10KW直流电动机不可逆调速电路系统

1、电力电子技术电力电子技术课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目：10KW10KW直流电动机不可逆调速电路直流电动机不可逆调速电路 院（系）：院（系）： 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 起止时间：起止时间： I 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室： 电气 学 号学生姓名专业班级 课程设计 （论文） 题目 10KW10KW直流电动机不可逆调速电路直流电动机不可逆调速电路 课程设计（论文）任务 课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数 实现功能实现功能 为

2、 1 台额定电压 220V、功率为 10kW 的直流电动机提供直流可调电源，以 实现直流电动机的调速 设计任务设计任务 1、方案的经济技术论证。2、主电路设计。3、通过计算选择整流器件的具 体型号。4、若采用整流变压器，确定变压器变比及容量。5、触发电路设计或 选择。6、绘制相关电路图。7、完成 4000 字左右说明书。 要求要求 1、1、文字在 4000 字左右。 2、2、文中的理论分析与计算要正确。 3、3、文中的图表工整、规范。 4、元器件的选择符合要求。 技术参数技术参数 1、交流电源：三相380V。2、整流输出电压Ud在0220V连续可调。3、整 流输出电流最大值50A。4、直流电动

3、机负载，直流电动机额定功率PN10kw， 额定电压Un220V, 额定电流In50A。5、根据实际工作情况，最小控制角取 20300左右。 进度计划 第 1 天：集中学习；第 2 天：收集资料；第 3 天：方案论证；第 4 天：主电路 设计；第 5 天：选择器件；第 6 天：确定变压器变比及容量；第 7 天：确定平 波电抗器；第 8 天：触发电路设计；第 9 天：总结并撰写说明书；第 10 天：答 辩 指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 II 注：成绩：平时 20% 论文质量 60% 答辩 20% 以百分制计算 摘要 中等容量的整流装置或要求不

4、可逆调速的电力拖动系统中，可采用比三相全 控桥式整流电路更简单、经济的三相桥式半控整流电路。它由共阴极接法的三相 全波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成，因此这种 电路兼有可控与不可控两者的特性。本文研究了三相半控整流电路带直流电动的 情况，分析了工作原理，设计了主电路、晶闸管触发电路和保护电路。本文还研 究了 10kw 电动机不可逆调速系统的设计，以及如何对其调速.完成了对不可逆直 流电动机调速系统电路设计及参数计算，具体分为主电路参数设计，触发电路设 计，保护电路设计，通过利用三相全控桥式整流电路的调速系统方案，以及对其 调控系统进行了科学的合理精确计算，阐述了不可逆

5、调速系统的稳定性和可靠性， 使其能够更好的适应工作要求。 关键词：三相桥式半控整流电路；晶闸管 ；直流电动机 III 目 录 第 1 章 绪论 .1 1.1 电力电子技术概况 .1 1.2 本文设计内容 .2 第 2 章 主电路设计 .3 2.1 主电路设计总体设计方案 .3 2.2 具体电路设计 .4 2.2.1 直流调速系统.4 2.2.2 整流电路的电路设计与分析.5 2.2.3 触发驱动电路设计.6 2.2.4 保护电路设计.9 2.3 元器件型号选择 .12 第 3 章 课程设计总结 .16 参考文献 .17 1 第 1 章 绪论 1.1 电力电子技术概况 电机调速广泛应用于我们的生

6、活、生产的各个领域中，例如：机床、电动工 具、电动机车、机器人、家用电器、计算机驱动器、汽车、轮船、轧钢、造纸和 纺织行业等等。据报道，世界上大约有 100 亿以上各种电机在工作。近年来，我 国空调一年的产量就 1000 多万台，每台都需要电机调速控制，可见电机调速应 用市场非常庞大。 电机分为直流电机和交流电机两大类。直流电机由于其便于控制和控制精度 比较高的特点，在很长一段时间内被广泛应用，被人们认为难以被其他电机所取 代。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来 完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。 采用单片机构成控制系统，可以

7、节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高 工作效率。 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要 调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直 流调速还是交流拖动系统的基础 早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成 电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且 系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推 广。20 世纪 70 年代以来，直流电机传动经历了重大的技术、装备变革。整流器 的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整 流装置

