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1、个人资料整理仅限学习使用1 / 38 摘要转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。根据晶闸管的特性，通过调节控制角 大小来调节电压。基于设计题目，直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路。在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。本文首先确定整个设计的方案和框图。然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计，同时对其参数的计算，包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。接着驱动电路的设计包括触发电路和脉冲变压器的设计。最后，即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路，本文采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器
2、。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称做外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。最后画出了调速控制电路的电气原理图。目录摘要 1 关键词： 双闭环；转速调节器；电流调节器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用2 / 38 Abstract2 前 言 3 1绪论 5 1.1直流调速系统的概述 5 1.2 设计内容要求 7 2 VM调速系
3、统方案 72.1 直流电动机的调速方法72.2 调速系统的性能指标 112.2.1 静态调速指标 112.2.2 调速范围 112.2.3 静差率 112.2.4 动态调速指标 122.2.5 跟随性能指标： 122.2.6 抗扰性能指标 132.3 开环调速系统 142.4 单闭环调速系统 152.4.1 单闭环有静差调速系统 152.4.2 调速系统的稳态特性 152.5 双闭环调速系统 202.5.1 双闭环直流调速系统的组成202.5.2 双闭环直流调速系统总设计框图202.5.3 系统设计原理 213晶闸管可控整流装置 25 3.1 可控整流电路 253.2 电子电路主电路的选择 2
4、63.2.1 主电路的结构形式 27精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用3 / 38 4 触发电路 294.1 触发电路种类 294.2 触发电路选择 304.3 电参数 34结论 36 参 考 文 献 38 致谢 39 前 言直流电机调速系统在现代化工业生产中已经得到广泛应用。直流电动机具有良好的起、制动性能和调速性能，易于在大范围内平滑调速，且调速后的效率很高。针对直流电机调速的方法也很多，目前国内外也研究了一些调速的控制器。例如已经用于实际生产的直流电机无级电子调速控制器采用国际先进的I
5、GBT 大功率模块精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用4 / 38 器件和独特自行设计的PWM 微电子控制技术，以及节能反馈电路和丰富的保护功能控制电路。适用于无轨机车、矿山井下窄轨机车、磨床、木工机械、服装制作、纺织、造纸印刷等场所。该控制器具有调速平稳，安全可靠，提高生产效率；直流电机正反转控制简便；可以与计算机连接控制等特点。b5E2RGbCAP 直流电动机有三种调速方法，分别是改变电枢供电电压、励磁磁通和电枢回路电阻来调速。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢电压方式
6、为最好，调压调速是调速系统的主要调速方式。直流调压调速需要有专门的可控直流电源给直流电动机，随着电力电子的迅速发展，直流调速系统中的可控变流装置广泛采用晶闸管，将晶闸管的单向导电性与相位控制原理相结合,构成可控直流电源,以实现电枢端电压的平滑调节。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内实现平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流拖动控制系统又是交流拖动控制系统的基础，所以应该首先掌握直流拖动控制系统。p1EanqFDPw 本设计的题目是晶闸管直流电机调速系统的设计。采用静止式可控整流器即改革后的晶闸管 电动机调速系统作为调节电枢供电
7、电压需要的可控直流电源。由于开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速，但是许多需要调速的生产机械常常对静差率有要求则采用反馈控制的闭环调速系统来解决这个问题。如果对系统的动态性能要求较高，则单闭环系统就难以满足需要。而转速、电流双闭环直流调节系统采用 PI 调节器可以获得无静差；构成的滞后校正，可以保证稳态精度；虽快速性的限制来换取系统稳定的，但是电路较简单。所以双闭环直流调速是性能很好、应用最广的直流调速系统。本设计选用了转速、电流双闭环调速控制电路，本课题内容重点包括调速控制器的原理，并且根据原理对控制器的两个调节进行了详细地设计。概括的整个电路的动静态性能，并各个部分的保护和晶闸管的触发
