

由上述可知，三相全控桥输出电压Ud是由三相电压6个线电压Uuv、Uuw、uvw、Uvu、Uwu和Uwv的轮流输出组成的。

各线电压正半波的交点1~6分别为VT1~VT6的α=0º点。

因此分析三相全控整流电路不同Ud波形时，只要用线电压波形图直接分析画波形即可。

2.4 对触发脉冲的要求三相全控桥整流电路在任何时刻都必须有两只晶闸管同时导通，而且其中一只是在共阴极组，另外一只在共阳极组。

为了保证电路能起动工作，或在电流断续后再次导通工作，必须对两组中应导通的两只晶闸管同时加触发脉冲，为此可采用以下两种触发方式：（1）采用单脉冲触发：如使每一个触发脉冲的宽度大于60º而小于120º，这样在相隔60º要触发换相时，当后一个触发脉冲出现时刻，前一个脉冲还未消失，因此均能同时触发该导通的两只晶闸管（2）采用双窄脉冲触发：如触发电路送出的是窄的矩形脉冲，在送出某一晶闸管的同时向前一相晶闸管补发一个脉冲，因此均能同时触发该导通的两只晶闸管。

3 主电路元件选择3.1 晶闸管的选型该电路为大电感负载，电流波形可看作连续且平直的。

Ud=150V 时，不计控制角余量按 =0º计算：由Ud=2 .34U2得 U2=2.34Ud =64.1V 取80V te U =（2~3）t U=（2~3）=（2~3） =392~588 V取Ute 为700V 当Id=100A 时，流过每个晶闸管的电流有效值为：It =1/3Id =1/350A=29A 晶闸管额定电流 ()It AV =1.57It =291.57=18.5A 取Kf=1.73,考虑2倍裕量：()It AV 取50A,当Id=5A 时It =1/3Id =1/35A=2.85A ()It AV =1.57It = 1.8A 考虑2倍裕量：()It AV 取5A按要求表明应取α=0º来选择晶闸管。

即()It AV =5A所以晶闸管型号为KP50—14 整流变压器额定参数计算在很多情况下晶闸管整流装置所要求的交流供电电压与电网往往不能一致，同时又为了减少电网与整流装置的相互干扰，使整流主电路与电网隔离，为此需要配置整流变压器。

整流变压器根据主电路的型式、负载额定电压和额定电流，算出整流变压器二次相电压U2、一次与二次额定电流以及容量。

由于整流变压器二次与一次电流都不是正弦波，因而存在着一定的谐波电流，引起漏抗增大，外特性变软以及损耗增大，所以在设计或选用整流变压器时，应考虑这些因素。

4.1 二次相电压U2平时我们在计算U2是在理想条件下进行的，但实际上许多影响是不可忽略的。

如电网电压波动、管子本身的压降以及整流变压器等效内阻造成的压降等。

所以设计时U2应按下式计算： U2=(cos 2/2)Udn n Ut A CUdlI I n βα+∆- 式中:Udl ——负载的额定电压；——整流元件的正向导通压降，一般取1V ；n ——电流回路所经过的整流元件（VT 及VD ）的个数（如桥式2n =，半波电路1n =）；A ——理想情况下=0º时U 与U2的比值，查表可知； β——电网电压波动系数，一般取0.9；α——最少移相角，在自动控制系统中总希望U2值留有调节余量，对于可逆直流调速系统取30º~35º，不可逆直流调速系统取10º~15º； C ——线路接线方式系数，查表三相桥式C 取0.5V ；Udl---变压器阻抗电压比，100KV *A 以及取Udl=0.05，100KV *A 以上取Udl=0.05~0.1；I2/I2n ——二次侧允许的最大电流与额定电流之比。

对于一般三相桥式可控整流电路供电的直流调速系统，U2计算也可以采用以下经验公式：不可逆调速系统： U2=（0.53~0.58）Udn可逆调速系统： U2=（0.58~0.64）Udn式中U2——整流变压器二次相电压有效值；Udn ——直流电动机额定电压。

对于一般的中小容量整流调压装置，其U2值也可以用以下公式估算：U2=（1.15~1.2）Udn A 所以根据以知的参数及查表得： U2=()cos 2/2Udn n Ut A CUdlI I n βα+∆-=82.48V 4.2 一次与二次额定电流及容量计算如果不计变压器的励磁电流，根据变压器磁动势平衡原理可得一次和二次电流关系式为：K=1122N U N U = 式中N1,N2——变压器一次和二次绕组的匝数；K ——变压器的匝数比。

由于整流变压器流过的电流通常都是非正弦波，所以其电流、容量计算与线路型式有关。

三相桥式可控整流电路计算如下：大电感负载时变压器二次电流的有效值为23Id =0.816Id = 0.816*50A=40.5A由一次侧和二次侧电压得：111402282.5N U N U ==1122I N I N =故1I =23.86A 变压器二次侧容量为32*23*120*1829.2*U I V A KV A == 变压器的安全性能----主要有变压器的阻燃性能和绝缘性能 阻燃性能有所选原材料决定绝缘性能：e 型变压器的绝缘是由骨架的结构决定的 c 型变压器的绝缘石油组间绝缘层的结构决定的 e 型变压器：工字形骨架的绝缘一般 计算方法：VAB --结构容量 p2 --输出功率 u1 --初级电压 u2 --次级电压 升压式 VAB=p2（1-u1/u2） 将压比 VAB=p2（1-u2/u1）五触发电路的设计晶闸管最重要的特性是可控的正向导通特性.当晶闸管的阳极加上正向电压后,还必须在门极与阴极之间加上一个具有一定功率的正向触发电压才能打通, 这一正向触发电压的导通是由触发电路提供的,根据具体情况这个电压可以是交流、直流或脉冲电压。