8、使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，高集成化、小型化、高可靠 性及低成本成为控制的电路的发展方向。使直流调速系统的性能指标大幅提高， 应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标 准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。 1.2 本文设计内容 本文主要研究了 10kw 直流电动机的不可逆调速系统的原理，提出了调速系 2 统的方案即主电路通过采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案。在确定调速系 统的方案后还他做了以下几个步骤：1 直流调速系统 2 主电路设计与分析 3 触发 电路设计.4 保护电路设计 5 数据分析计算 6 仿真试验来确定了不可逆调速

9、系统的 稳定性与可靠性。 通过课程设计，一方面使我们对本课程所学内容加深理解，另一方面熟悉工 程设计的过程、规范和方法，能正确查阅技术资料、技术手册和标准，培养我们 的工程设计能力。电力电子是一门专业基础性质很强且与生产应用实际紧密联系 的课程，学习本课程，培养我们对物理概念与基本分析方法的学习能力，做到理 论结合实际，尽量做到器件、电路、应用三者结合。在学习方法上也形成了对电 路的相位与波形的分析习惯，抓住电力电子器件在电路中道通与截止的变化过程， 从波形分析中进一步理解电路的工作状况，培养了读图与分析能力，掌握器件计 算、测量、调整及电路分析等方面的实践能力。 3 第 2 章 主电路设计

10、2.1 主电路设计总体设计方案 图 2.1 10KW 直流电动机不可逆调速电路（1） 一般整流器功率在 4KW 以下采用单向整流电路，4KW 以上采用三相整流。该 电路采用三相减压变压器将电源电压降低的减压调速方案，因此励磁电压保持恒 定。励磁绕组采用三相全控桥式整流电路，整流电源从主变压器二次侧 U2、V2、W2端引入。为保证先加励磁后加电枢电压，主接触器主触点应在励磁绕 组通电后方可闭合，同时设有弱磁保护环节。 4 2.2 具体电路设计 2.2.1 直流调速系统 直流调速系统种类直流调速系统种类 变压调速是直流调速系统的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控 直流电源。常用的可控直流电

11、源有以下三种： 1）旋转变流机组。用交流电动机和直流发动机组成机组，获得可调的直流 电压。 2）静止式可调整流器。用静止式的可控整流器获得可调的直流电压。 3）直流斩波器或脉宽调制变换器。用恒定直流电源或不控整流电源供电， 利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，产生可变的平均电压。 调速系统选择调速系统选择 机组供电的直流调速系统在上世纪 60 年代使用广泛，但该系统需要选择变流 机组，至少包含两台与调速机组容量相当的旋转电机，还要一台励磁发电机，因 此设备多，体积大，费用高，效率低，安装需打地基，运行有噪声，维护不方便。 为克服这些缺点，60 年代以后就开始使用各种静止式的变压或变流装置来

12、代替旋 转变流机组。 晶闸管诞生以后，就逐步出现使用晶闸管整流装置来实现调速的应用系统。 晶闸管整流装置的使用，去除了直流电机调速需要的较大功率的放大器，而且晶 闸管控制的快速性，提高了系统的动态性能。然而晶闸管整流器难以实现系统的 可逆运行，由半控整流电路组成的 V-M 系统只运行单象限运行，全控整流电路可 以实现有源逆变，允许电机工作在反转制动状态，若要获得四象限运行，需采用 正、反两组全控整流电路，变流设备要增加一倍。 直流斩波器最初用在简单的单管控制，后来逐渐发展成采用各种脉冲宽度调 制开关的电路，即脉宽调制变换器。如今常用的脉宽调制电路一般为桥式电路， 由电力电子器件组成，主电路线路

13、简单，开关频率高，电流容易连续，谐波少， 低速性能好，因为这一系列优点，直流 PWM 调速系统应用日益广泛。 本直流电动机不可逆调速系统要求不高，故采用转速单闭环调速结构，系统 框图如下所示： 5 放大器触发电路 电流截止负反 馈 M TG 图 2.2 10KW 直流电动机不可逆调速系统（2） 2.2.2 整流电路的电路设计与分析 变压器调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢供电电压所需的可控制 电源通常有 3 种：旋转电流机组，静止可控整流器，直流斩波器和脉宽调制变换 器。旋转变流机组简称 G-M 系统，适用于调速要求不高，要求可逆运行的系统， 但其设备多、体积大、费用高、效率低、维护不便

