晶閘管整流直流電動機調速系統(tǒng)

1、<p>　　晶閘管整流直流電動機調速系統(tǒng)設計</p><p>　　概述：許多機械要求在一定的范圍內進行速度的平滑調節(jié)，并且要求有良好的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能。而直流調速系統(tǒng)調速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動態(tài)性能，在高性能的拖動技術領域中，相當長時期內幾乎都采用直流電力拖動系統(tǒng)。雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)是直流調速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟，應用最廣泛的電力傳動系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應快、抗干擾能力強等優(yōu)點。&l

2、t;/p><p>　　本此設計主要：就是針對直流調速裝置，利用晶閘管相控整流技術，結合集成觸發(fā)器芯片和調節(jié)器，組成晶閘管相控整流直流電動機調速系統(tǒng)，主要應用的芯片是TCA785集成移相觸發(fā)控制芯片，實現(xiàn)調速系統(tǒng)。同時設計出完整的電氣原理圖，將分別介紹各個模塊的構成原理和使用方法。</p><p>　　關鍵詞：雙閉環(huán) 直流調速 晶閘管 相控</p><p><b&g

3、t;　　1 設計意義及要求</b></p><p><b>　　1.1 設計意義</b></p><p>　　電力電子裝置是以滿足用電要求為目標，以電半導器件為核心，通過合理的電路拓撲和控制方式，采用相關的應用技術對電能實現(xiàn)變換和控制裝置。</p><p>　　通過此次課程設計要求學會電力電子裝置的設計，能夠利用相控整流裝置對直流電

4、動機進行調速系統(tǒng)的設計。</p><p><b>　　1.2 設計要求</b></p><p>　　本次課程設計的題目是晶閘管相控整流直流電動機調速系統(tǒng)設計。</p><p>　　已知直流電動機參數(shù)：=3KW，=220V，=17.5A，=1500。要求采用集成觸發(fā)器及調節(jié)器構成轉速電流閉環(huán)的直流調速系統(tǒng)。設計繪制該系統(tǒng)的原理圖，并計算晶閘管的額

5、定電壓和額定電流。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)電路設計</b></p><p>　　根據(jù)設計的要求，可將設計分為兩大部分，一是主電路及系統(tǒng)原理圖，二是控制電路，系統(tǒng)原理圖部分我們采用的是三相全控整流裝置，在這里我們使用三個TCA785芯片以便滿足設計的要求，同時要加入轉速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，更好的實現(xiàn)調速的要求，達到穩(wěn)定的速度效果。電路原理總圖見附錄。</

6、p><p><b>　　2.1 系統(tǒng)主電路</b></p><p>　　晶閘管相控整流電路有單相、三相、全控、半控等，調速系統(tǒng)一般采用三相橋式全控整流電路，如圖1所示。在變壓器二次側并聯(lián)電阻和電容構成交流側瞬態(tài)過電壓及濾波，晶閘管并聯(lián)電阻和電容構成關斷緩沖；快速熔斷器直接與晶閘管串聯(lián)，對晶閘管起過流保護作用。</p><p>　　圖1 三相橋式全控

7、整流主電路圖</p><p>　　系統(tǒng)采用轉速、電流雙閉環(huán)的控制結構，原理框圖如圖2所示。兩個調節(jié)器分別調節(jié)轉速和電流，二者之間實行串級連接，轉速調節(jié)器的輸出作為電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制晶閘管的觸發(fā)電路。從閉環(huán)反饋的結構上看，電流調節(jié)環(huán)是內環(huán)。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的兩個調節(jié)器都采用ＰＩ調節(jié)器。這樣組成的雙閉環(huán)系統(tǒng)，在給定突加的過程中表現(xiàn)為一個恒值電流調節(jié)系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)中又表

8、現(xiàn)為無靜差調速系統(tǒng)，可獲得良好的動態(tài)及靜態(tài)性能。</p><p>　　圖2 轉速電流雙閉環(huán)的系統(tǒng)原理框圖</p><p><b>　　2.2 控制電路</b></p><p>　　控制電路主要包括觸發(fā)器、速度調節(jié)器、電流調節(jié)器、檢測電路等組成。</p><p>　　2.2.1 觸發(fā)電路設計</p><

9、p>　　設計觸發(fā)電路，在這里我們采用TCA785芯片（圖3）。</p><p>　　TCA785是德國西門子(Siemens)公司于1988年前后開發(fā)的第三代晶閘管單片移相觸發(fā)集成電路，與原有的KJ系列或KC系列晶閘管移相觸發(fā)電路相比，它對零點的識別更加可靠，輸出脈沖的齊整度更好，而移相范圍更寬，且由于它輸出脈沖的寬度可人為自由調節(jié)，所以適用范圍較廣。</p><p>　　由于TCA

10、785芯片具有更好的特性，對過零點的識別更加可靠，輸出脈沖的整齊度更好，移相范圍更寬，在現(xiàn)在要求調速系統(tǒng)特性越來越高的環(huán)境下，本次設計采用的就是TCA785芯片。</p><p>　　圖3 TCA785芯片</p><p>　　其中5腳為外接同步信號端，用于檢測交流電壓過零點。10腳為片內產(chǎn)生的同步鋸齒波，其斜坡最大及最小值由9、10兩腳的外接電阻與電容決定。通過與11腳的控制電壓相比較，

11、在15和14腳可輸出同步的脈沖信號，因此，改變11腳的控制電壓，就可以實現(xiàn)移相控制，脈沖的寬度則由12腳外接電容值決定[1] ，當選擇雙窄脈沖的驅動方式時，12腳應接150pF電容。實際上，有幾十個微秒的脈沖寬度即可使晶閘管正常導通。</p><p>　　利用TCA785芯片實現(xiàn)三相橋式相控整流的一般方法是利用三相同步變壓器從電源進線端引入三路同步信號，這樣，將同步信號整形后分別輸?shù)饺琓CA785（編號為A,B