8、电路设计，最后将整个控制器的电路图设计完成,DXDiTa9E3d 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用5 / 38 1绪论1.1直流调速系统的概述三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准
9、化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速 , 以满足工作机械的要求。从机械特性上看, 就是通过精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用6 / 38 改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性, 从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点, 使电动机的稳定运转速度发生变化。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力
10、拖动的领域中得到了广泛的应用。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。RTCrpUDGiT 转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统，采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。转速、电流双闭环直流调速系统的控制规律、性能特点和设计方法是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础，所以掌握直流双闭环调速系统对于电力拖动控制系统的学习有很重要的作用。5PCzVD7HxA 从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自
11、动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的拖动控制系统。相比于交流调速系统，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟。jLBHrnAILg 直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在20 世纪 60 年代发展起来的电力电子技术，使电能可以变换和控制，产生了现代各种高效、节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产，交通运输，楼宇、办公、家庭自动化提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量，使人类社会生产、生活发生了巨大的变化。随着新型电力电子器件的研究和开发以及先进控制技术的发展，电力电子和电力
12、拖动控制装置的性能也不断优化和提高，这种变化的影响将越来越大。xHAQX74J0X 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用7 / 38 1.2 设计内容要求直流电动机： 60KW，220V，305A，1000r/min，采用 V-M 系统，主电路总电阻， min/r。LDAYtRyKfE 要求：调速范围 D=20，静差率 s5% 。设计内容：1. 确定调速系统方案2. 主电路选择3. 触发电路选择4. 调速系统稳态参数计算5. 绘制电气系统原理图2 VM调速系统方案2.1 直流电动机的调速方法调
13、速的定义：在某一具体负载情况下，通过改变电动机或电源参数的方法，使机械特性曲线得以改变，从而使电动机转速发生变化或保持不变。Zzz6ZB2Ltk 根据直流电机转速方程式中n转速r/min）；U 电枢电压V）； I 电枢电流A）；R 电枢回路总电阻 ）；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用8 / 38 励磁磁通Wb）；K 由电机结构决定的电动势常数。dvzfvkwMI1 由直流电机转速方程可以看出，有三种方法调节电动机的转速： 1）调节电枢供电电压 U；工作条件：保持励磁 = N ；图 1 调压
14、调速特性曲线保持电阻 R = Ra 调节过程：改变电压 UN U, U n ，n0 调速特性：转速下降，机械特性曲线平行下移。 2）减弱励磁磁通；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用9 / 38 图 2 调磁调速特性曲线工作条件：保持励磁 = N ；保持电压 U =UN ；调节过程：增加电阻 Ra R R n ，n0不变；调速特性：转速下降，机械特性曲线变软。3）改变电枢回路电阻 R。工作条件：保持电压 U =UN ；保持电阻 R = R a ；精选学习资料 - - - - - - - - -
