電力電子課程設(shè)計---直流電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速單相可控直流電源設(shè)計

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　題目：直流電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速單相可控直流電源設(shè)計</p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　1．直流電動機(jī)參數(shù)：PN＝3KW，UN

2、＝220V，IN＝16A，nN＝1500r/min，Ra＝0.2Ω，勵磁：它勵，勵磁電壓220V，電流過載倍數(shù)λ＝1.5，使用單相可控整流電路，工作于電動狀態(tài)。</p><p>　　2.進(jìn)線交流電源：單相220V</p><p>　　3.性能指標(biāo)：直流輸出電壓0-220V，最大輸出電流24A，保證電流連續(xù)的最小電流為5A。</p><p>　　要求完成的主要任務(wù)：&

3、lt;/p><p>　　1. 單相全控橋式主電路設(shè)計（包括整流變壓器參數(shù)計算，整流元件定額的選擇）,討論晶閘管電路對電網(wǎng)及系統(tǒng)功率因數(shù)的影響。</p><p>　　2.觸發(fā)電路設(shè)計。觸發(fā)電路選型（可使用單結(jié)管觸發(fā)電路或集成觸發(fā)器），同步信號的定相等。</p><p>　　3.晶閘管的過電壓保護(hù)與過電流保護(hù)電路設(shè)計。</p><p>　　4.提供系

4、統(tǒng)電路圖紙不少于一張。 </p><p>　　課程設(shè)計說明書應(yīng)嚴(yán)格按統(tǒng)一格式打印，資料齊全，堅決杜絕抄襲，雷同現(xiàn)象。應(yīng)畫出單元電路圖和整體電路原理圖，給出系統(tǒng)參數(shù)計算過程，圖紙、元器件符號及文字符號符合國家標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>　　時間安排：</b></p><p>　　2011.1.14～2011.1.15 收集資料，確定設(shè)計方

5、案</p><p>　　2011.1.16～2011.1.17 系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　2011.1.18～2011.1.19 撰寫課程設(shè)計論文及答辯</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 </p><p><b>　　摘 要</b>&

6、lt;/p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,電氣工程與自動化技術(shù)正以令人矚目的發(fā)展速度，改變著我們的工業(yè)的整體面貌。同時，對社會的生產(chǎn)方式,人們的生活方式與思想觀念也嘗試了重大的影響，并且在現(xiàn)代化的建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。</p><p>　　在進(jìn)入21世紀(jì)后電力電子技術(shù)的應(yīng)用得到了更加廣泛的發(fā)展,對電力電子技術(shù)的研究更為重要起來。主電路是采用晶閘管可控整流裝置進(jìn)行調(diào)速;控制電路是采

7、用雙閉環(huán)速度電流調(diào)節(jié)方法進(jìn)行反饋。系統(tǒng)采用調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速方法可以獲得與電動機(jī)固有機(jī)械特性相互平行的人為機(jī)械特性，調(diào)速方向是基速以下，只要輸出的電壓是連續(xù)可調(diào)的，即可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的無級調(diào)速。雙閉環(huán)速度電流調(diào)節(jié)這種方法雖然初次頭次成本相對而言較高，但它保證了系統(tǒng)的性能，保證了對生產(chǎn)工藝要求的滿足，它既兼顧了啟動時的電流的動態(tài)過程，又保證穩(wěn)態(tài)后速度的穩(wěn)定性，在起動過程的主要階段，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不讓電

8、流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用很好地滿足了生產(chǎn)需要。本設(shè)計的重點(diǎn)也就是對ASR和ACR的設(shè)計。 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言··················

9、;····································

10、83;·············4</p><p>　　第一章 設(shè)計方案要求及分析·················

11、·····················5</p><p>　　1.1 設(shè)計要求··········&#

12、183;····································

13、··········5</p><p>　　1.2 設(shè)計分析·····················&#

14、183;···································5</

15、p><p>　　第二章 電動機(jī)系統(tǒng)································

16、················6</p><p>　　第三章 單相全控橋式整流電路單元電路模塊分析··········7</p><

17、;p>　　3.1 單相全控橋式整流電路·································

18、···········7</p><p>　　3.2 電路參數(shù)計算分析···················

19、3;·····························8</p><p>　　3.3 晶閘管觸發(fā)電路的設(shè)計·

20、····································

21、3;·····9</p><p>　　3.4晶閘管電路對電網(wǎng)的影響·························

22、················10</p><p>　　3.5 晶閘管過電壓保護(hù)電路的設(shè)計·············

23、3;·······················11</p><p>　　3.6晶閘管過電流保護(hù)電路的設(shè)計······

24、83;······························12</p><p>　　第四章 設(shè)計體會與小結(jié)

