課程設計---卷紙機不可逆調速系統(tǒng)的可控直流電源設計

1、<p><b>　　一：設計目的</b></p><p>　　本課程設計是電氣工程及其自動化專業(yè)重要的實踐教學環(huán)節(jié)之一。本課程設計的任務是培養(yǎng)學生綜合運用《電力電子學》、《模擬電子技術》和《電機學》所學知識分析、解決工程或科研實際問題的能力。其目的是鞏固學生所學知識的同時，提高學生的專業(yè)素質，這對于工科學生貫徹工程思想起到十分重要的作用。</p><p>　

2、　二：設計的任務及要求</p><p>　　卷紙機不可逆調速系統(tǒng)的可控直流電源設計 </p><p><b>　　A 原始數據：</b></p><p>　　P=7.5kW，Ued=220V，Ied=40.8A，n=1480r/min，Ra=0.25Ω，LM=14mH，λ=1.5。</p><p>　　B 設計

3、內容及要求：</p><p>　　a) 設計整流電路主電路。</p><p>　　b) 設計變壓器參數：U1，I1，U2，I2。</p><p>　　要求考慮最小控制角αmin、電網電壓波動、晶閘管管壓降和變壓器漏抗等因素計算變壓器二次相電壓值，附主要計算步驟。</p><p>　　c) 整流元件參數的計算及選擇：依據參數計算，正確選擇器件型

4、號，并附主要參數。</p><p>　　d) 觸發(fā)電路設計及主要參數的計算，同步電壓的選擇。</p><p>　　e) 設計保護電路：正確選擇電壓、過流保護電路，簡要說明選擇依據，計算保護元件參數并選擇保護元件型號。</p><p>　　三：具體的計算和選擇過程 </p><p>　　〈一〉.主電路的選擇</p><p&g

5、t;　　根據實驗要求的原始數據，電機的功率，屬于較大功率的電機，同時此電機為直流電機，電流的脈動比較小的整流系統(tǒng)，單相整流的最大值為，達不到電機的額定電壓，所以選擇三相橋式整流電路，通過三相橋式全控整流電路的得到的表達式為，較大，使，而，這樣的調節(jié)范圍太窄，而的調節(jié)范圍越寬，精度越高，應加整流變壓器。</p><p>　　設計主電路圖如圖所示</p><p>　　<二>.整流變

6、壓器的設計及計算</p><p>　　1) 變壓器二次側相電壓有效值的計算</p><p>　　在不考慮最小控制角，電網電壓波動，晶閘管管壓降和變壓器漏感等因素的理想情況時，直流端輸出電壓為：</p><p><b>　　()</b></p><p><b>　　所以</b></p>

7、<p>　　2) 然而，考慮最小控制角αmin、電網電壓波動、晶閘管管壓降和變壓器漏抗等因素時，的表達式應改為：</p><p>　　——系數，==0.4274</p><p>　　——電網波動系數，一般取=1.12</p><p>　　——與最小導通角有關的系數=為了在額定負載下仍</p><p>　　然能進行電壓調節(jié)，不能按控制

8、角=進行計算，一般規(guī)定不可逆＝，此主電路中取。</p><p>　　——為考慮其他因素影響的安全系數，取1．1—1．2，當橋臂上串聯的元件數較多時，可取大數值，由于主電路的橋臂上串聯的元件較少，故取=1.1。</p><p>　　——整流器額定輸出電壓。相當于額定電流是負載的電壓。</p><p>　　——晶閘管導通時的管壓降，一般取=1V。</p>

9、<p>　　——變壓器漏感而產生的壓降，其計算方法為：</p><p>　　為整流器輸出端的電流，為變壓器的漏抗，一般按=0.3。</p><p>　　三相橋式全控整流電路 ，根據以上分析與公式，將電機原始數據代人以上公式得：</p><p>　　== 128.28V</p><p>　　變壓器相電流有效值的計算。</p>

10、;<p><b>　　不考慮過載倍數</b></p><p>　?、?變壓器二次側相電流有效值的計算</p><p>　　因為整流器的負載輸出端串聯有電抗器，一次變壓器的二次側電流可視為大小不變的電流，因此其有效值為：</p><p><b>　　因為</b></p><p><

11、;b>　　故：</b></p><p><b>　　考慮過載倍數 則</b></p><p><b>　?、谧儔浩鞯娜萘坑嬎?lt;/b></p><p>　　變壓器一次側電流有效值</p><p>　　綜上所述：變壓器的主要參數 為</p><p>

