基于单相全控桥式整流电路的有环流可逆直流拖动系统的设计(共16页)

1、摘要(zhiyo)本次(bn c)课程设计主要是运用(ynyng)单相全控桥式晶闸管整流电路来控制直流电动机的可你运行的研究。通过对整流电路主电路的设计，用两组晶闸管反并联的V-M系统来控制直流电动机。本设计主要应用电力电子技术中单相全控桥式整流电路的知识来设计。主电路中包括电路参数的计算，器件的选型；触发电路中包括器件选择，参数设计；保护电路包括过电压保护，过电流保护，电压上升率抑制，电流上升率抑制。关键词：单相全控整流电路 直流电动机 晶闸管目录(ml) TOC o 1-3 f h z u HYPERLINK l _Toc376695425 引言(ynyn) PAGEREF _Toc376

2、695425 h 1 HYPERLINK l _Toc376695426 第一章 主电路设计 PAGEREF _Toc376695426 h 2 HYPERLINK l _Toc376695427 1.1 主电路(dinl)的结构 PAGEREF _Toc376695427 h 2 HYPERLINK l _Toc376695428 1.2 主电路的工作原理 PAGEREF _Toc376695428 h 2 HYPERLINK l _Toc376695429 1.3 整流电路参数的计算 PAGEREF _Toc376695429 h 3 HYPERLINK l _Toc376695430 第

3、二章 晶闸管元器件的选择 PAGEREF _Toc376695430 h 4 HYPERLINK l _Toc376695431 2.1 晶闸管额定电压的确定 PAGEREF _Toc376695431 h 4 HYPERLINK l _Toc376695432 2.2 晶闸管额定电流的确定 PAGEREF _Toc376695432 h 4 HYPERLINK l _Toc376695433 2.3 晶闸管的型号确定 PAGEREF _Toc376695433 h 4 HYPERLINK l _Toc376695434 第三章 驱动电路的设计 PAGEREF _Toc376695434 h

4、6 HYPERLINK l _Toc376695435 3.1 触发电路的简介 PAGEREF _Toc376695435 h 6 HYPERLINK l _Toc376695436 3.2 对触发电路的要求 PAGEREF _Toc376695436 h 6 HYPERLINK l _Toc376695437 3.3 集成触发电路TCA785 PAGEREF _Toc376695437 h 6 HYPERLINK l _Toc376695438 第四章 保护电路的设计 PAGEREF _Toc376695438 h 8 HYPERLINK l _Toc376695439 4.1 过电压保护

5、PAGEREF _Toc376695439 h 8 HYPERLINK l _Toc376695440 4.1.1 交流侧过电压保护可采用阻容保护或压敏电阻保护 PAGEREF _Toc376695440 h 8 HYPERLINK l _Toc376695441 4.1.2 直流侧过电压保护 PAGEREF _Toc376695441 h 9 HYPERLINK l _Toc376695442 4.1.3 晶闸管两端的过电压保护 PAGEREF _Toc376695442 h 9 HYPERLINK l _Toc376695443 4.2 过电流(dinli)保护 PAGEREF _Toc3

6、76695443 h 9 HYPERLINK l _Toc376695444 4.3 电压(diny)上升率du/dt的抑制(yzh) PAGEREF _Toc376695444 h 10 HYPERLINK l _Toc376695445 4.4 电流上升率di/dt的抑制 PAGEREF _Toc376695445 h 10 HYPERLINK l _Toc376695446 结论 PAGEREF _Toc376695446 h 11 HYPERLINK l _Toc376695447 心得体会 PAGEREF _Toc376695447 h 12 HYPERLINK l _Toc3766

7、95448 参考文献 PAGEREF _Toc376695448 h 13祝杰：基于单相全控桥式整流电路的有环流可逆直流拖动系统的设计辽宁工程技术大学课程设计 PAGE 12 PAGE 16引言(ynyn)整流电路按组成的器件不同(b tn)，可分为不可控、半控与全控三种，利用晶闸管半导体器件构成的主要有半控和全控整流电路；按电路接线方式可分为桥式和零式整流电路；按交流输入相数又可分为单相、多相（主要是三相）整流电路。正是因为整流电路有着如此广泛的应用，因此整流电路的研究无论在是从经济角度，还是从科学研究角度上来讲都是很有价值的。单相全控桥式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电

8、流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。单相全控桥式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在相同的负载下流(xili)过晶闸管的平均电流减小一半，且功率因数提高了一半。因此在本次可逆有环流拖动系统的设计中采用单相全控桥式整流电路。第一章 主电路设计1.1 主电路(dinl)的结构如图1-1所示为可逆有环流拖动系统的主电路(dinl)线路。图1-1 可逆有环流拖动系统(xtng)的主电路1.2 主电路的工作原理改变电枢两端的电压能使电动机改变转向。尽管电枢反接需要较大容量的晶闸管装置，但是它反向过程快，由于晶闸管的单向导电性，需要可逆运行时经常采用两组晶闸管可控整流装

