晶闸管直流调速系统.docx
- 文档编号:30395036
- 上传时间:2023-08-14
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:497.13KB
晶闸管直流调速系统.docx
《晶闸管直流调速系统.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《晶闸管直流调速系统.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
晶闸管直流调速系统
电力电子课程设计书
——晶闸管直流调速系统设计
姓名:
商雨薇
班级:
机电二班
学号:
04041002017
指导教师:
赵纬平
2012-7-3
、设计意义及目的
让学生熟悉工程设计的过程、技术手册和标准培养学生工程设计能力。
二、设计技术数据及要求
1.
2.过电流及抑制其正向电压上升率、正向电流上升率的保护电路。
3.选择合适的晶闸管触发电路。
三、设计内容
1.系统调速方案的确定。
2.
a.
b.电枢整流桥路中晶闸管额定电压和额定电流的计算,以及晶闸管
型号的确定。
C.电枢电感MLBL的计算。
3.主电路中各种保护电路的选用及元件参数计算。
摘要
晶闸管问世
直流电动机具有良好的起、
许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到应用
简称V-M
也显示出较大的优越性。
设计任务及要求
摘要第一章晶闸管直流调速系统概述
第一节直流调速系统的组成
第二节双闭环直流调速系统的静特性
第二章系统主电路原理分析
第一节晶闸管直流电动机调速系统原理
第二节总体方案
第三节三相桥式全控整流电路
第三章系统参数计
第一节整流变压器参数计算
第二节晶闸管参数计算
第三节其他参数计算
第四章保护电路
第一节过电压保护
第二节过电流保护
第五章系统控制电路设计
第一节信号检测电路设计
第二节系统调节器
第三节触发电路心得
第一章晶闸管直流电动机调速系统概述
直流调速系统通过调节控制电压Uc就可改变电动机的转速。
当负载的生产工艺
但这时就要采用闭环调速系统。
采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。
但是如果对系统的动态性能要求较高.
速、电流双环控制的直流调速系统。
本课题研究目的及意义直流电动机是最早出现的电动机,也是最早实现调速的电动机。
长期以来,直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。
由于它具有良好的线性调速特性,简单的控制性能,高效率,优异的动态特性,现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。
因此研究直流电机的速度控制,有着非常重要的意义。
随着单片机的发展,数字化直流PWM调速系统在工业上得到了广泛的应用,控制方法也日益成熟。
它对单片机的要求是:
具有足够快的速度;有PWM口,用于自动产生PWM波;有捕捉功能,用于测频;有A/D转换器、用来对电动机的输出转速、输出电压和电流的模拟量进行模/数转换;有各种同步串行接口、足够的内部ROM和RAM,以减小控制系统的无力尺寸;有看门狗、电源管理功能等。
因此该实验中选用Cygnal公司的单片机C8051F020。
通过设计基于C8051F020单片机的直流PWM调速系统并调试得出结论,在掌握C8051F020的同时进一步加深对直流电动机调速方法、PI控制器的理解,对运动控制的相关知识进行巩固
第一节直流调速系统的组成
器UPE从闭环结构上看电流环在里面称作内环转速环在外边称作外环。
这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
为了获得良好的静、动态性能转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器。
两
ASR的输出限幅电压Uim决定了ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子电换器的最大输出电压Udm
第二节双闭环直流调速系统的静特性
双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm
时转速负反馈起主要调节作用。
当负载电流达到Idm
的饱和输出Uim
第二章系统主电路原理分析
第一节晶闸管直流电动机调速系统原理
晶闸管相控整流直流电动机调速系统原理框图如图所示
(晶闸管相控整流直流电动机调速系统原理框图)
系统采用转速、电流双闭环的控制结构。
两个调节器分别调节转速和电流两者
的输出去控制晶闸管的触发电路。
从闭环反馈的结构上看电流调节环是内环按典型I型系统设计速度调节环为外环按典型U型系统设计。
为了获得良好的静、动
PI调节器这样组成的双闭环系统在给定突加含启动的过程中表现为一个恒值电流调节系统在稳态中又表现为无静差调速系统可获得良好的动态及静态品质。
第二节总体方案
直流电动机由单独的可调整流装置供电。