12、;　　<三> 晶閘管的選擇</p><p><b>　　1）額定電流的確定</b></p><p><b>　?、?不考慮過載倍數</b></p><p>　　本電路采用的是三相全控橋整流電路，所以晶閘管電流有效值與負載電流有效值關系為 </p><p>　　求出晶閘管的額定電流為&l

13、t;/p><p>　　考慮安全裕量，取額定值的倍，因此晶閘管的額定電流的計算公式為</p><p><b>　　晶閘管的額定電流為</b></p><p><b>　　② 考慮過載倍數</b></p><p>　　2） 額定電壓的計算</p><p>　　根據三相全控整流電路的特

14、點晶閘管可能所承受的最大反向電壓為</p><p>　　考慮一定的安全裕量 ，在380V整流電路中K取2.2</p><p>　　所以晶閘管的額定電壓為</p><p>　　<四> 觸發(fā)電路的設計 </p><p><b>　　觸發(fā)電路的原理圖</b></p><p>　　此電路用三個

15、集成塊和一個集成塊，即可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進行脈沖放大，即可構成完整的三相全控橋式整流電路的集成觸發(fā)電路。</p><p><b>　　觸發(fā)電路的定向</b></p><p>　　變壓器采取Dy11 連接方式，來達到觸發(fā)電路的定相。</p><p>　　<五>保護電路的設計及計算</p><p>

16、　　電力電子器件以及主電路的保護大致分為兩種：過流保護和過壓保護。</p><p><b>　?。ǎ保┻^流保護</b></p><p>　?、龠^流保護電路的選擇</p><p>　　電力電子電路運行不正常或發(fā)生故障時，可能發(fā)生過電流，其中采用快速熔斷器是一種常用的措施，其快速性與有效性都可以滿足對電子線路保護的要求。</p>&l

17、t;p>　　快速熔斷器的保護方式可以分為全保護和短路保護。</p><p>　　全保護是指不論過載還是短路均由快熔進行保護。此方式只適用于小功率裝置或器件裕量較大的場合。</p><p>　　短路保護方式是指只在短路電流較大的區(qū)域起保護的作用。</p><p><b>　　晶閘管過電流保護</b></p><p>

18、　　為了安全可靠的保護電子線路，故此過流保護電路選擇全保護方式。</p><p>　　②過流保護電流參數的計算</p><p>　　除了與普通熔斷器一樣要考慮熔斷器電壓必須大于線路工作電壓、熔斷器的電流等級應大于或等于內部焙體的額定電流外，還需特別注意熔體的額定電流是有效值，而晶閘管的額定電流是正弦半波的平均值，其有效值為，通常熔體的額定電流以下式選取：</p><p&

19、gt;<b>　　1.57>></b></p><p>　　為了保證可靠與方便起見，可取 </p><p>　　所以保護電路中的快熔額定電流</p><p><b>　　變壓器過電流保護</b></p><p>　　保護電路的快熔額定電流</p><p><

20、;b>　　過電壓保護</b></p><p>　　1 交流側過電壓一般都是外因過電壓，在抑制外因過電壓的措施中，采用RC過電壓抑制電路是最常見的。通常在變壓器次級（元件側）并聯RC電路，以吸收變壓器鐵心的磁場釋放的能量，并把它轉化為電容器的電場能而儲存起來。串聯電阻是為了在能量轉換過程中可以消耗一部分能量并且抑制LC回路可能產生的振蕩。當整流器容量較大時，RC電路也可以接在變壓器的電源側，其電路

21、圖如圖所示</p><p>　　RC參數的計算公式為 </p><p><b>　　電容C的耐壓</b></p><p><b>　　電阻的計算公式</b></p><p><b>　　電阻的功率</b></p><p>　　式中 -變壓器每相平均計算容

22、量 （VA）</p><p>　　-變壓器二次相電壓有效值 （V）</p><p>　　-勵磁電流百分數 一般去8</p><p>　　-變壓器的短路比，當變壓器容量為10~1000KVA時，。在這里取5</p><p>　　，-當正常工作時電流電壓的有效值 （A，V）</p><p><b>　　RC 參數

23、計算</b></p><p>　　變壓器每相平均計算容量為</p><p><b>　　電容器的計算 </b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　電容的耐壓值 </b></p><p><b>　

24、　取500V</b></p><p>　　故取參數為 的電容</p><p>　　電阻值的計算 取</p><p>　　正常工作時，RC支路始終有交流電流通過，過電壓總是短暫的，所以按長期發(fā)熱來確定電阻的功率。RC支路電流可計算的的</p><p><b>　　電阻功率的計算</b></p&g

