課程設(shè)計---卷紙機不可逆調(diào)速系統(tǒng)的可控直流電源設(shè)計

1、<p><b>　　一：設(shè)計目的</b></p><p>　　本課程設(shè)計是電氣工程及其自動化專業(yè)重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一。本課程設(shè)計的任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用《電力電子學(xué)》、《模擬電子技術(shù)》和《電機學(xué)》所學(xué)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(xué)生所學(xué)知識的同時，提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，這對于工科學(xué)生貫徹工程思想起到十分重要的作用。</p><p>　

2、　二：設(shè)計的任務(wù)及要求</p><p>　　卷紙機不可逆調(diào)速系統(tǒng)的可控直流電源設(shè)計 </p><p><b>　　A 原始數(shù)據(jù)：</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(shè)計

3、內(nèi)容及要求：</p><p>　　a) 設(shè)計整流電路主電路。</p><p>　　b) 設(shè)計變壓器參數(shù)：U1，I1，U2，I2。</p><p>　　要求考慮最小控制角αmin、電網(wǎng)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(shù)的計算及選擇：依據(jù)參數(shù)計算，正確選擇器件型

4、號，并附主要參數(shù)。</p><p>　　d) 觸發(fā)電路設(shè)計及主要參數(shù)的計算，同步電壓的選擇。</p><p>　　e) 設(shè)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(jù)，計算保護元件參數(shù)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(jù)實驗要求的原始數(shù)據(jù)，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(diào)節(jié)范圍太窄，而的調(diào)節(jié)范圍越寬，精度越高，應(yīng)加整流變壓器。</p><p>　　設(shè)計主電路圖如圖所示</p><p>　　<二>.整流變

6、壓器的設(shè)計及計算</p><p>　　1) 變壓器二次側(cè)相電壓有效值的計算</p><p>　　在不考慮最小控制角，電網(wǎng)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(wǎng)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(yīng)改為：</p><p>　　——系數(shù)，==0.4274</p><p>　　——電網(wǎng)波動系數(shù)，一般取=1.12</p><p>　　——與最小導(dǎo)通角有關(guān)的系數(shù)=為了在額定負載下仍</p><p>　　然能進行電壓調(diào)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(shù)，取1．1—1．2，當橋臂上串聯(lián)的元件數(shù)較多時，可取大數(shù)值，由于主電路的橋臂上串聯(lián)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(dǎo)通時的管壓降，一般取=1V。</p>

9、<p>　　——變壓器漏感而產(chǎn)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(jù)以上分析與公式，將電機原始數(shù)據(jù)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(shù)</b></p><p>　　① 變壓器二次側(cè)相電流有效值的計算</p><p>　　因為整流器的負載輸出端串聯(lián)有電抗器，一次變壓器的二次側(cè)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(shù) 則</b></p><p><b>　?、谧儔浩鞯娜萘坑嬎?lt;/b></p><p>　　變壓器一次側(cè)電流有效值</p><p>　　綜上所述：變壓器的主要參數(shù) 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(shù)</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(guān)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>　?、?考慮過載倍數(shù)</b></p><p>　　2） 額定電壓的計算</p><p>　　根據(jù)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(shè)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(gòu)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(shè)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>　　①過流保護電路的選擇</p><p>　　電力電子電路運行不正?；虬l(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>　?、谶^流保護電流參數(shù)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(yīng)大于或等于內(nèi)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?。?lt;/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(cè)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(cè)）并聯(lián)RC電路，以吸收變壓器鐵心的磁場釋放的能量，并把它轉(zhuǎn)化為電容器的電場能而儲存起來。串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過程中可以消耗一部分能量并且抑制LC回路可能產(chǎn)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(cè)，其電路

21、圖如圖所示</p><p>　　RC參數(shù)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(shù) 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(shù)

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(shù)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(cè)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(shù)同交流側(cè)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(yīng)用中一般只承受換相過電壓，沒有關(guān)斷過電壓問題，關(guān)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?cè)過電壓保護</b>&l

27、t;/p><p><b>　?。保?lt;/b></p><p>　?、龠^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(guān)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(jīng)常出現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(shù)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(wǎng)電熨斗額波動以及多

29、次承受沖擊電流以后的數(shù)值肯會下降，因此的電壓的取值應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shù)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(shù)0.693與整流電路的形式和電源頻率有關(guān)，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(jù)以上的分析和公式推導(dǎo)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(jié)</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(shè)計，完成了電力電子課程設(shè)計報告，在這其中我覺得收獲的不僅是這份課程設(shè)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(xiàn)的問題，比如電網(wǎng)波動和最小導(dǎo)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(yīng)用。同時，在書寫課程設(shè)計的過程中，以使我學(xué)會了怎么迅速的從

35、網(wǎng)上圖書館查找相關(guān)資料，怎么用word和其中的公示編譯器進行課程設(shè)計的書寫。總之，在完成這份課程設(shè)計報告的同時，我學(xué)會了很多與電力電子這門課程相關(guān)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(shù)（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(shù)（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(xué).南京：東南大學(xué)出版社，2000</p><p>　　[4] 黃俊主編.半導(dǎo)體變流技術(shù)試驗與習(xí)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(shù)題解與電路設(shè)計指導(dǎo).北京:機