15、 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用10 / 38 图 3 调阻调速特性曲线调节过程减小励磁N n ，n0 调速特性：转速上升，机械特性曲线变软0 三种调速方法的性能与比较对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。rqyn14ZNXI 因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10
16、 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用11 / 38 2.2 调速系统的性能指标静态调速指标和动态调速指标2.2.1 静态调速指标调速范围、静差率2.2.2 调速范围生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫调速范围，用字母 D 表示，即2.2.3 静差率当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落 与理想空载转速之比，称为静差率即EmxvxOtOco 或用百分数表示 , 显然，静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的。它与机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，稳速精度越高SixE2yXPq5 结论 1：精选学习资料 - - - - - - -
17、- - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用12 / 38 一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。2.2.4 动态调速指标自动控制系统的动态性能指标包括：跟随性能指标抗扰性能指标2.2.5 跟随性能指标 ：在给定信号或参考输入信号的作用下，系统输出量的变化情况可用性能指标来描述。常用的阶跃响应跟随性能指标有6ewMyirQFL tr 上升时间 超调量ts 调节时间突加扰动的动态过程和抗扰性能指标精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 38
18、页个人资料整理仅限学习使用13 / 38 图 4 突加扰动的动态过程2.2.6 抗扰性能指标抗扰性能指标标志着控制系统抵抗扰动的能力。常用的抗扰性能指标有 Cmax 动态降落 tv 恢复时间一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态指标则以跟随性能为主。2.3 开环调速系统在开环控制系统中，不存在由输出端到输入端的反馈通路。因此，开环控制系统又称为无反馈控制系统。开环控制系统由控制器与被控对象组成见图）。控制器通常具有功率放大的功能。kavU42VRUs 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 38 页个人资
19、料整理仅限学习使用14 / 38 图 5 开环控制系统闭环控制系统：可以将控制的结果反馈回来与希望值比较，并根据它们的误差调整控制作用的系统。图 6 闭环控制系统同闭环控制系统相比，开环控制系统的结构要简单得多，同时也比较经济。开环控制系统的缺点是控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。因此，一般仅用于可以不考虑外界影响，或惯性小，或精度要求不高的一些场合，如步进电机的控制，简易电炉炉温调节，水位调节等。y6v3ALoS89 2.4 单闭环调速系统2.4.1 单闭环有静差调速系统根据自动控制原理，为了满足调速系统的性能指标，在开环系统的基础上，引入反馈构成单闭环有静差调速
20、系统，采用不同物理量的反馈便形成不同的单闭环系统，在此引入转速负反馈为例，构成转速负反馈直流调速系统。系统组成： 在电机上安装一台测速发电机TG，从而引出与转速成 正比的负反馈电压，与转速给定电压相比较后，得到偏差电压，经过放大器产生触发装置的控制电压，用以控制电机转速，从而构成了转速负反馈系统。由于被调量是转速，所以称这种系统为调速系统。M2ub6vSTnP 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用15 / 38 图 7 单闭环有静差调速系统原理图2.4.2 调速系统的稳态特性（1） 调速系统
21、的单闭环个环节输入输出量的静态关系如下：电压比较环节放 大 器晶闸管触发整流装置V-M 系统开环机械特性测速发电机Kp-比例调节器放大系统Ks- 晶闸管触发 - 整流装置的放大系数- 测速反馈系数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用16 / 38 由静态结构图可求得转速负反馈闭环调速的静特性方程式静态分析开环机械特性闭环机械特性精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用17 / 38 单闭环调速
