《电力电子技术》
课程设计报告。
题目：10kw直流电动机不可逆调速系统。
专业： 电气工程及其自动化
班级： 10电气
学生姓名： 李启应
学号： 101401010202
指导教师： 祝老师
时间： 2012 年 12 月 28 日---20 13 年 1月 8 日。
目录。一、设计说明 3
1 设计目的 3
2 设计要求 3
2.1 技术数据与要求 3
2.2 设计内容 3
二、正文 4
1 控制方案的选择 4
2 主电路的设计及原理 4
3 主电路的计算 6
3.1 整流变压器的计算 6
3.2 晶闸管元件的选择 7
3.3 电抗器的参数计算 8
3.4 励磁电路元件的选择 9
4保护环节原件的分析、计算与选择 9
5触发装置的选择与同步变压器的连接 12
6电路整体工作情况的分析 14
课程总结 15
参考文献 15
元件清单 16
一、设计说明：
1 设计目的。
通过对直流电动机不可逆调速系统的设计，巩固和提高学过的基础知识和专业知识，提高运用所学的知识进行独立思考和综合分析、解决实际问题的能力，培养掌握正确的思维方法和利用软件和硬件解决实际问题的基本技能。
2 设计要求。
2.1 技术数据与要求。
直流电动机技术数据：
型号 z3–71 额定功率pn=10kw 额定电压un=220v
额定电流in=55a 转速nn=1000r/min 极数2p=4
电枢电阻ra=0.5ω 电枢电感ld=7mh
励磁电压ul=220v 励磁电流il=1.6a
要求：调速范围d=10；转差率s≤5%；电流脉冲系统si≤10%
2.2 设计内容。
2．2．1 确定控制方案、对整流方式、触发电路类型、进行分析比较，并做出正确选择。
2．2．2 对所选的电路进行计算分析。
1）整流变压器。
2）晶闸管元件的选择。
3）保护环节原件的分析、计算与选择。
交流侧。支流侧。
变流器。2．2．3 触发装置的选择。
1）触发装置的选择与比较。
2）触发装置的工作原理分析。
2．2．4 电路整体工作情况的分析。
二、正文。1 控制方案的选择。
由于电动机的容量大，又要求电流的脉动小，故选用三相全控桥式整流电路供电方案。电动机的额定电压为220v，为保证供电质量，应采用三相减压变压器将电源电压降低。为避免三次谐波电流流入电网和方便的到零线，主变压器应采用三角型---星型联接。
因调速精度要求较高，故选用转速负反馈调速系统。采用电源截止负反馈进行限流保护，出现故障电流时由过流继电器切断主电路电源。
为了使线路简单，工作可靠，装置体积小，宜选用kj004组成的六脉冲集成触发电路。
该系统采用减压调速方案，故励磁应保持恒定。励磁绕组采用三相不可控桥式整流电路，电源可从主变压器二次侧引入。为保证先加励磁后电枢电压，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。
总体设计框架如下图1所示：
图1：总体设计框架图。
2 主电路的设计及原理。
三相桥式全控整流电路的原理：
一般变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，晶闸管分共阴极和共阳极。一般为共阳极为共阳极。
1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1个，且不能为同1相器件。
2）对触发脉冲的要求：
1）按vt1-vt2-vt3-vt4-vt5-vt6-vt1…的顺序，相位依次差60°。
2）共阴极组vt1、vt3、vt5的脉冲依次差120°，共阳极组也依次相差120°。
3）同一相的上下两个桥臂，即vt1与vt4，vt3与vt6，vt5与vt2脉冲相差180°。
3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。
4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发（脉冲宽度大于60°，一般取80°--100°），一种是双脉冲触发（常用），即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60°，脉宽一般为20°--30°。
5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正反电压的关系也相同。
