单相桥式全控整流有环流可逆直流拖动系统

郑州航空工业管理学院 《电力电子变流技术》 课程设计

09 级 电气工程及其自动化 专业73班 题 目 单相桥式全控整流电路 有环流可逆直流电力拖动系统 姓 名 学号 指导教师 职称

二О 一二 年 六 月 日 设计任务书 设计题目：单相桥式全控整流电路有环流可逆直流电力拖动系统 设计条件： （1） 电网：220V，50Hz （2） 直流电动机额定功率5.5Kw、额定电压220V、额定电流29.4A、额定转速3600r/min。 （3） 变压器漏感：0.3mH 设计任务： （1） 电源变压器参数的计算。 （2） 晶闸管的选型。 （3） 平波电抗器的计算。 （4） 控制角移相范围的计算。 （5） 最小逆变角的计算。 （6） 主电路图的设计 设计要求： （1） 根据设计条件计算晶闸管可能流过的最大有效电流，选择晶闸管额定电流。 （2） 分析晶闸管可能承受到的最大正向、反向电压，选择晶闸管的额定电压。 （3） 电源变压器变比，容量的计算。 （4） 计算平波电抗器的电感值，保证电流连续。 （5） 根据设计条件，计算换相重叠角，最小逆变角以及最小控制角，取得控制角移相范围。 （6） 画出完整的主电路图。 提示： （1） 最大负载平均电流应当在电动机额定电流的1.5倍~2倍之间选择，自选。 （2） 负载电流可近似认为是一条水平直线，即：负载电流就是平均电流。 （3） 在计算平波电抗器、最小逆变角等参数时，需要用到变压器2次侧电压有效值，因此本题目的重点在于给出合适的电源变压器参数。 （4） 关于U2的选择：首先根据负载要求得到一个大致的数据，适当留出裕量；依据该数据计算最小逆变角；依据最小逆变角给出最小控制角；计算换相压降；依据最小控制角以及换相压降验证是否满足负载要求，如果不满足，调整裕量，重新计算。总原则：考虑最小控制角限制以及换相压降影响后，在满足负载要求的前提下，U2裕量尽量小。 （5） 平波电抗器的计算见第2章第2节。 注意： （1） 每一步都必须给出具体的计算过程和分析过程。 （2） 可用波形图配合说明计算过程。 一．系统总体方案设计 改变电枢两端的电压方向能使电动机改变方向。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，需要可逆运行时采用两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆电路，电动机正转时，由正组晶闸管装置供电；反转时，由反组晶闸管装置供电。本系统采用的两组晶闸管分别由两套触发装置控制，可以做到互不干扰，都能灵活的控制电机的可逆运行，两组晶闸管为反并联的方式连接。虽然两组晶闸管反并联的可逆系统解决了电机正反转的问题，但是两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流经负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称之为环流，这种环流对负载无益，只会加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率。因此为了防止产生直流平均环流，应该在正组处于整流状态时，强迫反组处于逆变状态，即采用工作制，严格控制21，使得正组电压与反组电压大小相等，方向相同，从而两组电源形成平衡，遏制了直流平均环流的形成。 工作制四象限运行状况：

第一象限，正转，电动机做电动运行，正组桥工作于整流状态，

dMUE,21

（下标表示整流）。

第二象限，正转，电动机做发电机，反组桥工作于逆变状态，dMUE,22（下标表示逆变）。 第三象限，反转，电动机作电动运行，反组桥工作于整流状态，dMUE,22。 第三象限，反转，电动机做发电运行，正组桥工作于逆变状态，dMUE,21。 二．主电路设计 1.电源变压器参数的计算 在晶闸管整流装置中，满足负载要求的交流电压2U往往与电网电压不一致，这就需要利用变压器来匹配。另外，为降低或减少晶闸管变流装置对其他用电设备的干扰，也需要设置变压器把晶闸管装置和电网隔离。 要想精确的计算出整流变压器的次级电压2U，就必须知道影响2U值得主电路的各个因素，主要有：变压器漏抗产生的换相压降maxxU，晶闸管的管压降TU，平波电抗器压降maxPU，电机电枢电阻压降maxDU，考虑最严重情况回路的电压平衡方程为：TDPxdnUUUUUmaxmaxmax 在要求不太精确时，变压器的次级电压2U可由简化后的下式确定： A