22、系统的基本性质1）有静差率系统就是使用比例调节器的闭环控制系统。 2）闭环系统对于给定输入绝对服从 3转速闭环系统的抗扰动性能6）单闭环启动过程分析 1）突加给定电压时，由于电机惯性，转速不能立即建立起来，转速反馈电压为零，偏差电压是稳态工作值倍。0YujCfmUCw 2）由于放大器和触发整流装置的惯性都很小，整流电压会立即达到最高值。(7单闭环有静差调速系统评价系统静特性变硬，在一定静差率要求下调速范围变宽，且系统具有良好的抗扰性能。eUts8ZQVRd 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使
23、用19 / 38 2.5 双闭环调速系统2.5.1 双闭环直流调速系统的组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速环在外面，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。sQsAEJkW5T 该双闭环调速系统的两个调节器ASR 和 ACR 一般都采用 PI 调节器。因为 PI 调节器作为校正装置既可以保证系统的稳态精度，使系统在稳态运行时得到无静差调速，又能提高系统的稳定性；作为控制器
24、时又能兼顾快速响应和消除静差两方面的要求。一般的调速系统要求以稳和准为主，采用PI 调节器便能保证系统获得良好的静态和动态性能。GMsIasNXkA 2.5.2 双闭环直流调速系统总设计框图在生活中，直接提供的是三相交流380电源，而直流电机的供电需要直流电， 因此要进行整流，本设计采用三相桥式整流电路将三相交流电源变成直流电源，最后达到要求把电源提供给直流电动机。TIrRGchYzg 三相交流电路的交、直流侧及三相桥式整流电路中晶闸管中电路保护有电压、电流保护。一般保护有快速熔断器，压敏电阻，阻容式。根据不同的器件和保护的不同要求采用不同的方法。7EqZcWLZNX 驱动电路是电力电子主电路
25、与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节， 它将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。本设计使用的是晶闸管，即半控型器件。驱动电路对半控型只需要提供开通控制信号，对于晶闸管的驱动电路叫作触发电路。lzq7IGf02E 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用20 / 38 直流调速系统中应用最普遍的方案是转速、电流双闭环系统，采用串级控制的方式。转速负反馈环为外环，其作用是保证系统的稳速精度；电流负反馈环为内环，其作
26、用是实现电动机的转距控制，同时又能实现限流以及改善系统的动态性能。转速、电流双闭环直流调速系统在突加给定下的跟随性能、动态限流性能和抗扰动性能等，都比单闭环调速系统好。zvpgeqJ1hk 2.5.3 系统设计原理为了实现转速和电流两种负反馈分别作用，我们在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间嵌套联接。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器 UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外面，称作外环。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，这样构成的双闭环直流调速
27、系统的电路如图一所示。NrpoJac3v1 图 11 直流双闭环调速系统原理图注: ASR转速调节器 ACR 电流调节器 TG 直流测速发电机TA 电流互感器 UPE电力电子装置 Un* 转速给定电压精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用21 / 38 Un 转速反馈电压 Ui*电流给定电压 Ui 电流反馈电压）直流双闭环调速系统由给定电压、转速调节器、电流调节器、三相集成触发器、单相全控桥、直流电动机及转速、电流检测装置组成，其中主电路中串入平波电抗器，以抑制电流脉动，消除因脉动电流引起的电
28、机发热以及产生的脉动转矩对生产机械的不利影响。1nowfTG4KI 图中标出了两个调节器输入输出的电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的控制电压以为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图中还表示了两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定电压的最大值，电流调节器ACR 的输出限幅电压配。限制了电力电子变换器的最大输出电压UdmfjnFLDa5Zo 图 12 调速系统原理图系统方案确定开环系统设计：据题目已知要求开环系统转速降落为：nop=R /CeId=274.5r/min 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 -