25、····································

26、3;······13</p><p>　　參考文獻(xiàn)·························

27、83;····································&

28、#183;14</p><p>　　附錄·······························&#

29、183;····································

30、·15</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　電力電子線路的基本形式之一，即交流—交流變換電路，它是將一種形式的交流電能變換成另一種形式交流電能電路。在進(jìn)行交流—交流變換時，可以改變交流電的電壓、電流、頻率或相位等。其中，只改變電壓、電流而而不改變交流頻率的電路成為交流交流電力控制電路，包括交流調(diào)壓電路，交流調(diào)功電路，交流電力電子開關(guān)

31、等；在改變電壓電流的同時，不需要該變其頻率的交流—交流變頻電路成為交交變頻電路，即直接把一種頻率的交流變頻變換成另一種頻率或可變的交流。</p><p>　　電力電子變流技術(shù)課程設(shè)計是對本門課程的總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)先修課程的基本知識去解決某一實(shí)際問題的基本訓(xùn)練，加深對該課程知識的理解。根據(jù)課堂講授內(nèi)容，學(xué)生做相應(yīng)的自主練習(xí)，消化課堂所講解的內(nèi)容。通過此次設(shè)計掌握單向橋式全控整流電路的

32、工作原理，了解調(diào)數(shù)原理，掌握過零檢測電路及控制電力等。通過本課程設(shè)計, 主要訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生的以下能力:查閱資料：搜集與本設(shè)計有關(guān)部門的資料的能力；方案的選擇：樹立既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性,又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性,并注意提高分析和解決實(shí)際問題的能力；迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計算的能力,計算機(jī)應(yīng)用能力；用簡潔的文字,清晰的圖表來表達(dá)自己設(shè)計思想的能力。</p><p>　　第一章 設(shè)計方案要求及分析</p>

33、<p><b>　　1.1 設(shè)計要求</b></p><p>　　直流電動機(jī)參數(shù)：PN＝3KW，UN＝220V，IN＝16A，nN＝1500r/min，Ra＝0.2Ω，勵磁：它勵，勵磁電壓220V，電流過載倍數(shù)λ＝1.5，使用單相可控整流電路，工作于電動狀態(tài)。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計分析</b></p>

34、<p>　　設(shè)計要求中提供的電動機(jī)為直流電動機(jī)，因此需要用到整流電路。整流電路是電力電子電路中經(jīng)常用的一種電路，它將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟＿@里要求設(shè)計的主電路為單相全控橋式晶閘管電路，接電動機(jī)負(fù)載。由于電動機(jī)是阻感負(fù)載，且工作時相當(dāng)于反電動勢負(fù)載，因此要分別予以分析考慮。晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。</p><p>　　在電力電子電路中，可能會

35、出現(xiàn)一些突發(fā)情況，比如電壓過大、電流過大、電壓電流變化速率過快等等，這些都會使晶閘管燒壞，導(dǎo)致整個電路不能正常工作，因此，需要額外的設(shè)計保護(hù)電路對晶閘管進(jìn)行過電壓過電流保護(hù)，從而保證電力電子電路正常工作。他勵直流電動機(jī)是由其他直流電源單獨(dú)供給勵磁電流的電動機(jī)，它將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。從整個系統(tǒng)來看，單相橋式全控整流電路將交流電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)變成直流電，直流電驅(qū)動直流電動機(jī)工作，但為了保護(hù)晶閘管正常工作，需要圍繞晶閘管設(shè)計觸發(fā)電路、過電

36、壓和過電流保護(hù)電路。</p><p>　　第二章 電動機(jī)系統(tǒng)</p><p>　　晶閘管可控整流裝置帶電動機(jī)負(fù)載組成的系統(tǒng)，習(xí)慣上稱為晶閘管直流電動機(jī)系統(tǒng)，是電力拖動系統(tǒng)中主要的一種，也是可控整流裝置的主要用途之一。這里用到的控制電路為單相橋式全控。</p><p><b>　　圖2-系統(tǒng)總體框圖</b></p><p&g

37、t;　　整流電路直流電壓的平衡方程為：</p><p>　　式中，為電路總的阻抗，它包括變壓器等效電阻、電樞電阻以及重疊角引起的阻抗。</p><p>　　第三章 單相全控橋式整流電路單元電路模塊分析</p><p>　　3.1單相全控橋式整流電路</p><p>　　在單相橋式全控整流電路中，晶閘管VT1和VT6組成一對橋臂，VT3和V