晶闸管及输出整流电压的情况如下表1所示：
三相桥式全控整流电路图如下图2所示：
图2：三相桥式全控整流电路图带。
3主电路的计算。
3.1整流变压器计算：
1）的计算。
是一个重要参数，选择过低，无法保证输出额定电压。选择过高，又会造成延迟角加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加了装置的成本。一般可按下式计算即。
式中，——理想情况下，时整流电压与二次电压之比，即；
——控制角为时，输出电压与之比，即；
——电网波动系数，通常取；
—整流电路输出电压最大值；
——主电路电流回路；
——线路连接方式系数；
——变压器的短路比，变压器；
——变压器二次侧实际工作电流与额定电流之比，应取最大值。
在要求不高的场合或近似估算时，用下式计算则更加方便。
其中， 取。
角考虑的裕量：
8，取。电压比。
考虑变压器的励磁历次电流时，应乘以1.05左右的系数，所以。
3）变压器的容量计算。
式中：、—一次侧、二次侧绕组的相数。
考虑励磁功率，取，，，
3.2 晶闸管元件的选择。
晶闸管和整流管的选择主要指合理的选择器件的额定电压和额定电流。
1）晶闸管的额定电压。
取。2）晶闸管的额定电流。
选择晶闸管额定电流的原则是必须使管子允许通过的额定电流有效值大于实际流过管子电流最大有效值，即。
考虑倍的裕量，
取。故选用型号为晶闸管元件。
3.3电抗器的参数计算。
1）使电流连续的临界电感量。
取，则。2）限制电流脉动的电感量。
取，则。3）变压器漏电感量。
取，则。4）实际串入电抗器电感量。
已知电动机电感量为，则
3.4励磁电路元件的选择。
图3 励磁电路接线方式。
励磁电压；励磁电流，电路接线方式如图3所示。
整流二极管耐压值与主电路晶闸管相同，故取，额定电流取查得，则。
可选用型，二极管。
4保护环节原件的分析、计算与选择。
1）交流侧过电压保护。
阻容保护。在变压器二次侧并联电阻和电容进行保护，接线方式如图4所示。
电容的耐压。
故选用型金属化纸介电容器，电容量，耐压。
因此，可选、的金属膜电阻。
图4 阻容保护接线方式。
压敏电阻的选择。
通过查询相关产品参数目录，取电压为，通流量为，由此选用的压敏电阻作交流侧浪涌过电压保护。
图5：直流侧压敏电阻保护电路。
2）直流侧过电压保护。
故选用压敏电阻作为直流侧过电压保护。
3）晶闸管两端的过电压保护一般采用阻容保护。
图6：晶闸管两端阻容保护。
故选择电容为2.5f, 电阻为45。
4）过电流保护。
本系统除采用电流截止反馈环节做限流保护外，还设有与元件串联的快速熔断器作过载和短路保护，用过流继电器切断故障电流。
快速熔断器的选择。
熔断器是同它保护的电路串联的，当该电路中发生过载或短路故障时，如果通过熔体的电流达到或超过某一定值，则熔体上产生的热量就会使其温度上升到熔体金属的熔点。于是，熔体自行熔断，并以此切断故障电流，对电路实行保护，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。
通过晶闸管电流有效值为。
故选用的熔断器，容体电流为。
过电流继电器的选择。
根据负载电流为，可选用吸引线圈电流为的型手动复位直流过电流继电器，整定电流可取。
a)交流侧快熔b)元件串联快熔c)直流侧快熔。
图7：快速熔断器保护。
5 触发装置的选择。
触发装置的选择与工作原理。
普通晶闸管是半控型电力电子器件。为了使晶闸管由阻断状态转入导通状态，晶闸管在承受正向阳极电压的同时，还需要在门极加上适当的触发电压。控制晶闸管导通的电路称为触发电路。
触发电路常以所组成的主要元件名称进行分类，包括简单触发电路、单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触发器和计算机控制数字触发电路等。
控制、、功率、等全控型器件的通断则需要设置相应的驱动电路。基极（门极、栅极）驱动电路是电力电子主电路和控制电路之间的接口。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，减少开关损耗。
另外，许多保护环节也设在驱动电路或通过驱动电路来实现。
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