29、 - - - - - -第 21 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用22 / 38 D=nNS/ nop1S）当 S=5时 D1 与设计要求不符合，故开环系统不符合设计要求。闭环系统设计：ncl=nNS/D 脉动电流产生脉动转矩 ,对生产机械不利。 (2脉动电流 (斜波电流 流入电源,对电网不利 ,同时也增加电机的发热。并且晶闸管整流电路的输出电压中除了直流分量外,还含有交流分量。把交流分量引到运算放大器输入端,不仅不起正常的调节作用 ,反而会产生干扰 ,严重时会造成放大器局部饱和 ,从而破坏系统的正常工作。tfnNhnE6e5 双闭环转速电流调节方法，虽然相对成本较高，但保证了系统的可
30、靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程。在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满足了生产需求。HbmVN777sL 1.在单闭环调速系统中用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器动态参数的调整，系统的动态性能不够好。V7l4jRB8Hs 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 38 页个人资料整理仅限
31、学习使用23 / 38 2.系统中采用电流截止负反馈环节来限制启动电流，不能充分利用电动机的过载能力获得最快的动态响应，即最佳过渡过程。83lcPA59W9 为了获得近似理想的过度过程，并克服几个信号综合于一个调节器输入端的缺点，最好的方法就是将被调量转速与辅助被调量电流分开加以控制，用两个调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统。所以本文选择双闭环作为设计的最终方案。mZkklkzaaP 3晶闸管可控整流装置整流电路时电力电子电路中出现最早的一种，它将交流电变为直流电，本次设计的目的是实现用晶闸管缺角整流实现直流调压，控制直流电动机的转速。由于我精选学习资料 - - - - -
32、 - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用24 / 38 所设计的是 60KW 的大功率晶闸管整流电路，所以我的设计思路是采用三相桥式全控整流电路。晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机 -发电机组等组成。本设计中，整流装置的主电路为三相桥式整流电路，控制回路可直接由给定的电压作为触发器的移相控制。三相桥式全控整流电路是通过六个晶闸管和足够大的电感把电网的交流电转化为直流电而供给电机使用的，它可以通过调节触发电路的控制电压Uco改变晶闸管的控制角 ，从而改变输出电压 Ud和输出电流 Id 来对电动
33、机进行控制。AVktR43bpw 3.1 可控整流电路三相桥式全控整流电路是通过六个晶闸管和足够大的电感把电网的交流电转化为直流电而供给电机使用的，它可以通过调节触发电路的控制电压Uco改变晶闸管的控制角 ，从而改变输出电压 Ud和输出电流 Id 来对电动机进行控制。晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机-发电机组等组成。据三相桥式整流电路原理图，习惯将其中阴极连接在一起的3 个晶闸管VT1, VT3, VT5 ）称为共阴极组，阳极连接在一起的3 个晶闸管VT4,VT6,VT2 ）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1 至 6 的顺序导通，为此将晶闸管按图示
34、的顺序编号，即共阴极组中与a,b,c 三相电源连接的 3个晶闸管分别为VT1,VT3,VT5,共阳极组中与 a,b,c 三相电源相接的 3 个晶闸管分别为VT4,VT6,VT2 。从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6 。每个时刻均需要 2 个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中 1 个晶闸管是共阴极组的，一个是共阳极组的，且不能为同一相得晶闸管。整流输出电压 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。ORjBnOwcEd 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -
35、- - -第 24 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用25 / 38 图 13 三项桥式全控整流电路原理图3.2 电子电路主电路的选择整流器主电路联结形式的确定：整流器主电路联结形式多种多样，选择时应考虑以下情况：1）可供使用的电网电源相数及容量；2）传动装置的功率；3）. 允许电压和电流脉动率；4）. 传动装置是否要求可逆运行，是否要求回馈制动；本设计任务已规定采用晶闸管三相全控桥式整流电路，具有以下特点：变压器利用率直流侧脉动情况元件利用率电流变化波形畸变 畸变系数）应用场合好0.95）较小 m=6 ）较好120）无较小的原理图如图所示。它通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲
36、的相位，即可改变平均整流电压，从而实现平滑调速。与旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都很大提高，而且在技术性能上也显现出较大的优越性。2MiJTy0dTT 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主，根据晶闸管的特性，可以通过调节控制角大小来调节电压。当整流负载容量较大或直流电压脉动较小时应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源供电。三相整流电路中又分三相半波和全控桥整流电路，因为三相半波整流电路在其变压器的二次侧含有直流分量，故本设计采用了三相全控桥整流电路来供电，gIiSpiue7A 该电路是目前应用最广泛的整流
37、电路，输出电压波动小，适合直流电动机的负载，并且该电路组成的调速装置调节范围广，能实现电动机连续、平滑地转速调节、电动机不可逆运行等技术要求。uEh0U1Yfmh 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用27 / 38 图 14 V-M 系统原理三相全控制整流电路由晶闸管VT1 、VT3 、VT5接成共阴极组，晶闸管 VT4 、VT6 、VT2接成共阳极组，在电路控制下，只有接在电路共阴极组中电位为最高又同时输入触发脉冲的晶闸管，以及接在电路共阳极组中电位最低而同时输入触发脉冲的晶闸管，同时导通
38、时，才构成完整的整流电路。IAg9qLsgBX 为了使元件免受在突发情况下超过其所承受的电压电流的侵害，在三相交流电路的交、直流侧及三相桥式整流电路中晶闸管中电路保护有电压、电流保护。一般保护有快速熔断器，压敏电阻，阻容式。WwghWvVhPE 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用28 / 38 图 15 主电路原理图4 触发电路晶闸管电路是电力电子电路常用电路之一，在生产，生活中应用非常广泛，是一弱强电电路的过渡的桥梁。要使晶闸管开始导通，必须有足够能量的触发脉冲，精选学习资料 - - -
39、 - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用29 / 38 在晶闸管电路中必须有触发电路。用于晶闸管可控整流电路等相控电路的驱动控制，即晶闸管的触发电路。本课题针对晶闸管的触发电路进行设计，其电路的主要组成部分有移相控制电路，触发脉冲形成电路，同步电压环节，脉冲形成，整形放大和输出环节等电路环节组成，涉及触发电路的方案选择以及选择方案后电路的设计，包括电路的工作原理和电路工作过程中的输出波形。由于知识有限，此次课题设计并不全面，有待于进一步完善。asfpsfpi4k 4.1 触发电路种类1 单结晶体管触发电路：脉冲宽度窄，
40、输出功率小，控制线性度差；移相范围一般小于 180度，电路参数差异大，在多相电路中使用不易一致，不付加放大环节。适用范围：可触发 50A 以下的晶闸管，常用于要求不高的小功率单相或三相半波电路中，但在大电感负载中不易采用。ooeyYZTjj1 2 正弦波同步触发电路：由于同步信号为正弦波，故受电网电压的波动及干扰影响大，实际移相范围只有150度左右。适用范围：不适用于电网电压波动较大的晶闸管装置中。BkeGuInkxI 3 锯齿波同步触发电路：它不受电网电压波动与波形畸变的直接影响，抗干扰能力强，移相范围宽，具有强触发，双脉冲和脉冲封锁等环节，可触发200A的晶闸管。适用范围：在大众中容量晶闸
41、管装置中得到广泛的应用。PgdO0sRlMo 4 集成触发电路：移相范围小于180度，为保证触发脉冲的对称度，要求交流电网波形畸变率小于 5%。适用范围：应用于各种晶闸管。3cdXwckm15 根据晶闸管触发电路设计的任务和要求决定采用锯齿波同步触发电路的设计方案进行设计。4.2 触发电路选择锯齿波同步触发电路： KJ004可控硅移相电路。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用30 / 38 可控硅移相电路可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中,作可控硅的双路脉冲移相触发。器件输
42、出两路相差180度的移相脉冲 ,可以方便地构成全控桥式触发器线路。电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低, 有脉冲列调制输出端等功能与特点。h8c52WOngM 电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组成。电原理见下图：锯齿波的斜率决定于外接电阻 R6 、RW1, 流出的充电电流和积分电容C1的数值。对不同的移相控制电压VY,只有改变权电阻 R1 、R2的比例, 调节相应的偏移电压 VP 。同时调整锯齿波斜率电位器 RW1, 可以使不同的移相控制电压获得整个移相范围。触发电路为正