38、T4組成另一對橋臂。在U2正半周（即a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位）,若4個晶閘管均不導(dǎo)通，負(fù)載電流id為零，Ud也為零，VTI、VT6串聯(lián)承受電壓U2，設(shè)VT1和VT6的漏電阻相等，則各承受U2的一半。若在觸發(fā)角α處給VT1和VT6加觸發(fā)脈沖，VT1和VT6即導(dǎo)通，電流從電源a端經(jīng)VT1、R、VT6流回電源b端。當(dāng)U2過零時，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，VT1和VT6關(guān)斷。</p><p>　　在u2負(fù)半周，仍在觸發(fā)角α處

39、觸發(fā)VT3和VT4（VT3和VT4的α=0位于ωt=π處），VT3和VT4導(dǎo)通，電流從電源b端流出，經(jīng)VT4、R、VT3流回電源a端。到u2過零時，電流又降為零，VT3和VT4關(guān)斷。此后又是VT1和VT6導(dǎo)通，如此循環(huán)地工作下去，整流電壓ud和晶閘管VT1、VT6兩端電壓波形分別如圖3.1所示。晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為√2/2 U2和√2U2。</p><p>　　圖3.1單相橋式全控整流電路電阻

40、性負(fù)載</p><p>　　由于在交流電源的正負(fù)半周都有整流輸出電流流過負(fù)載，故該電路為全波整流。在U2一個周期內(nèi)，整流電壓波形脈動2次，脈動次數(shù)多于半波整流電路，該電路屬于雙脈波整流電路。變壓器二次繞組中，正負(fù)兩個半周電流方向相反且波形對稱，平均值為零，即直流分量為零，如圖3.2所示，不存在變壓器直流磁化問題，變壓器繞組的利用率也高。</p><p>　　3.2單相全控橋式整流帶阻感負(fù)載

41、時的工作波形</p><p>　　從圖中可看出，負(fù)載上的直流電壓輸出波形與單相半波時多了一倍，晶閘管的控制角可從0°～180°，導(dǎo)通角為。晶閘管承受的最大反向電壓為，而其承受的最大正向電壓為。</p><p>　　3.2電路參數(shù)計算分析</p><p>　　單相全控橋式整流電路帶電阻性負(fù)載電路參數(shù)的計算：</p><p>

42、　?、伲敵鲭妷浩骄档挠嬎愎剑?lt;/p><p>　　通常取晶閘管的（斷態(tài)重復(fù)峰值電壓）和（反復(fù)重復(fù)峰值電壓）中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。選用時，額定電壓要留有一定裕量，一般額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓的2~3倍，即：</p><p>　?、冢?fù)載電流平均值的計算公式：</p><p>　　晶閘管允許通過的額定電流有效值大于實(shí)際流過晶閘管電流最大

43、有效值，即：</p><p>　　其中，為通態(tài)平均電流</p><p>　　其中，為實(shí)際電流有效值。</p><p>　　③．輸出電壓的有效值的計算公式：</p><p><b>　　U301V</b></p><p>　?、埽?fù)載電流有效值的計算公式：</p><p>　

44、?、荩鬟^每只晶閘管的電流的平均值的計算公式：</p><p>　　⑥．流過每只晶閘管的電流的有效值的計算公式：</p><p>　?、撸чl管可能承受的最大電壓為：</p><p>　　3.3晶閘管觸發(fā)電路的設(shè)計</p><p>　　由于全控橋式整流電路帶電動機(jī)負(fù)載，而電動機(jī)負(fù)載中含有電阻和電感，由于電動機(jī)電樞電感較小，基本可以不予考慮，但

45、要保證電動機(jī)電流連續(xù)，則通常在電樞回路中串聯(lián)一個平波電抗器，平穩(wěn)負(fù)載電流的連續(xù)，保證整流電流在較大范圍內(nèi)連續(xù)。這相當(dāng)于在回路中串聯(lián)了一個大電感。因此設(shè)計觸發(fā)電路時需要考慮到這一點(diǎn)。</p><p>　　這里設(shè)計的觸發(fā)電路采用鋸齒波同步觸發(fā)電路，這種電路輸出為雙窄脈沖（也可輸出單窄脈沖），它適用于對觸發(fā)電路要求較高的晶閘管整流電路，比如全控橋式整流電路。觸發(fā)電路如圖3.3。</p><p>

46、<b>　　圖3.3觸發(fā)電路</b></p><p>　　3.4晶閘管電路對電網(wǎng)的影響</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置的應(yīng)用越來越廣泛，但電力電子裝置也有其不好的地方，比如其帶來的無功和諧波會對電網(wǎng)帶來很不利的影響。晶閘管作為一種電力電子裝置，也難免會對電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響，突出表現(xiàn)為以下幾個方面。</p><p>