25、t;<p><b>　　直流側的過電壓保護</b></p><p>　　也可以采用阻容電路進行保護，其計算參數同交流側過電壓保護。</p><p>　　晶閘管換相過電壓的保護</p><p>　　由于晶閘管在實際應用中一般只承受換相過電壓，沒有關斷過電壓問題，關斷時也沒有較大的，所以晶閘管的緩沖電路就是簡化為了晶閘管的換相過電壓保

26、護，即采用RC吸收電路即可。其電路如圖所示</p><p><b>　　電容C的選擇為</b></p><p><b>　　取電容 電阻一般取</b></p><p><b>　　過壓保護</b></p><p><b>　?。苯涣鱾冗^電壓保護</b>&l

27、t;/p><p><b>　?。保?lt;/b></p><p>　　①過壓保護電路的選擇</p><p>　　壓敏電阻的最大特點是當加在它上面的電壓低于它的閥值"UN"時，流過它的電流極小，相當于一只關死的閥門，當電壓超過UN時，流過它的電流激增，相當于閥門打開。利用這一功能，可以抑制電路中經常出現的異常過電壓，保護電路免受過電壓的

28、損害。在其閥門打開后，相當與負載短路，電流瞬間增大，由于過流電路的保護，在其電流增大的瞬間會使快熔熔斷從而使電流得到保護。其保護特點可以滿足主電路的要求，并且其結構簡單時效性強。因此此過壓保護電路選用壓敏電阻保護電路。</p><p>　?、谶^壓保護電路的參數計算</p><p>　　壓敏電阻的選用主要考慮額定電壓和通流容量。額定電壓的下限是線路工作電壓的峰值，考慮到電網電熨斗額波動以及多

29、次承受沖擊電流以后的數值肯會下降，因此的電壓的取值應適當加大，通常建議以30%的裕量計算，即</p><p>　　式中——壓敏電阻兩端正常工作電壓的有效值，即最大連續(xù)電壓。</p><p>　　壓敏電壓：128V=407V</p><p><b>　　最大連續(xù)電壓：=</b></p><p>　　流通容量的選擇原則是壓敏

30、電阻允許通過的最大電流應大于泄放浪涌電壓時流過壓敏電阻的實際浪涌峰值電流。實際浪涌電流很難計算，一般情況在變壓器容量大、距外線路近且缺少避雷器的場合應選用流通容量較大的壓敏電阻。</p><p>　　通過以上分析，壓敏電阻的主要參數為：</p><p><b>　　壓敏電壓：=</b></p><p><b>　　最大連續(xù)電壓： &l

31、t;/b></p><p>　　<六> 電抗器的選擇</p><p>　　1 使輸出電流連續(xù)的臨界電感量</p><p>　　式中，常數0.693與整流電路的形式和電源頻率有關，對于三相橋式電流為0.693，（0.05—0.1）是所要求的最小臨界電流。</p><p>　　根據以上的分析和公式推導可得出：</p>

32、<p>　　2 限制輸出電流脈動的電感量 </p><p>　　由 查表得 取 0.1</p><p><b>　　3 變壓器的漏感量</b></p><p><b>　　查表得</b></p><p>　　所以串入電抗器的電感量</p><p><

33、;b>　　—電動機的電樞電感</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　取其中較大的 則：</b></p><p><b>　　四 ：總結</b></p&g

34、t;<p>　　通過幾天的查詢資料，思考計算，以及書寫課程設計，完成了電力電子課程設計報告，在這其中我覺得收獲的不僅是這份課程設計報告，在書寫的過程中，我遇到了許多理想情況下不會出現的問題，比如電網波動和最小導通角對整流電路輸出電壓的影響，平波電抗器的實際的計算，這些工程上的思想都是我們平時在書本的題目中很少見到的，了解這些工程上的思想有利于我們以后對于這門課程的應用。同時，在書寫課程設計的過程中，以使我學會了怎么迅速的從

35、網上圖書館查找相關資料，怎么用word和其中的公示編譯器進行課程設計的書寫?？傊?，在完成這份課程設計報告的同時，我學會了很多與電力電子這門課程相關的知識，也鍛煉了許多需要的能力。</p><p><b>　　五 ： 參考文獻</b></p><p>　　[1] 王兆安，黃俊主編.電力電子技術（第4版）.北京:機械工業(yè)出版社， 2004</p><p

36、>　　[2] 黃俊，王兆安.電力電子變流技術（第3版）.北京:機械工業(yè)出版社， 1994</p><p>　　[3] 佟純厚.電力電子學.南京：東南大學出版社，2000</p><p>　　[4] 黃俊主編.半導體變流技術試驗與習題.北京:機械工業(yè)出版社，1989</p><p>　　[5] 石玉，栗書賢，王文郁編.電力電子技術題解與電路設計指導.北京:機