单相全控桥式晶闸管—电动机系统设计.docx

单相全控桥式晶闸管—电动机系统设计1设计要求及分析1.1 设计要求电动机负载，直流电动机额定参数为：＝3KW，＝220V，＝17A，＝1500r/min ，＝0.2Ω，励磁：它励，励磁电压220V，进线交流电源：三相380V，电流过载倍数λ＝1.5，使用单相可控整流电路，工作于电动状态。要求设计出单相全控桥式主电路、触发电路、晶闸管的过电压保护与过电流保护电路，并且提供系统总的电路图。1.2 设计分析设计要求中提供的电动机为直流电动机，因此需要用到整流电路。整流电路是电力电子电路中经常用的一种电路，它将交流电转变为直流电。这里要求设计的主电路为单相全控桥式晶闸管电路，接电动机负载。由于电动机是阻感负载，且工作时相当于反电动势负载，因此要分别予以分析考虑。晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。在电力电子电路中，可能会出现一些突发情况，比如电压过大、电流过大、电压电流变化速率过快等等，这些都会使晶闸管烧坏，导致整个电路不能正常工作，因此，需要额外的设计保护电路对晶闸管进行过电压过电流保护，从而保证电力电子电路正常工作。他励直流电动机是由其他直流电源单独供给励磁电流的电动机，它将直流电能转变为机械能。从整个系统来看，单相桥式全控整流电路将交流电网中的交流电转变成直流电，直流电驱动直流电动机工作，但为了保护晶闸管正常工作，需要围绕晶闸管设计触发电路、过电压和过电流保护电路。2晶闸管—电动机系统根据设计要求可以画出系统总体框图如图1所示。图1 系统总体框图晶闸管可控整流装置带电动机负载组成的系统，习惯上称为晶闸管直流电动机系统，是电力拖动系统中主要的一种，也是可控整流装置的主要用途之一。这里用到的控制电路为单相桥式全控。整流电路直流电压的平衡方程为：式中，为电路总的阻抗，它包括变压器等效电阻、电枢电阻以及重叠角引起的阻抗。由于电流断续对电动机负载是很不利的，因此需要串联一平波电抗器来保证电流连续。当电流连续时，电动机转速与电流的关系如下式所示。由于单相全控桥式整流电路中，所以，式中，为晶闸管正向压降，一般为1V左右；为电动机在额定磁通下的电动机转速比；为电路总的阻抗；3单相全控桥式整流电路单元电路模块分析从系统总体框图可以看出，单项全控桥式晶闸管—电动机系统包含整流变压器、全控桥式主控电路、触发电路、保护电路、电动机负载几个部分，下面将分别对每个电路模块进行详细分析。3.1 单相全控桥式整流电路所谓整流电路就是利用电力电子器件（例如晶闸管）对电路进行控制，将交流电转变为直流电的一种电力电子电路。而单相桥式全控整流电路主要利用晶闸管这一电力电子器件对电路进行控制，形成直流电压或电流，从而为直流电动机提供直流电。单相全控桥式整流电路图如图2所示。图2 单相全控桥式整流电路由于电动机是阻感负载，并且带反电动势，因此需要对这两种情况分别予以考虑分析。3.1.1带阻感负载时的工作情况所谓阻感负载就是负载中既有电阻，又有电感。其电路图如图3所示。图3 单相全控桥带阻感负载为了便于讨论，假设电路已工作与稳态。在正半周，触发角处给晶闸管和加触发脉冲使其开通，。负载中有电感存在使负载电流不能突变，电感对负载电流起平波作用，假设负载电感很大，负载电流连续且波形近似为一水平线，其波形如图4所示。过零变负时，由于电感的作用晶闸管和中仍流过电流，并不关断。至π+时刻，给和加触发脉冲，因和本已承受正电压，故两管导通。和导通后，通过和分别向和施加反压使和关断，流过和的电流迅速转移到和上，此过程称为换相，亦称换流。至下一周重复上述过程，如此循环下去。波形如图4所示。其平均值为：单相桥式全控整流电路带阻感负载时，晶闸管承受的最大正反向电压均为。图4 单相全控桥式整流带阻感负载时的工作波形变压器二次电流的波形为正负各的矩形波，其相位由决定，有效值。电流波形如图4所示。3.1.2带反电动势负载时的工作情况所谓反电动势负载就是当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看成一个直流电压源，对于整流电路，它们就是反电动势负载。直流电动机工作时会产生反电动势，因此可以看作是反电动势负载。其电路图如图5所示。图5 单相全控桥带电动机反电动势负载忽略主电路各部分的电感时，只有在瞬时值的绝对值大于反电动势即时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。晶闸管导通之后，，，直至，即降至0使得晶闸管关断，此后。与电阻负载相比，晶闸管提前了电角度停止导电。3.1.3晶闸管电路对电网的影响随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置的应用越来越广泛，但电力电子装置也有其不好的地方，比如其带来的无功和谐波会对电网带来很不利的影响。晶闸管作为一种电力电子装置，也难免会对电网产生不利影响，突出表现为以下几个方面。晶闸管电路中产生的谐波对电