9、置反并联的可逆线路，电动机正转时，由正组晶闸管装置VF供电；反转时，由反组晶闸管装置VR供电。如图1所示两组晶闸管分别由两套触发装置控制，可以做到互不干扰，都能灵活地控制电动机的可逆运行，所以本设计采用两组晶闸管反并联的方式。并且采用三相桥式整流。虽然两组晶闸管反并联的可逆V-M系统解决了电动机的正、反转运行的问题，但是两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流，一般地说，这样的环流对负载无益，只会加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率。环流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。为了防止产生直流平均环流，应该在正组处于整流状态、为正时，强

10、迫让反组处于逆变状态、使为负，且幅值与相等，使逆变电压把整流电压顶住，则直流平均环流为零。于是又由于其中(qzhng)，分别为VF和VR的控制角。由于两组晶闸管装置(zhungzh)相同，两组的最大输出电压是一样的，因此(ync)，当直流平均环流为零时，应有如果反组的控制角用逆变角表示，则按照这样控制就可以消除环流。1.3 整流电路参数的计算在整流电路的参数计算过程中直流电动机和平波电抗器的串联可以看作是整流电路带阻感负载的形式。假设直流电动机的参数如下：直流电动机：PN=3KW,UN=220V,IN=17.5A,nN=1500r/min,Ra=1.25，电枢回路总电阻 ：R=2.85平波电抗

11、器的阻抗值：。1.在阻感负载下电流连续，整流输出电压的平均值为由设计任务有电感，电阻R=1.25，则输出电压平均值的最大值可由下式可求得。可见，当在范围内变化时，整流器输出电压可在范围内取值。2.整流输出电压有效值为3.整流输出电流平均值为：第二章 晶闸管元器件的选择(xunz)2.1 晶闸管额定( dng)电压的确定晶闸管在导通时管压降=0,故其波形(b xn)为与横轴重合的直线段；VT1和VT2加正向电压但触发脉冲没到时，VT3、VT4已导通，把整个电压加到VT1或VT2上，则每个元件承受的最大可能的正向电压等于；VT1和VT2反向截止时漏电流为零，只要另一组晶闸管导通，也就把整个电压加到

12、VT1或VT2上，故两个晶闸管承受的最大反向电压也为。UN为23倍的最大反向电压2.2 晶闸管额定电流的确定在一个周期内每组晶闸管各导通180，两组轮流导通，整流变压器二次电流是正、负对称的方波，电流的平均值和有效值相等，其波形系数为1。流过每个晶闸管的电流平均值与有效值分别为：2.3 晶闸管的型号确定由以上分析计算知选取晶闸管的型号KP20-8。3、KP20-8晶闸管的具体参数额定通态平均电流（）：20A;断态重复峰值电压（）:500V;反向重复峰值电压（）:1800V;断态重复平均电流（）:8mA;反向重复平均电流（）:8mA;门极触发(chf)电流（）:60mA;门极触发(chf)电压（

13、）:1.8V;断态电压(diny)临界上升率（du/dt）:50V/uS维持电流（）：100mA;额定结温（）：125第三章 驱动电路(dinl)的设计3.1 触发(chf)电路的简介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，是电力电子的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。采用良好的性能的驱动电路。可以使电力电子器件工作在比较理想的开关状态，缩短开关时间，对装置的运行(ynxng)效率，可靠性和安全性都有很大的意义。对于相控电路这样使用晶闸管的场合，在晶闸管阳极加上正向电压后，还必须在门极与阴极之间加上触发电压，晶闸管才能从截止转变为导通，习惯上称为触发控制。提供这个触发

14、电压的电路称为晶闸管的触发电路。它决定每一个晶闸管的触发导通时刻，是晶闸管装置中不可缺少的一个重要组成部分。晶闸管相控整流电路，通过控制触发角的大小即控制触发脉冲起始位来控制输出电压的大小，为保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保证触发角的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。3.2 对触发电路的要求晶闸管的型号很多，其应用电路种类也很多，不同的晶闸管型号，应用电路对触发信号都会有不同的要求。但是，归纳起来，晶闸管触发主要有移相触发，过零触发和脉冲列调制触发等。不管是哪种触发电路，对它产生的触发脉冲都有如下要求：1、触发信号可为直流、交流或脉冲电压。2、触发信号应有足够的功率

15、（触发电压和触发电流）。 3、触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。 4、触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。3.3 集成触发电路TCA785TCA785芯片介绍TCA785是德国西门子(Siemens)公司于1988年前后开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路，它是取代TCA780及TCA780D的更新换代产品，其引脚排列与TCA780、TCA780D和国产的KJ785完全相同，因此可以互换。目前，它在国内变流行业中已广泛应用。与原有的KJ系列或KC系列晶闸管移相触发电路相比，它对零点的识别更