其变压器二次电流中含有直流分量。
本设计中直流电动机采用三相桥式全控整流电路作为直流电动机的可调直流电源。
通过调节触发延
迟角a的大小来控制输出电压UdM的电源电压。
三相桥式全控整流电路如图所示
(桥式全控整流电路原理图)
三相桥式全控整流电路的特点是:
每个时刻均需2
6个晶闸管的脉冲
按VT1—VT2-VT3-VT4-VT5-VT660VT1、
VT3VT5的脉冲依次差120VT4VT6VT2也依次差120
一相的上下两个桥臂脉冲相差180。
。
晶闸管变流设备一般都是通过变压器与电网连接的,因此其工作频率为工频:
为交流电网电压。
经过变压器的耦合,晶闸管主电路可以得到一个合适的输入电压,使晶闸管在较大的功率因数下运行。
变流主电路和电网之间用变压器隔离,还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分,
减小电网污染。
在变流电路所需的电压与电网电压相差不多时,有时会采用自耦
变压器;当变流电路所需的电压与电网电压一致时,也可以不经变压器而直接与
电网连接,不过要在输入端串联进线电抗器以减少对电网的污染。
此设计中在主
干扰的作用。
当晶闸管的控制角a增大会造成负载电流断续当电流断续时电动
.2直流电机PWM(脉宽调制)调速工作原理
在直流调速系统中,开关放大器提供驱动电机所需要的电压和电流,通过改变加在电动机上的电压的平均值来控制电机的运转。
在开关放大器中,常采用晶体管作为开关器件,晶体管如同开关一样,总是处在接通和断开的状态。
在晶体管处在接通时,其上的压降可以略去;当晶体管处在断开时,其上的压降很大,但是电流为零,所以不论晶体管导通还是关断,输出晶体管中的功耗都是很小的。
一种比较简单的开关放大器是按照一个固定的频率去接通和断开放大器,并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”的相位宽窄,这样的放大器被称为脉冲调制放大器。
PWM脉冲宽度调制技术就是通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得获得所需要波形(含形状和幅值)的技术。
根据PWM控制技术的特点,到目前为止主要有八类方法:
相电压控制PWM、线电压控制PWM、电流控制PWM、非线性控制PWM,谐振软开关PWM、矢量控制PWM、直接转矩控制PWM、空间电压矢量控制PWM。
利用开关管对直流电动机进行PWM调速控制原理图及输入输出电压波形如图2-1、图2-2所示。
当开关管MOSFET的栅极输入高电平时,开关管导通,直流电动机电枢绕组两端由电压。
秒后,栅极输入变为低电平,开关管截止,电动机电枢两端电压为0。
秒后,栅极输入重新变为高电平,开关管的动作重复前面的过程。
这样,对应着输入的电平高低,直流电动机电枢绕组两端的电压波形。
电动机的电枢绕组两端的电压平均值为,占空比表示了在一个周期里,开关管导通的时间与周期的比值。
的变化范围为OWW。
由式2-1可知,当电源电压不变的情况下,电枢的端电压的平均值取决于占空比的大小,改变值就可以改变端电压的平均值,从而达到调速的目的,这就是PWM调速原理。
在PWM调速时,占空比是一个重要参数。
以下是三种可改变占空比的方法:
(1)、定宽调频法:
保持不变,改变,从而改变周期(或频率)。
(2)、调宽调频法:
保持不变,改变,从而改变周期(或频率)。
(3)、定频调宽法:
保持周期(或频率)不变,同时改变、。
前2种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率),当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时,将会引起振荡,因此应用较少。
目前,在直流电动机的控制中,主要使用第3种方法。
第三节三相桥式全控整流电路
图2晶闸管电路
在变压器二次侧并联电阻和电容构成交流瞬态过电压保护及滤波晶闸管并联电阻和电容构成关断缓冲快速熔断器直接与晶闸管串联对晶闸管起短路过电流保护作用。
第三章系统参数计算
第一节整流变压器参数计算
一、次级电压U2的计算
在进行变压器计算之前,应该确定负载要求的直流电压和电流,确定变流设备的主电路接线形式和电网电压。
先选择其次级电压有效值U2,U2数值的
选择不可过高和过低,如果U2过高会使得设备运行中为保证输出直流电压符合要求而导致控制角过大,使功率因数变小。
如果U2过低又会在运行中出现当a=amin时仍然得不到负载要求的直流电压的现象。
通常次级电压,初级
和次级电流根据设备的容量,主接线结构和工作方式来定。
由于有些主接线形式次级电流中含有直流成分,有的又不存在,所以变压器容量的计算要根据具体情况来定。
影响U2值的因素有:
1U2值的大小首先要保证满足负载所需求的最大直流值Udo
2UT表示。
3
4
的电压降。
5
3U2=0.95~1.0UN
3U2=1.05~1.1UN3U2=0.95~1.0UN=0.95~1.0220=209~220V
U2=120.67~127.02V
取U2=125V
二、次级电流I2及变压器容量的计算
I2=KI2?
