武汉理工大学电力电子技术课程设计课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 李向明 工作单位： 自动化学院 题目： 三相全控桥式晶闸管-电动机系统设计初始条件：1直流电动机额定参数： PN=10KW, UN=220V, IN =50A,nN =1000r/min，电枢电阻Ra=0.5，电流过载倍数1.5，电枢电感LD =7mH，励磁电压UL=220V 励磁电流IL=1.6A，使用三相可控整流电路，电动机负载，工作于电动状态。2. 进线交流电源：三相380V3. 性能指标：直流输出电压0-220V，最大输出电流75A，保证电流连续的最小电流为5A。要求完成的主要任务：1. 三相全控桥式主电路设计（包括整流变压器参数计算，整流元件定额的选择，平波电抗器电感量的计算等）,讨论晶闸管电路对电网及系统功率因数的影响。2.触发电路设计。触发电路选型（可使用集成触发器），同步信号的定相等。3.晶闸管的过电压保护与过电流保护电路设计。4.提供系统电路图纸不少于一张。课程设计说明书应严格按统一格式打印，资料齐全，坚决杜绝抄袭，雷同现象。应画出单元电路图和整体电路原理图，给出系统参数计算过程，图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。时间安排：2011.7.42011.7.5 收集资料2011.7.62011.7.8 系统设计2011.7.92011.7.10 撰写课程设计论文及答辩指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 摘 要整流电路由其是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应用的最为广泛的电路，不仅应用于一般工业领域，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统以及其他领域。三相可控整流电路中应用最多的是三相桥式全控整流电路。这次设计主要对三相桥式整流电路进行研究。本此设计主要就是针对直流调速装置，利用晶闸管三相全控桥式整流技术，结合集成触发器芯片，组成晶闸管三相全控桥式整流直流电动机调速系统，主要应用的芯片是TCA785集成移相触发控制芯片，实现调速系统。同时设计出完整的电气原理图，将分别介绍各个模块的构成原理和使用方法。关键词：整流电路；触发电路；TCA785；三相全控桥式目 录1三相全控桥式主电路设计11.1整流变压器的设计11.1.1整流变压器的设计原理11.1.2整流变压器的参数设定11.1.3变压器次级相电压的计算11.1.4初、次级电流与变压器容量的计算31.1.5变压器参数计算和选择41.2整流电路51.2.1晶闸管简介51.2.2整流器件的定额计算和选择61.2.3三相全控桥式整流电路的特点61.3 平波电抗器的参数及选择71.3.1电抗器的电感71.3.2整流变压器漏电感的计算81.4晶闸管对电网的影响81.5 系统功率因数的讨论102触发电路的设计112.1 TCA785集成移相触发器112.1.1 TCA785简介及特点112.1.2 TCA785的引脚排列级功能112.1.3 TCA785工作原理和内部结构122.2触发电路的设计133晶闸管保护电路设计153.1晶闸管过压保护电路设计153.1.1交流侧过电压保护163.1.2直流侧的过电压保护173.1.3晶闸管换相过电压的保护173.2晶闸管过流保护电路设计183.3电流上升率、电压上升率194 设计心得21参考文献22附录23三相全控桥式晶闸管-电动机系统设计1三相全控桥式主电路设计1.1整流变压器的设计1.1.1整流变压器的设计原理整流变压器就是降压变压器。降到所需电压后再用半导体管整流。变压器和普通变压器的原理相同。变压器是根据电磁感应原理制成的一种变换交流电压的设备。变压器一般有初线和次级两个互相独立绕组，这两个绕组共用一个铁芯。变压器初级绕组接通交流电源，在绕组内流过交变电流产生磁动势，于是在闭合铁芯中就有交变磁通。初、次级绕组切割磁力线，在次级就能感应出相同频率的交流电.变压器的初，次级绕组的匝数比等于电压比。在晶闸管整流装置中，很多情况下晶闸管整流装置所要求的交流电电压与电网电压往往不能一致，这就需要利用变压器来匹配；另外，为降低或减少晶闸管交流装置对电网和其它用电设备的干扰，也需要设置变压器把晶闸管装置和电网隔离。因此，在晶闸管整流装置中，一般都需要设置整流变压器，当且仅当晶闸管交流侧电压和电网电压一致时可以省去。1.1.2整流变压器的参数设定变压器的参数计算之前，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。先选择二次电压有效值U2，U2数值的选择不可过高和过低，如果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，使功率因素变小；如果过低会得不到负载要求的直流电压的现象。整流变压器额定参数的计算，主要根据主电路的形式，负载的大小，输出直流电压和负载电流，求出整流变压器的次级相电压、次级电流和容量，然后求出初级电流和容量。