43、极性型,即移相电压增加 , 导通角增大。 R7和 C2形成微分电路 , 改变 R7和 C2 的值, 可获得不同的脉宽输出。的同步电压为任意值。v4bdyGious 图 16 KJ004内部原理图KJ004工作原理精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用31 / 38 如图 3-1 KJ004的电路原理图所示，点划框内为KJ004的集成电路部分，它与分立元件的同步信号为锯齿波的触发电路相似。V1V4 等组成同步环节，同步电压 uS经限流电阻 R20加到 V1、V2 基极。在 uS的正半周， V1
44、导通，电流途径为(+15VR3VD1V1地；在 uS负半周，V2、V3 导通，电流途径为 (+15VR3VD2V3R5R21(15V。因此，在正、负半周期间。 V4 基本上处于截止状态。只有在同步电压 |uS| 0.7V 时，V1V3 截止，V4从电源十 15V 经 R3、R4取得基极电流才能导通。电容 C1接在 V5 的基极和集电极之间，组成电容负反馈的锯齿波发生器。在 V4 导通时， C1经 V4、VD3 迅速放电。当 V4 截止时，电流经(+15VR6C1R22RP1(15V对 C1充电，形成线性增长的锯齿波，锯齿波的斜率取决于流过R22、RP1的充电电流和电容 C1的大小。根据 V4
45、导通的情况可知， 在同步电压正、负半周均有相同的锯齿波产生，并且两者有固定的相位关系。 V6 及外接元件组成移相环节。锯齿波电压uC5、偏移电压 Ub、移相控制电压 UC 分别经 R24、R23、R26在 V6 基极上叠加。当 ube6+0.7V时，V6导通。设 uC5、Ub 为定值，改变 UC，则改变了 V6 导通的时刻，从而调节脉冲的相位。 V7等组成了脉冲形成环节。 V7 经电阻 R25获得基极电流而导通，电容C2由电源+15V经电阻 R7、VD5、V7 基射结充电。当 V6 由截止转为导通时， C2所充电压通过 V6 成为 V7 基极反向偏压，使 V7 截止。此后 C2经 KJ004中
46、稳压管 VS6VS9可提高 V8、V9、V12、V13 的门限电压，从而提高了电精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用32 / 38 路的抗干扰能力。二极管VD1、VD2、VD6VD8 为隔离二极管。 2 采用 KJ004元件组装的六脉冲触发电路，二极管VD1VD12 组成六个或门形成六路脉冲，并由三极管 V1V6 进行脉冲功率放大。 3 由于 V8、V12的脉冲分选作用，使得同步电压在一周内有两个相位上相差的脉冲产生，这样，要获得三相全控桥式整流电路脉冲，需要六个与主电路同相的同步电压。因此
47、主变压器接成D，yn11及同步变压器也接成 D，yn11情况下，集成触发电路的同步电压uSa 、uSb、uSc分别与同步变压器的 uSA、uSB、uSC相接 RP1RP3为锯齿波斜率电位器， RP4RP6为同步相位J0bm4qMpJ9 图 15 KJ004电路原理图封装形式电路采用双列直插 C16白瓷和黑瓷两种外壳封装 ,外形尺寸按电子工业部部颁标准。半导体集成电路外形尺寸SJll0076XVauA9grYP 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用33 / 38 图 16 电路封装图4.3 电
48、参数1.电源电压：直流 +15V、-15V,允许波动土 5(10时功能正常 。2.KJ004 电源电流：正电流 15mA,负电流 10mA。3.同步电压：任意值。4.同步输入端允许最大同步电流： 6mA(有效值 5.移相范围 1700(同步电压 30V,同步输入电阻 15k 6.锯齿波幅度： 10V(幅度以锯齿波平顶为准 。7.输出脉冲：(1宽度：400 S2mS(通过改变脉宽阻容元件达到 。(2幅度：13V。(3最大输出能力 100mA(流出脉冲电流 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 33 页，共 38 页个人资料整理仅限学习使用
49、34 / 38 (4输出管反压： BVCEO18V(测试条件 Ie100 A。8正负半周脉冲相位不均衡 30。9使用环境温度为四级： C：070 R：-5585 E：-4085 M：-55125结论纵观运动控制系统的发展历程，交、直流两大电气传动并存于各个工业领域，虽然各个时期科学技术的发展使它们所处的地位、所起的作用不同，但它们始终是随着工业技术的发展，特别是电力电子和微电子技术的发展，在相互竞争、相互促进中，不断完善并发生着变化。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制有调速系统、位置随动系统、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速( 更本质地说
50、，是控制电动机的转矩 来实现的，因此调速系统是最基本的拖动控制系统。本文所述的直流调速控制系统有许多优势，具有较广泛的应用。例如：节能，容易实现对现有电动机的调速控制，可以实现大范围的高效连续调速控制，容易实现电动机的正反转切换，可以进行高频度的起停运转，可以进行电气制动，电源功率因数大，所需电源容量小，可以组成高性能的控制系统。bR9C6TJscw 在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与