47、;　　晶閘管電路中產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)的危害包括：</p><p>　?。?）諧波使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，甚至?xí)咕€路過熱而發(fā)生火災(zāi)。</p><p>　　（2）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作，例如使電機(jī)發(fā)生機(jī)械振動、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴(yán)重過熱等等。</p><p>　?。?）諧波會引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振，從而使諧波放大

48、，使危害大大加大，甚至引起嚴(yán)重事故。</p><p>　?。?）諧波會對鄰近通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。</p><p>　　（5）諧波還會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作，并使電器測量儀表計量不準(zhǔn)確。</p><p>　　晶閘管電路產(chǎn)生的無功功率對電網(wǎng)帶來的不利影響包括：</p><p&

49、gt;　?。?）無功功率會導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，導(dǎo)致設(shè)備容量增加。</p><p>　?。?）使線路的壓降增大，沖擊性無功負(fù)載還會使電壓劇烈波動。</p><p>　?。?）無功功率增加，會使總電流增加，從而使設(shè)備和線路的損耗增加。</p><p>　　3.5 晶閘管過電壓保護(hù)電路的設(shè)計</p><p>　　晶閘管電路中可能發(fā)生的過電壓

50、可分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因。內(nèi)因過電壓主要來自晶閘管內(nèi)部的開關(guān)過程。，包括換相過電壓和關(guān)斷過電壓。如圖3.5</p><p>　　圖3.5晶閘管過電壓保護(hù)電路</p><p>　　晶閘管電路過電壓保護(hù)主要防止內(nèi)因過電壓，一般情況下，外因過電壓出現(xiàn)的幾率比較小，這里主要分析內(nèi)因過電壓的電路設(shè)計。</p><p>

51、;　　3.6晶閘管過電流保護(hù)電路的設(shè)計</p><p>　　其中采用快速熔斷器、直流快速斷路器是較為常用的措施。一般電力電子裝置均同時采用幾種過電流保護(hù)措施，以提高保護(hù)的可靠性和合理性。通常，電子電路作為第一保護(hù)措施，快速熔斷器僅作為短路時的部分區(qū)段保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定在過載時動作。</p><p>　　圖3.6晶閘管過電流保護(hù)電路</

52、p><p>　　從圖3.6可以看出，晶閘管的過電流保護(hù)采用快速熔斷器進(jìn)行保護(hù)，因?yàn)榭焖偃蹟嗥魇请娏﹄娮友b置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護(hù)措施。如圖12 所示。快速熔斷器與晶閘管直接串聯(lián)。</p><p><b>　　設(shè)計體會與小結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計主要考察對單相橋式全控晶閘管—電動機(jī)系統(tǒng)的了解，并設(shè)計出符合要求的晶閘管—

53、電動機(jī)主電路，當(dāng)然還需要設(shè)計出一些輔助電路，比如晶閘管觸發(fā)電路，晶閘管過電壓、過電流保護(hù)電路等等。整個系統(tǒng)可以先分成幾個模塊，然后再根據(jù)總體設(shè)計要求將各個單元模塊電路組合，就可以設(shè)計出完整的單相橋式全控晶閘管—電動機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　設(shè)計過程可以看作一個信息梳理、信息處理、信息應(yīng)用的過程。首先，需要認(rèn)真思考設(shè)計要求，并認(rèn)真查閱資料、收集資料；其次，需要對收集好的資料進(jìn)行認(rèn)真審核，確定整體設(shè)計思路，進(jìn)而將

54、整體思路分成幾個小的模塊，分別予以分析討論，最終確定最佳設(shè)計方案；最后，將設(shè)計思路以書面形式描述出來，并完成設(shè)計報告。這個過程中，我遇到了很多難題，比如晶閘管觸發(fā)電路的選定、保護(hù)電路的選擇等等，但在我自己的努力和老師同學(xué)的幫助下，這些難題最終被克服，并順利完成了設(shè)計報告。</p><p>　　這次課程設(shè)計時間非常緊湊，因?yàn)閮蓚€課程設(shè)計撞到了一起，兩者都要顧及，因此很花費(fèi)時間和精力。雖然，時間緊湊，但這并不影響我完

55、成設(shè)計報告的質(zhì)量，這對于我自己來說是一個挑戰(zhàn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?］王兆安，黃俊.電力電子技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2007.</p><p>　?。?］李發(fā)海，王巖.電機(jī)與拖動基礎(chǔ).清華大學(xué)出版社.2005.</p><p>　?。?］高玉奎.電力電子實(shí)用電路100例.中

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