1、摘要由于直流電動機具有寬廣的調速范圍，平滑的調速特性，較高的過載能力和較大的起動、制動轉矩，因此被廣泛的應用于調速性能要求較高的場合中。在工業生產中，需要高性能速度控制的電力拖動場合中，直流調速系統發揮的重要的作用。本次課程設計是利用兩組三相橋式全控整流系統的正反并聯來實現晶閘管直流調速系統變流器的連續調速和可逆運行。當使正組變流器處于整流狀態時，直流電動機正向運行；當使反組變流器處于整流狀態時，直流電動機就能反向運行。 目 錄設計方案介紹設計目的設計方案介紹 2.1 主電路的工作原理及4 整流變壓器的計算4 總結1 晶閘管直流調速系統變流器設計方案介紹1.1 設計目的電力電子課程設計是電氣自

2、動化專業學生在整個學習過程中一項綜合性實踐環節，是走向工作崗位、從事專業技術之前的一項綜合性技能訓練，對學生的職業能力培養和實踐技能訓練具有相當重要的意義。主要目的在于：1、通過設計提高學生綜合運用知識的能力，鞏固和擴展學生的知識領域、培養學生嚴謹的科學態度和提高獨立工作的能力；2、通過設計使學生初步掌握電力電子系統設計方法，熟悉國家有關技術和經濟方面的方針政策和安全規程，訓練使用設計手冊的技術資料的能力；3、 培養學生利用計算機編寫技術和繪制設計圖樣的能力。1.2 設計方案介紹 設計任務及指標要求（1） 電網供電電壓為380V；（2） 電網電壓波動+5%-10%；（3） 要求連續調速，可逆運

3、行。 (4) 調速比D=15，電流脈動S1<=10%,靜差率S<=1%。 設計內容電動機的額定功率PN=60KW,額定電壓UN=220KW,額定電流IN=305A.試設計選擇晶閘管電流電動機調速系統的主電路。 2 主電路的設計2.1 主電路的工作原理及原理圖1 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路的原理圖如圖2.1，此電路由變壓器和6個晶閘管以及負載組成。變壓器二次側接成星形，而一次側接成三角形，是為了避免三次諧波電流入電網。其中將陰極連接在一起的三個晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的三個晶閘管（VT2、VT4、VT6）稱為共陽極組。此外，習慣上希望

4、晶閘管按1到6的順序導通，為此將晶閘管按圖2.1所示的順序編號，按此編號，晶閘管的導通順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。圖2.1 三相橋式全控整流電路圖下面將對其原理進行說明：假設將電路的晶閘管換做二極管，這種情況也就相當于晶閘管觸發角為0°時的情況，此時，對于共陰極組的三個晶閘管，陽極所接交流電壓值最高的一個導通，而對于共陽極組的三個晶閘管，則是陰極所接的交流電壓值最低的一個導通。這樣得到其波形圖如下：圖2.2 =0°時的波形當為0°時，各晶閘管均在自然換相點處換相，由圖中的變壓器二次繞組相電壓與線電壓波形的對應關系可以看出，各自然換相點既是

5、相電壓的交點，同時也是線電壓的交點。同理可得為30°和90°時的波形如下：圖2.3 =30°、90°時的電流電壓波形2.2 主電路及其原理主電路是由正組和反組并聯在電動機上來實現電動機的可逆運行，正組提供正向電壓，實現電動機正轉；反組提供反向電壓，實現電動機反轉。圖2.4 主電路圖2.5 工作原理圖（1） 工作原理其工作原理如下圖2.5所示。a.第1象限，正轉，電動機作電動運行，正組橋工作在整流狀態，1<90°，EM<Ud（下標1表示正組橋，下標2表示反組橋）a b.第2象限，正轉，電動機作發電運行，反組橋工作在逆變狀態，2<

6、90°( >90°)，EM>Ud。bc.第3象限，反轉，電動機作電動運行，反組橋工作在整流狀態，2<90°，EM<Ud。d.第4象限，反轉，電動機作發電運行，正組橋工作在逆變狀態， 3<90°( 3>90°) ， EM>Ud。（2） 由正轉到反轉的過程 從1組橋切換到2組橋工作，并要求2組橋在逆變狀態下工作，電動機進入第2象限（之前運行在第1象限）作正轉發電運行，電磁轉矩變成制動轉矩，電動機軸上的機械能經2組橋逆變為交流電能回饋電網。 改變2組橋的逆變角，使之由小變大直至=/2（n=0），如繼續增大，即