Id,KI2为各种接线形式时变压器次级电流有效值和负载电流平均值之比。
KI2取0.816,12=0.816X
17.5=14.28A
S=1/2S1+S2=m1U1I1=m2U2I2=X3125X14.28=5.36KVA
第二节晶闸管参数计算
一、晶闸管额定电压UTN
通常取晶闸管的UDR和URRM
承受的峰值电压的2~3倍。
因为采用三相全控桥所以UM=
6U2UTN=2~36U2=2~36X125=612.4
918.6V取UTN=800V
二、晶闸管额定电流ITN按电流的有效值来计算电流额定值。
IT(AV)=(1.5~2)max
fbKI-10-Kfb=Kf/1.57KbKf为波
Kb为共阴极或共阳极
电路的支路数。
当a=00Kfb=0.367IT(AV)=(1.5~2)max
fbKI=
(1.5~2)X0.367X(17.5X1.2)=11.5615.41AITN=15A。
KP15-8
第三节其他参数计算
一、电枢电感M
L的计算式中P—电动机磁极对数KD
KD=8~12
P=2KD=10则33101022010
20.95()
222150017.5DN
U2-变压器次级相电压有效值,Id—晶闸管装置直流侧的额定负载电
流,KB—与整流主电路形式有关的系数
KB=3.9%KU=5U2%5125
3.90.11()100100220KBBdUU
LKmH
2DN
M
N
NKU
LmH
Pnl
第四章保护电路第一节过电压保护
一、直流侧过电压保护
制过电压或用单相VTSU1mA
的选取可按下式计算1.8〜2.2()mAdUUVUd0为晶闸管控制角a=00时直流输
(直流侧过电压保护)
KA。
、关断缓冲电路
(关断缓冲电路)
关断缓冲电路即晶闸管换相保护电路。
RC
闸管额定电流为15AC可取0.3F,R可取20在变压器次级并联RC电
LC回路可能产生的震荡。
3次谐波电流流入电网。
变压器的绕组为△—丫
电容C的耐压电阻R的功率为STVAU2-变
压器次级相电压有效
V%0iSTW几百伏安时%0i=10ST>1000伏
安时%0i=3~5oUK%r变压器的短路电压百分比。
IC,UC—当R正常工作时电流电压的有效值。
(1)电容的计算
取4F21.5321.56125459.28CUUV,取500V
选择C=4卩F500V的电容。
⑵电阻值的计算
取R=25
RC支路电流IC
电阻R的功率为22
(3~4)(3~4)0.6282529.58~39.44R
CPIRW
第二节过电流保护
常用的短路过电流保护器件为快速熔断器。
(1)电压等级根据熔断后快熔实际承受的电压确定。
(2)电流容量按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。
(3)快熔的I2t值应小于被保护器件的允许I2t值。
⑷
此次设计采用快熔作为短路过电流保护的装置熔断器的参数按照以下原则选取
用以检测可控硅直流侧
节把测速发电机输出的电压变换为适合控制系统的电压信号。
电流检测电路
如图5.1
PI调节器。
含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI型调节器的原理图
第二节触发电路
电压决定的触发脉冲频率与主电路晶闸管电压频率始终是一致的。
接下来的
4iioiRKRCT110001
JJ
4nnonRKRCTRCR
构、触发电路结构等。
容易、使用方便
KJ004和一片KJ041,
采用KJ041集成触发电路的同步电压应滞后于主电路电压180度。
设计
的主电路采用Dy-11Dy-115联结。
同步电压选
取的结果如表三相全控桥各晶闸管的同步电压
晶闸管VT1VT2VT3VT4VT5VT6
主电路电压+Ua-Uc+Ub-Ua+Uc-Ub
同步电压-Usa+Usc-Usb+Usa-Usc+Usb
心得
通过设计一个晶闸管直流电动机不可逆调速系统的设计让我对电力电子装置及系统这门课程所讲述的知识内容有了更深刻的理解。
在设计过程中查阅了大量的
刻地感受到了各门课程之间的联系以及工程设计与理论计算之间的差别也借由这次设计回顾了电力电子技术这门课程的知识。
自己在以后的学习过程当中应多
从搜集资料到方案设计从写稿到反复修改期间经历了喜悦、聒噪、
如今随着设计报告的最终
心点拨、热忱鼓励够得以顺利完成。
参考文献
[1]
[2]陈伯时.
[3]
2006
[4]
1994
[5]系统.北京:
.电力电子技术.北京:
机械工业出版社,2007电力拖动自动控制系统.北京:
机械工业出版社,2008
.电力电子装置及系统.北京:
.电力拖动控制系统设计手册.北京:
.电机工程手册第九卷自动控制1982
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 晶闸管 直流 调速 系统