1.1.3变压器次级相电压的计算整流器主电路有多种接线形式，在理想情况下，输出直流电压Ud与变压器次级相电压U2有以下关系其中KUV为主与主电路接线形式有关的常数；KB为以控制角为变量的函数，设整流器在控制角=0和控制角不为0时的输出电压平均值分别为UD0和UD，则KUV=UDO/U2，KB=UD/UDO。在实际运行中，整流器输出的平均电压还受其它因素影响，主要有：（1）电网电压的波动。一般电网电压的波动允许范围在+5%-10%，考虑电网电压最低的情况，设计中通常取电压波动系数=0.9-0.95。（2）整流元件的正向压降。实际上整流元件要降掉一部分输出电压，设其为UT。由于整流元件和负载是串联的，导通回路中串联元件越多，所以降掉的电压也就越多，设回路原件串联个数为NS，这样降掉的电压为NSUT。（3）直流回路的杂散电阻。设备工作时会产生附加电压降，一般U占额定电压的0.2%0.25%。（4）换相重叠角引起的电压损失。换相重叠角引起的电压降Ud由交流回路的电抗引起，可由整流变压器漏抗Xs表示。变压器漏抗主要和短路电压百分比Uk%有关。不同容量的变压器其短路电压百分比也不一样。Ud可由以下公式计算，对于n相桥式电路，在三相桥式里，也为（5）整流变压器电阻的影响。假定功率因素为1，则交流电压的损失Ua为由其引起的整流输出电压的压降为考虑以上所有因素，整流电压的直流输出电压为次级相电压有效值的计算公式为KX叫做换相电压降系数，对换相压降有影响，它与电路的接线形式有关，当电路为n相桥式整流时，KX为表1-1整流变压器计算系数1.1.4初、次级电流与变压器容量的计算以三相桥式整流电路为例进行分析。大电感负载时，负载电流基本上是直流，因而晶闸管电流为方波，变压器次级电流也为方波，其有效值与负载电流成正比关系。变压器次级电流i2的波形为正负对称的矩形波，可分解成基波与各次谐波。由于没有直流分量，因此它们都可以通过变压器的磁耦合反映到一次绕组中去。所以，i2和i2电流波形相似，其有效值为次级电压以理想情况计算为,所以，变压器次级容量为变压器初级电流为变压器初级容量为可见，当变压器次级电流无直流分量时，次级容量等于初级容量。对于三相全控桥式整流电路来说，=变压器的等效电容为初、次级电容的平均值表1-2各种整流电路变压器容量计算系数整流电路变压器负载性质三相全控桥电阻性负载2.341.221.051.051.05电感性负载2.341.221.051.051.05由表可知，整流变压器的平均容量都大于整流功率Pd，二者之比越接近于1，则该种线路变压器的利用率越高。1.1.5变压器参数计算和选择（1）UD0的选择：直流电动机的额定电压为220，即可知道要使电动机工作在电动状态所需要的额定电压为220，即UD=220。根据给定的直流电动机的参数可求得和的值为为电动机电枢电路总电阻的标么值，为对于电动机额定电流和电压的电阻的标么值。根据所给参数，得。由于是三相全控桥整流电路，Ns=2，整流元件降压UT=1，KUV=2.34，KB=COS， 。为度范围，取。为计算方便，电枢回路铜损耗忽略。将以上所得的参数带入到公式得，因为进线交流电源是三相380V。故本设计可以选择，此电压可以在为度范围内使整流电路输出的直流电压，使电动机达到额定工作状态。（2）容量的计算：根据三相全控桥变压器二次侧电流的有效值的计算公式计算得，。由于变压器采用型连接，则即即可求得， 即综上所述，选择型号为，380的变压器。1.2整流电路1.2.1晶闸管简介晶闸管是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极； 晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。晶闸管的开通和关闭和三极管有很大的差别，可以视为一个双稳态器件，只具有两个工作状态即开通和关闭。晶闸管的开通受2个条件约束，阴阳极的正偏压和门极与阴极的正偏压，关断则只需要流过管子的电流小于一定的值，并且维持一定的时间就自然关断。不受门极控制。工作原理相当于两个三极管的等效电路。图1-1 晶闸管的结构与工作原理a)晶闸管双晶体模型 b)工作原理1.2.2整流器件的定额计算和选择本设计采用晶闸管三相全控桥整流电路，根据设计要求可得由此可以的出，经分析知，综上所述，选定额为IT(AV) 50A, UTN800V的晶闸管作为整流器件，可采用KP50系列的晶闸管，其IT(AV) 50A，通态平均电压上限值由各制造厂根据合格的形式试验给出。1.2.3三相全控桥式整流电路的特点（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，且不能为同一相器件。（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120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。 表1-3三相桥式全控整流电路电阻负载a=0时晶闸管工作情况时 段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压UdUa-Ub=UabUa-Uc=UacUb-Uc=UbcUb-Ua=UbaUc-Ua=UcaUc-Ub=Ucb（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