12、.C）的5腳，能控制6只晶閘管，然后通過引腳復用即可實現(xiàn)雙窄脈沖方式驅動。雙窄脈沖方式由于驅動脈寬窄，因而可以有效地減小驅動用脈沖變壓器的體積，防止磁芯飽和[2]。該方法的主電路及同步變壓器如圖2所示，三片TCA785片的引腳與所控制的晶閘管的對應關系如圖4所示。晶閘管通過一個型同步變壓器為TCA785提供同步信號，當進線相序為正序A、B、C時，同步變壓器的三個輸出端所對應的中性點的實際電壓向量為AC、BA、CB，將AC接至TCA785

13、（A），BA接至TCA785（B），CB接至TCA785（C）。即可實現(xiàn)正序輸入時晶閘管的同步驅動。</p><p>　　圖4 三片TCA785引腳及其對應的晶閘管</p><p>　　2.2.2 調節(jié)器的設計</p><p>　　電流調節(jié)器對其輸入信號（給定量和反饋量）進行加減、比例、積分、微分、延時等運算。它由以下幾部分組成：運算放大器、二極管限幅電路、互補輸出

14、的電流調節(jié)器、輸入阻抗網(wǎng)絡和反饋阻抗網(wǎng)絡等。速度調節(jié)器電路與電流調節(jié)器結構形式完全相同。</p><p>　　圖5為轉速電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的原理圖，圖中兩個調節(jié)器ASR和ACR分別轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器，二者串級聯(lián)接，即把轉速調節(jié)器的輸出作為電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置，電流環(huán)在內，稱之為內環(huán)，轉速環(huán)在外，稱之為外環(huán)。</p><p>　　為了獲得良好

15、的靜、動態(tài)性能，轉速和電流兩個調節(jié)器一般都采用PI調節(jié)器。這樣構成的雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的電路原理圖示于下圖。圖中標出了兩個調節(jié)器輸入輸出電壓的實際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓為正電壓的情況標出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。兩個調節(jié)器輸出都帶有限幅，轉速調節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值，電流調節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。</p><p>　　圖5

16、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)</p><p>　　2.2.3 檢測電路</p><p><b>　　圖6 電流檢測電路</b></p><p>　　電流反饋焊接由霍爾元件及運算放大器組成，用以檢測可控硅直流側的電流信號，以獲得與電流成正比的電流電壓信號和過流信號。速度反饋環(huán)節(jié)把測速發(fā)電機輸出電壓變換成適合控制系統(tǒng)的電壓信號。電流檢測電路和速度檢測電路如圖

17、6和圖7所示。</p><p><b>　　圖7 速度檢測電路</b></p><p><b>　　3 晶閘管參數(shù)計算</b></p><p>　　已知直流電動機參數(shù)：=3KW，=220V，=17.5A，=1500?？梢郧蟮镁чl管通態(tài)電流平均值為：</p><p><b>　　=（1.5~

18、2）K</b></p><p>　　=（1.5~2）×0.367×1.2</p><p>　　=（1.5~2）×0.367×1.2×17.5</p><p>　　=11.4975~15.33 （A）</p><p><b>　　晶閘管額定電壓為：</b><

19、;/p><p><b>　　=（2~3）</b></p><p><b>　　=（2~3）×</b></p><p>　　=（2~3）××220</p><p>　　=1077.8~1616.7 （V）</p><p><b>　　總結與體

20、會</b></p><p>　　這次的論文設計應用了電力電子技術、電機拖動技術以、電力拖動技術等學科的知識。做完此次論文設計后，對這些學科都有了進一步的熟悉和掌握，并且能夠將所學的知識結合起來應用，這是本次論文設計的最大收獲。</p><p>　　本次論文設計是設計晶閘管相控整流直流電動機調速系統(tǒng)。為了完成這個論文設計，我通過大量的查找資料，對電動機的調速有了比較系統(tǒng)的認識。同

21、時還對TCA785芯片更加的熟悉，掌握了該芯片的應用方法。為了畫出該系統(tǒng)的電路原理圖，還用到了Protel軟件，熟悉了該軟件的應用。</p><p>　　經(jīng)過這次的論文設計，不僅在書上學到的知識得到了鞏固，而且還在設計過程中拓展了其他沒有學過的知識。這次的論文設計從查找資料，到確定方案，通過自己查找資料，了解情況，讓我對所學的知識有了更好的了解，并且讓我知道了所學的知識與現(xiàn)實工業(yè)生產(chǎn)之間的聯(lián)系，使得我們對知識深刻

22、的了解和鞏固。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)(第3版).北京：機械工業(yè)出版社,2003.7</p><p>　　[2] 胡壽松.自動控制原理簡明教程.北京：科學出版社，2002.4</p><p>　　[3] 陳堅.電力電子學（第二版）.北京：高等

23、教育出版社，2004.6</p><p>　　[4] 楊蔭福.電力電子裝置及系統(tǒng).北京：清華大學出版社，2006.9 </p><p>　　[5] 王兆安，張明勛.電力電子設備設計和應用手冊.北京: 機械工業(yè)出版社,2002</p><p>　　[6] 黃俊.電力電子變流技術.北京：機械工業(yè)出版社，2001.8</p><p><b&g

24、t;　　電路原理總圖</b></p><p><b>　　電力電子論文設計</b></p><p>　　題目：晶閘管整流直流電動機調速系統(tǒng)</p><p><b>　　姓名：宋紅娜</b></p><p><b>　　班級：電子（2）班</b></p>