(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=50Hz

3、直流输出电压：50~150V

5、直流输出电流额定值50A

6、直流输出电流连续的最小值为5A

7.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0

0α=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。