14、。静止可控整流器又称 V-M 系 统，通过调节触发装置 GT 的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变 d U ，从 而实现平滑调速，且控制作用快速性能好，提高系统动态性能。直流斩波器和脉 宽调制交换器采用 PWM 受器件各量限制，适用于中、小功率的系统。根据本此设 计的技术要求和特点选 V-M 系统。 在 V-M 系统中，调节器给定电压，即可移动触发装置 GT 输出脉冲的相位，从 而方便的改变整流器的输出，瞬时电压Ud。由于要求直流电压脉动较小，故采 用三相整流电路。考虑使电路简单、经济且满足性能要求，选择晶闸管三相全控 桥交流器供电方案。因三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波高，因而所

15、 需的平波电抗器的电感量可相应减少约一半，这是三相桥式整流电路的一大优点。 并且晶闸管可控整流装置无噪声、无磨损、响应快、体积小、重量轻、投资省。 而且工作可靠，能耗小，效率高。同时，由于电机的容量较大，又要求电流的脉 动小。综上选晶闸管三相全控桥整流电路供电方案。 6 图 2.3 晶闸管三相全控桥整流电路 2.2.3 触发驱动电路设计 电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力 电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大影响。采用性能良好的驱动电路， 可使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对 装置的运行效率，可靠性和安全性都有重要意义。

16、简单的说，驱动电路的任务就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标 的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的 信号。对晶闸管这种半控器件只需要提供开通控制信号，晶闸管虽然是电流驱动 型器件，但是它是半控型器件，所以它的驱动电路常称为吃饭电路。 晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要 的时刻由阻断转换为导通。驱动电路的具体形式可以为分离元件构成的，也可以 是集成的电力电子驱动电路。本设计根据题目要求，使用分立元件构成的触发电 路，主要由相位控制电路、脉冲放大和输出环节等构成，电路图如下： 7 1K R1 Res2 D1 Diode 1N4

17、001 D2 Diode 1N4001 D7 Diode 1N4001 D6 Diode 1N4001 D4 Diode 1N4001 D5 Diode 1N4001 1K R3 Res2 1K R2 Res2 1K R6 1K R4 Res2 1K R9 Res2 1K R17 Res2 100pF C1 Cap 100pF C2 Cap 100pF C3 Cap 100pF C4 Cap T1 Trans Q1 2N3904 Q3 2N3904 Q5 2N3904 Q7 2N3904 Q8 2N3904 Q4 2N3904 Q6 2N3904 Q2 2N3906 1K R5 Res Tap

18、 1K R10 Res Tap D3 D Zener +15V 1K R8 Res2 1K R7 Res2 R11 1K R12 Res2 1K R13 Res2 1K R14 Res2 1K R15 Res2 1K R16 Res2 Uco -15V X Y LOCK GND 1K R18 Res2 1K R19 Res2 1K R20 Res2 100pF C6 Cap D9 Diode 1N4001 T3 Trans D11 Diode 1N4001 D10 Diode 1N4001 D12 Diode 1N4001 +15V A K T2 Trans D8 Bridge1 100pF

19、C5 Cap 100pF C7 Cap GND 220V 压压压压压 图 2.3 触发电路总图 上图是完整的晶闸管触发电路，它由前部同步环节，脉冲产生环节，锯齿波 的形成和脉冲移相环节及双窄脉冲形成环节组成。 为了保证触发电路和主电路的频率一致，利用一个同步变压器，将其一次侧 接入为主电路供电的电网，由其二次侧提供同步电压信号，由同步电压决定的触 发脉冲频率与主电路晶闸管频率始终是一致的。但是还需要解决触发电路的定相 问题，即选择同步电压信号的相位，以保证触发脉冲相位正确。针对三相桥式整 流电路，常采用的同步变压器接法如下： a b c U a U b U c -U sa -U sb -U s