U

UD5.1~2.12

DU为电动机的额定电压，系数1.2~1.5是考虑到各种因素影响后的安全系数。

20UUAd表示当控制角00时，整流电压平均值与电压次级相电压有效值

之比，单相桥A=0.9。 由已知DU=220V可得：2U≈293.33~366.67V

取2U=300V 因此变压器变比为：VVUUK30022021 因直流电动机允许过载，因此最大负载平均电流应当在电动机额定电流的1.5~2倍之间选择，这里选择最大负载平均电流为：

AAAIINd5392.524.298.18.1max 在单相桥式电路中变压器的的二次侧电流有效值与负载平均电流的关系为： AIId532 变压器的容量： AKVAVIUS9.155330022

2.晶闸管的选型 晶闸管的额定电压必须要大于元件在电路中实际承受的最大电压mU，考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素，还要放宽2~3倍的安全系数。即按下式选取: mTeUU)3~2( 因此对单相桥是全控整流电路电感性负载晶闸管所承受的正反压下面由波形图说明其取值： 由波形可以看出，当030时，一组晶闸管导通，另一组晶闸管截止，两端承受的最大反压为变压器二次侧的电压幅值，即22U。 当090时，晶闸管刚要导通还未导通之时，正向晶闸管此时受到最大正压，由分析知晶闸管所受到的最大正压也为变压器二次侧的电压幅值，即22U。 由以上分析知单相桥式全控整流电路中晶闸管两端承受的最大正反压均为

22U。 因此此电路中晶闸管的额定电压至少为：

mTeUU)3~2(=（2~3）VU)79.1272~53.848(22，

晶闸管的额定电流一般选其通态平均电流的1.5~2倍。对于单相桥式全控整流电路反电动式负载串联大电感，输出电流波形因电感很大，平波效果很好而成一条水平线，由此可得出晶闸管两端电流平均值与负载平均电流的关系：

707.021dT

I

I，

从而有：dTAVTIII45.057.1)( 最终此电路中所选晶闸管的额定电流至少为： AIIdTe)7.47~775.35(45.0)2~5.1( 选择晶闸管型号为：KP50-10型，其其他参数见附表。 3. 平波电抗器的计算

为抗器。对单相桥来说为保证串入电感后电流连续，其电感量为：

ɑ=30 ɑ=90 min2sin22dIUL，可知电感量为的函数，当090时，其值最大，通常可

以给定最小电流值约为电机额定值的5％，即：

mHHHIUIUIULNdd7.5855857.04.29%53001087.2%51087.222sin22323min2min2



故而需要选用上述大小的电感加入电路以抑制电流波动。 4.最小逆变角与控制角移相范围的计算

为了防止逆变失败，不仅逆变角不能等于零，而且不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。 逆变时允许采用的最小角应等于： 



式中，为晶闸管关断时间qt折合的电角度，约为oo5~4;为变压器漏抗产生的换相重叠角；为安全裕量，一般取o10。 根据逆变工作时，并设此时，带入下式：

022sin2)cos(cosddBdU

UmUXI

得：0221sin21cosddBdUUmUXI 其中dU为变压器换向压降，大小为： VVImXUdBd18.3532103.0100423

对单相桥全控电路0dU=0.92U

可得：oddUU58.12)21arccos(0 逆变时要求min，故有：oooo58.271058.125min 得小于min，为此整流控制角也必须不得小于min，一般取minmin。 此电路取o30min，因此控制角的移向范围为：)150,30(oo 5.验证 由单相桥是全控整流电路反电动式负载，串大电感，其输出电压dU与变压器二次侧电压2U的关系为（考虑变压器漏抗）：

ddUUUcos9.02 从上式可以看出，dU为的函数，并随的增大而减小，由此：

VVUUUodd22065.23018.330cos3009.0cos9.0min2max 可知，2U的选择基本符合要求。 三．主电路图的设计

四．总结与体会 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。󰀀