7、</2，2組橋將轉入整流狀態下工作，電動機開始反轉進入第3象限的電動運行。 電動機從反轉到正轉，其過程則由第3象限經第4象限最終運行在第1象限上。 （3） 控制方案根據對環流的不同處理方法，反并聯可逆電路又可分為幾種不同的控制方案，如配合控制有環流（即=工作制）、可控環流、邏輯控制無環流和錯位控制無環流等。 對于=配合控制的有環流可逆系統，當系統工作時，對正、反兩組變流器同時輸入觸發脈沖，并嚴格保證=的配合控制關系，兩組變流器的輸出電壓平均值相等，且極性相抵，之間沒有直流環流；但輸出電壓瞬時值不等，會產生脈動環流，為防止環流只經晶閘管流過而使電源短路，必須串入環流電抗器LC限制環流。 工

8、程上使用較廣泛的邏輯無環流可逆系統不設置環流電抗器，控制原則是：兩組橋在任何時刻只有一組投入工作（另一組關斷），所以在兩組橋之間就不存在環流；變流器之間的切換過程是由邏輯單元控制的，故稱為邏輯控制無環流系統。 2.2 參數計算 變壓器的計算電動機負載的額定電流為305A，所以變壓器二次側額定電流為： =0.816=0.816248.9A變壓器的容量為： S=110248.9=27.4KVA 變壓器參數為：三相變壓器，S=27.4KVA，=V,248.9A，采用d,Y連接，所以其型號為: TDGC-50KVA. 晶閘管的元件選擇在三相橋式全控整流電路中，整流輸出電壓的波形在一個周期內脈動6次，且

9、每次脈動的波形相同，因此在計算其平均值時，只需對一個脈波（即1/6周期）進行計算即可。于是可得到當整流輸出電壓連續時的有效值：當時，U 2.1當時，U 2.2 所以，當直流電動機正常運行時，即U=UN=220V, 根據公式2.2、2.3可得觸發角應為。晶閘管承受的最大正、反向電壓為 晶閘管的額定電壓為 晶閘管的額定電流為 綜上所得，應選擇晶閘管的型號為：KK800.2.3保護電路1 晶閘管的過壓保護晶閘管的過壓能力比一般的電器元件差，當它承受超過反向擊穿電壓時，也會被反向擊穿而損壞。如果正向電壓超過管子的正向轉折電壓，會造成晶閘管硬開通，不僅是電路工作失常，并且多次硬開關也會損壞管子。因此必須

10、抑制晶閘管可能出現的過電壓，這里我們采用阻容保護。圖2.6容電2 晶閘管的過流保護 電力電子電路運行不正?；蛘甙l生故障時，可能會發生過電流。過電流分為過載和短路兩種情況。圖2.6給出了常用的過流保護措施。圖2.7電力電子系統中常用的過流保護方案3 主電路的保護我們不可能從根本上消除生產過程過電壓的根源，只能設法將過電壓的幅值抑制到安全限度之內，這是過電壓保護的基本思想。抑制過電壓的方法不外乎三種：用非線性元件限制過電壓的幅度，用電阻消耗生產過電壓的能量，用儲能元件吸收生產過電壓的能量。對于非線性元件，不是額定電壓小，使用麻煩，就是不宜用于抑制頻繁出現過電壓的場合。所以我們選用儲能元件吸收生產過

11、電壓的能量的保護。使用RC吸收電路，這種保護可以把變壓器繞組中釋放出來的電磁能量轉化為電容器的電場能量儲存起來，由于電容兩端電壓不能突變，所以能有效抑制過電壓，串聯電阻消耗部分產生過電壓的能量，并抑制LC回路的震動。其結構如下：圖2.8RC吸收電路3 元器件清單 表3.1 整流器件清單器件名稱規格型號數量（單位）三相變壓器TDGC-50KVA2個晶閘管KK8006個電感700mL1個電阻20012個電解電容20pF12個 直流電動機 Z4-180-411個4 總結通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。此次課程設計，學到了很多課內學不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現差錯的隨機應變，和與人