20、c U sa U sb U sc T R T S 压压压压压 压 压 压 压 压 图 2.4 同步变压器和整流变压器接法 上图的主电路整流变压器为 Dy11 联结，同步变压器为 Dy5y11 联结，这种接 法的同步电压选取如表 2.1 所示。 表 2.1 三相半控整流桥各晶闸管的同步电压 8 晶闸管VT1VT2VT3 主电路电压 a u b u c u 同步电压 sa u sb u sc u 理想的触发脉冲电流波形会具有一定的宽度，以保证晶闸管可靠导通，而且 脉冲还应有足够的幅度，因此触发电路的输出信号的可靠性，需要由脉冲放大环 节和脉冲输出环节来保证。 V 1 V 2 R1 R3 R2 R4

21、 V D 1 V D 2 V D 3 TM E1 E2 P G N D A K 图 2.5 触发电路 V1、V2 构成脉冲放大环节和脉冲变压器 TM 及附属电路构成脉冲输出环节。 当 V1、V2 导通时，通过脉冲变压器向晶体管的门极和阴极之间输出触发脉冲。 VD1 和 R3 是为了使 V1、V2 由导通变为截止时脉冲变压器 TM 释放其储存的能量而 设的。为了获得触发脉冲的波形中的强脉冲部分，还需要适当附加其他电路环节。 在锯齿波同步的触发电路中，触发电路与主电路的同步要求是指要求锯齿波 的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定。 R25 V D 1V D 2 R4 R2 R3 C1 C2

22、TS 1 Trans V 2 V 1 RP 2 V S + 15V 压 压 压 压 压 图 2.6 同步环节 有上图可知，锯齿波是由开关管 V2 来控制的，V2 有导通变截止期间产生锯 齿波，V2 截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度，V2 开关的频率就是锯齿波的 频率。同步环节的实现是由同步变压器 TS 和作同步开关用的晶体管 V2 组成。同 9 步变压器和整理变压器接在同一个电源上，用同步变压器的二次电压来控制 V2 的通断作用，这就保证了触发脉冲与主电路电源同步。 2.2.4 保护电路设计 保护电路必要性保护电路必要性 在电力电子电路中，处理电力电子器件参数选择合适，驱动电路的设计良好 外

23、，采用合适的过电压保护、电流保护、保护和保护也是必要的。 du dtdi dt 由于直流电机优良的调速性能，如今它在冶金、机械加工等工业生产中仍有 着广泛的应用。但因为电网电压波动及负载本身的不稳定性，加之直流电机本身 设计结构的缺陷，使得直流电机在运行中时常受损。直流电机价格昂贵，维修周 期较长，因此给直流电机供电回路设计适当的保护尤其必要。故本设计将采用一 些晶闸管整流供电回路的过压、过流保护电路。 过压保护过压保护 过电压产生的原因有和多种，常见的原因有操作过电压、雷击过电压、换相 过电压和关断过电压等。争对可能出现的过电压状况，设计不同的过压保护电路 来避免损伤。下图是各种过电压保护措

24、施及其配置位置，各种电力电子装置可视 具体情况只采用其中的几种。 图 2.7 过电压抑制措施及配置位置 （1）阻容保护阻容保护 过电压幅度一般都很大，但是其作用时间一般却都是很短暂的，即点电压的 能量并不是很大的。利用电容两端的电压不能突变这一特点，将电容器并联在保 护对象的两端，可以达到过电压保护的目的，这种保护方式叫做阻容保护。起保 护作用的电容一般都与电阻串联，这样可以在过电压给电容充电的过程中，让电 阻消耗过电压的能量，还可以限制形成的寄生的震荡。图 8 为电源侧阻容保护原 理图。图（a）为单相阻容保护电路，图（b）和图（c）为三相阻容保护电路， 10 RC 网络连接成星型，如图（b）

25、，也可以连接成三角型，如图(c)。电容越大对过 电压的吸收作用越明显。 图 2.8 阻容保护 在图 2.11 中，图（a）为单相阻容保护，阻容网络直接接在电源端，吸收电源过 电压。图（b）为接线形式为星型的三相阻容保护电路，平时电容承受电源相电 压。图（c）为接线三角型的三相阻容保护电路，平时电容承受电源相电压。显 然，三角型接线方式电容的耐压要为星型接线的倍。但是无论哪种接线，对3 于同一电路，过电压的能量是一样的，电容的储能也应该相同，所以星型接线的 电容容量应为三角型倍。也就是说两种接线方式电容容量和耐压的乘积是相3 同的。 （2）压敏电阻保护）压敏电阻保护 在整流桥交流侧采用压敏电阻保