16、加可靠，输出脉冲的齐整度更好，而移相范围更宽，且由于它输出脉冲的宽度可人为自由调节，所以适用范围较广。1、引脚排列、各引脚的功能及用法TCA785是双列直插式16引脚大规模集成电路。它的引脚排列如图3-1所示。图3-1 TCA785的引脚排列(pili)各引脚的名称(mngchng)、功能及用法如下：引脚16(VS)：电源(dinyun)端。引脚1(OS)：接地端。引脚4(Q1)和2(Q2)：输出脉冲1与2的非端引脚14(Q1)和15(Q2)：输出脉冲1和2端。 引脚13(L)：非输出脉冲宽度控制端。 引脚12(C12)：输出Q1、Q2脉宽控制端。引脚11(V11)：输出脉冲Q1、Q2或Q1、

17、Q2移相控制直流电压输入端。引脚10(C10)：外接锯齿波电容连接端。引脚9(R9)：锯齿波电阻连接端。引脚8(VREF)：TCA785自身输出的高稳定基准电压端。引脚7(QZ)和3(QV)：TCA785输出的两个逻辑脉冲信号端。引脚6(I)：脉冲信号禁止端。引脚5(VSYNC)：同步电压输入端。2、基本设计特点TCA785的基本设计特点有：能可靠地对同步交流电源的过零点进行识别，因而可方便地用作过零触发而构成零点开关；它具有宽的应用范围，可用来触发普通晶闸管、快速晶闸管、双向晶闸管及作为功率晶体管的控制脉冲，故可用于由这些电力电子器件组成的单管斩波、单相半波、半控桥、全控桥或三相半控、全控整

18、流电路及单相或三相逆变系统或其它拓扑结构电路的变流系统；它的输入、输出与CMOS及TTL电平兼容，具有较宽的应用电压范围和较大的负载驱动能力，每路可直接输出250mA的驱动电流；其电路结构决定了自身锯齿波电压的范围较宽，对环境温度的适应性较强，可应用于较宽的环境温度范围(-25+85C)和工作电源电压范围(-0.5+18V)。3、极限参数电源电压：+818V或49V；移相电压范围：0.2VVS-2V;输出脉冲最大宽度：180；最高工作频率：10500Hz；高电平脉冲负载电流：400mA；低电平允许最大灌电流：250mA；输出脉冲高、低电平幅值分别为VS和0.3V；同步电压随限流电阻不同可为任意

19、值；最高工作频率：10500Hz；工作温度范围：军品 -55+125，工业品 -25+85，民品 0+70。第四章 保护(boh)电路的设计相对于电机和继电器，接触器等控制器而言，电力(dinl)电子器件承受过电流和过电压的能力较差，短时间的过电流和过电压就会把器件损坏。但又不能完全根据装置运行时可能出现的暂时过电流和过电压的数值来确定器件参数，必须充分发挥器件应有的过载能力。因此，保护就成为提高电力电子装置运行可靠性必不可少的重要环节。4.1 过电压保护(boh)以过电压保护的部位来分，有交流侧过压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种。4.1.1 交流侧过电压保护可采用阻容保护或

20、压敏电阻保护在这里我们采用阻容保护（即在变压器二次侧并联电阻R和电容C进行保护）如图4-1所示。 图4-1交流侧的阻容保护单相阻容保护的计算公式如下：S：变压器每相平均计算容量（VA）；：变压器副边相电压有效值（V）；%：变压器激磁电流百分值；%：变压器的短路(dunl)电压百分值。当变压器的容量(rngling)在（10000）KVA里面(lmin)取值时%=(410)在里面取值，%=(510）里面取值。电容C的单位为F，电阻的单位为。电容C的交流耐压1.5U。U：正常工作时阻容两端交流电压有效值。根据公式算得电容值为4.8F,交流耐压为165V，电阻值为12.86，在设计中我们取电容为5F

21、，电阻值为13。4.1.2 直流侧过电压保护直流侧保护可采用与交流侧保护相同保护相同的方法，可采用阻容保护和压敏电阻保护。但采用阻容保护易影响系统的快速性，并且会造成加大。因此，一般不采用阻容保护，而只用压敏电阻作过电压保护。(1.82)=(1.82.2)198=356.4435.6V选MY31-440/5型压敏电阻(允许偏差+10)作直流侧过压保护。4.1.3 晶闸管两端的过电压保护 抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路方法，可查下面的经验值表确定阻容参数值。表4-1阻容保护的数值(一般根据经验选定)晶闸管额定电流/A1020501002005001000电容/F0.10

22、.150.20.250.512电阻/1008040201052由于=20A,由上表可知选取C=0.15F，R=80。4.2 过电流保护快速熔断器的断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。 接阻感负载的单相全控桥电路，通过晶闸管的有效值：选取RLS-11快速熔断器，熔体额定电流11A。4.3 电压(diny)上升率du/dt的抑制加在晶闸管上的正向(zhn xin)电压上升率du/dt也应有所限制(xinzh),如果du/dt过大，由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。为抑制du/dt的作用，可以在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路。如图4-2所示。图4-2 电压上升率du/dt的抑制4.4 电流上升率di/dt的抑制晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密很大，然后以0.1mm/s的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若晶闸管开通时电流上升率di/dt过大，会导致PN结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率使其在合适的范围内。其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。如图4-3所示 。图4-3电流上升率di/dt的抑制结论(jiln)此课程设计通过单相(d