26、护回路，如下图所示： 图 2.9 压敏电阻保护回路 采用压敏元件作为过电压保护，其主要优点在于：压敏电阻具有正反向相同 的陡峭伏安特性，在正常工作时只有很微弱的电流通过元件，而一旦出现过电压 时，压敏电阻可通过高达数千伏的放电电流，将电压抑制在允许的范围内，并具 有损耗低、体积小，对电压反应快等优点。 （3）用 RC 吸收电路保护 11 RC 吸收电路基本结构如下所示： 图 2.10 RC 吸收回路 RC 吸收电路作用是抑制电力电子器件的内因过电压或者过电流，减小器件 的开关损耗。 过流保护过流保护 电力电子电路中的电流瞬时值超过设计的最大允许值，即为过电流。过电流 有过载荷短路两种情况。常用

27、的过电路保护措施如图 10 所示。一台电力电子设 备可选用其中的几种保护措施。针对某种电力器件，可能有些保护措施是有效的 而另外一些是无效的或不合适的，在选用时应特别注意。 图 2.11 过流保护电路图 交流断路器保护是通过电流互感器获取交流回路的电流值，然后来控制交流 电流继电器，当交流电流超过整定值时，过流继电器动作使得与交流电源连接的 交流断路器断开，切除故障电流。应当注意过流继电器的整定值一般要小于电力 电子器件所允许的最大电流瞬时值，否则如果电流达到了器件的最大电流过流继 电器才动作，由于器件耐受过电流的时间极短，在继电器和断路器动作期间电力 电子器件可能就已经损坏。 来自电流互感器

28、的信号还可作用于驱动电路，当电流超过整定值时，将所有 驱动信号的输出封锁，全控型器件会由于得不到驱动信号而立即阻断，过电流随 之消失；半控型器件晶闸管在封锁住触发脉冲后，未导通的晶闸管不再导通，而 已导通的晶闸管由于电感的储能器件不会立即关断，但经一定的时间后，电流衰 减到 0，器件关断。这种保护方式由电子电路来实现，又叫做电子保护。与断路 器保护类似，电子保护的电流整定值也一般应该小于器件所能承受的电流最大值。 12 快速熔断器保护一般作为最后一级保护措施，与其它保护措施配合使用。根 据电路的不同要求，快速熔断器可以接在交流电源侧（三相电源的每一相串接一 个快速熔断器） ，也可以接在负载侧，

29、还可电路中每一个电力电子器件都与一 个快速熔断器串联。接法不同，保护效果也有差异。熔断器保护有可以对过载和 短路过电流进行“全保护”和仅对短路电流起作用的短路保护两种类型。 常见 快速熔断器的接入方法有以下几种形式： 图 2.12 快速熔断器的几种接入方式 在整流电路中，电抗器的使用也是极其广泛的。在整理电桥桥壁上串入桥壁 电抗器，可以抑制，从而起到一定程度的过电流保护作用。 di dt 2.3 元器件型号选择 参数计算与器件选择参数计算与器件选择 U2 的计算 其中：则 2 (11.2) d A B U U 0.9,1,0.9AB取 A：电路参数 0.4 1.17 2.34 B：电网电压波动

30、系数 0.91.05 ：安全裕量 2 220 (11.2)271.6 325.925 0.9 1 0.9 VV U ，取 2U V300 电压比 ： 1 2 220 0.733 300 K U U 一次电流 I1 和二次电流 I2 的计算 已知全波整流电路中 12 1.11,1.11 f II KKK 1 1 1.051.05 1.11 55/0.73387.45 d AA I IK IK 13 2 2 1.11 5560.05 d AA I IK I 变压器容量的计算 111 220 87.4519239VAVA SU I ， 222 300 60.0518015VAVA SU I 12 1

31、1 ()(19239 18015)18.627 22 VAkVA SSS 晶闸管元件的选择 图 2.13 晶闸管总设计图 晶闸管的额定电压 (2 3)(2 3) 2300848.528 1272.79 TNm VV UU ，取1200 TN V U 。 晶闸管的额定电流 () 55 22 (1.5 2)(1.5 2)(1.5 2)37.156 49.542 1.571.571.57 d T T AV AA I I I 取 () 50 T AV A I 整流二极管同上 交流侧过电压保护 阻容保护 22 2 66 5568.299 18627 300 em CFF S I U 1.51.52300

32、636.5 m VV UU ，选70 F、耐压 700V 2 2 2 30027.5 2.32.315.718 1862755 sh em UU R SI ，取20R 14 66 210250 2.2 300 100.21 cc fAA UI 2 2 (3 4)(3 4) 0.21202.646 3.528 RCR WW PI 压敏电阻 1VR 的选择 Im 1.3 21.3 2 300551.5 A VV UU 直流侧过电压保护 Im (1.8 2)(1.8 2) 220396 440 ADC VV UU 选用31 820/3MY的压敏电阻作直流侧过电压保护。 晶闸管及整流二极管两端的过电压

33、保护 由参考文献上获得晶闸管过电压保护参数估计值如下： 表 2.2 晶闸管过电压保护参数 元件容量 （A） 5102050100200500 C（F） 0.050.100.150.200.250.501.00 R（）1020 依据上面表格可以初步确定0.2CF、20R 2626 1050 0.2 ( 2300)104.242 m R fCUWW P 交流侧快速熔断器的选择 由于 2 60.5IIA,考虑到电动机启动瞬间电流较大，熔断器的选取依据 (1.5 2.5) rnfN II原则可以选用额定电压为 300V，额定电流为 120A 熔断器。 元件端快速熔断器的选择 由于260.05242.4

34、61 T IIAA,为了减少元件的多样性便于设计和安装， 本设计将元件端快速熔断器的规格定为额定电压为 300V，额定电流为 85A 熔断器。 平波电抗器 平波电抗器电阻计算 15 22 0.01/3 LNN REI=0.024 按电流连续要求的电感量： 1 2 0 min 2()17.2 T dlDT d U LkLLmH I 式中， 00 min 55.34 ddN IIA ;对于三相桥式全控电路 1 0.693 I K 平波电抗器电感量计算 方法一、 L =rl =0.5x7mh=17.2mH 方法二、 23 2 20 ()1022()9.22 T T ddmTdDL idN U LUU

35、fLmH S I 式中， dm U为最低次谐波电压幅值； d f为最低次谐波电流频率，对于三相桥式电路 d f=6 1 f=300 Z H； i S为电流脉动系数，要求 i S=0。05；三相桥式电路 2 dm T U U =0.45。 故平波电抗器电感选为 18mH。 16 第 3 章 课程设计总结 本次的设计为直流电机的不可逆调速系统，首先就涉及到三相桥式整流电路 的设计，这也是整个电路设计的关键与主要部分。整流电路的设计方法多种多样， 且根据负载的不同，又可以设计出很多不同的电路。根据题目的要求选择了三相 桥式半控整流电路的主结构。 对于一个电路的设计，首先应该对它的理论知识很了解，这样

36、才能设计出性 能好的电路。整流电路中，开关器件的选择和触发电路的选择是最关键的，开关 器件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。 在这次课程设计过程中，首先碰到的难题就是保护电路的设计。因为保护电 路的种类较多，因此要选择一个适合本课题的保护电路就比较难。经过查阅大量 资料和文献，还有同学的帮助，最终选择了一个较合适的保护电路。 其次遇到的困难是电路中一些参数的计算。桥式整流电路的分析需要结合图 形，一步一步仔细分析，加之带了反电动势负载，在分析计算中又多了一个困难。 最后是根据整流电路的指标来选择晶闸管的参数。 通过这次课程设计我对于文档的编排格式又有了一定的掌握，这对于以后的

37、毕业设计及工作需要都有很大的帮助，在完成课程设计的同时我也在复习一遍电 力电子这门课程，在更深程度上又理解了一下这么课程。 17 参考文献 1 王兆安主编.电力电子技术.第四版.北京：机械工业出版社,2003 2 郝万新主编.电力电子技术.化学工业出版社, 2002 3 孟志强主编.电力电子技术.晶闸管中频感应逆变电源的附加振荡启动方法, 2003.6 4 吕宏主编.电力电子技术.感应加热电源的 PWM-PFM 控制方法, 2003.1 5 吴雷主编.电力电子技术.基于 DSP 大功率中频感应焊机的研究, 2003.4 6 李金刚主编.电力电子技术.基于 DSP 感应加热电源频率跟踪控制的实现

38、, 2003.4 18 课课 程程 设设 计计 题目题目：10KW 直流电动机不可逆调速系统 课程：课程：电力拖动自动控制系统 专业：专业： 指导老师：指导老师： 组员组员： 日期日期： 19 课题：课题：10KW10KW 直流电动机不可逆调速系统直流电动机不可逆调速系统 一、技术数据：一、技术数据： 直流电动机： 型号：71 、额定功率=10KW 、=220V、 额定电流 =55A 3 Z N P N U N I =1000r/min、极数 2P=4、电枢电阻 =0.5、电枢电感 =7mH N n N R D L 励磁电压=220V、励磁电流=1.6A。 L U L I 二、要求二、要求 调

39、速范围 D=10、 S=15%、电流脉动系数 10%、设计中几个重点说明 i S 三、主电路选择与参数计算三、主电路选择与参数计算 1、主电路选择原则：一般整流器功率在 4KW 以下采用单向整流电路，4KW 以上采用三相整流。 2、参数计算包括 整流变压器的参数计算、整流晶闸管的型号选择、保护电路的说明，参数计算 与元件选择，平波电抗器电感量计算。 设计方案设计方案 1.1 直流电动机直流电动机 型号：71 、额定功率=10KW、额定电压=220V、额定电流 3 Z N P N U N I =55A 转速=1000r/min 、极数 2P=4、电枢电阻 =0.5、电枢电感=7mH N n N

40、R D L 励磁电压=220V、S=15%、励磁电流=1.6A。 L U L I 1.2 电动机供电方案电动机供电方案 据题意采用晶闸管可控整流装置供电。 本设计选用的是中直流电动机，可选用三相整流电路。又因本系统设计是不 可逆系统，所以可选用三相半控桥整流电路。电动机的额定电压为 220V，若用 电网直接供电，会造成导通角小，电流脉动大，并且功率因数抵，因此，还是用 整流变压器供电方式为宜。 题中对电流的脉动提出要求，故使用增加电抗器。 反馈方式选择原则应是满足调速指标要求的前提下，选择最简单的反馈方案。 20 1.3 反馈方式的选择反馈方式的选择 负载要求 D10，S15，则系统应满足的转

41、速降 1000 0.15 /min17.647 /min (1)10 (1 0.15) N N rr n Ds n s 电动系数： 22055 0.5 0.1925 1000 NaN e N N UI R C n 该直流电动机固有转速降 55 0.5 /min142.857 /min17.647 /min 0.1925 Na N e N rrr I R n C 故采用电压闭环控制系统，控制系统电压放大倍数 142.875 117.096 17.647 N u N n K n 1.4 直流调速系统框架图直流调速系统框架图 系统框架图如图 1 所示： 给定信号放大器触发器电动机 电压负反馈 + -

42、 TG a + 图 1 直流调速系统框架图 1.5 主电路计算主电路计算 1.5.1 U2 的计算的计算 21 其中：则 2 (11.2) d A B U U 0.9,1,0.9AB取 A：电路参数 0.4 1.17 2.34 B：电网电压波动系数 0.91.05 ：安全裕量 ，取 2 220 (11.2)271.6 325.925 0.9 1 0.9 VV U 2U V300 电压比 ： 1 2 220 0.733 300 K U U 1.5.2 一次电流一次电流 I1 和二次电流和二次电流 I2 的计算的计算 已知全波整流电路中 12 1.11,1.11 f II KKK 1 1 1.05

43、1.05 1.11 55/0.73387.45 d AA I IK IK 2 2 1.11 5560.05 d AA I IK I 1.5.3 变压器容量的计算变压器容量的计算 ， 111 220 87.4519239VAVA SU I 222 300 60.0518015VAVA SU I 12 11 ()(19239 18015)18.627 22 VAkVA SSS 晶闸管整流电路如图 2 所示： T 200V300V ai RC RV RC RV RC RV FU R C FU R C FU R C FU R C FU R C FU R C 图 2 晶闸管电路 1.6 晶闸管元件的选择晶闸管元件的选择 1.6.1 晶闸管的额定电压晶闸管的额定电压 ，取。(2 3)(2 3) 2300848.528 1272.79 TNm VV UU 12