度,
=(
-E)/R
当a=0度时,
最大,
=0.9U2=110v所以有
=122V
=
/R=(110-100)/R=10所以有R=1Ω
=
=10A
=
=2×
=345V
故晶闸管选用KP6400-1-12即可满足要求。
2.3.2变压器变比k=U/
=220/122=110/61
=
×
=122×10=1.22×103.考虑到安全性问题以及损耗,取变压器S=3×104W,
2.3.3平波电抗器的确定
如图2(b)所示,id波形在一个周期内有部分时间为零的情况,称为电流断续。
与此对应,若
波形不出现为0的情况,称为电流连续。
当a<δ时,触发脉冲到来时,晶闸管承受负电压,不可能导通。
为了使晶闸管可靠导通,要求触发电路有足够的宽度,保证当我wt=δ时刻晶闸管开始承受正电压时,触发脉冲依然存在。
这样,相当于触发角被推迟为δ,即a=δ.
负载为直流电动机时,如果出现电流断流则电动机的机械特性将很软。
从图2中可以看出,导通角θ越小,则电流波形的低部就越窄。
电流平均值是与电流波形的面积成正比的,因而为了增大电流平均值,必须增大电流峰值,这要求较多地降低反电势。
因此,当电流断续时,随着
的增大,转速降落较大,机械特性较软,相当于整流电源的内阻增大。
较大的电流峰值在电动机换向时容易产生火花,其电流波形底部越窄,则其有效值越大,要求电源的容量也大。
图2(a)(b)
为了克服以上缺点,一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器,用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间。
有了电感,当
小于E甚至
值变负时,晶闸管仍然导通。
只要电感量足够大就能使电流连续,晶闸管每次导通180度,这时整流电压
的波形和电感负载电流连续时的波形相同,
的计算公式也一样。
针对电动机在低速轻载时电流连续的情况,给出
和
的波形如图3
图3
为保证电流连续所需要的电感值L可由下式求出:
平波电抗器L=2.87×10-3×122/10=0.035H
2.4触发电路设计或选择
本设计选择同步信号为锯齿波的触发电路,如图所示:
如图1是同步信号为锯齿波的触发电路.此电路输出可为单窄脉冲,也可为双窄脉冲,以适用于有两个晶闸管同时导通的电路,例如三相全控桥.本设计采用单窄脉冲,电路可分为三个基本环节:
脉冲的形成与放大,锯齿波的形成和脉冲移相,同步环节.此外,电路中还有强触发和双窄脉冲的形成环节.现重点介绍脉冲形成.,脉冲移相,同步等环节.
2.4.1脉冲形成环节
脉冲形成环节有晶体管V4,V5组成,V7,V8起脉冲放大作用.控制电压uco加在V4基极上,电路的触发脉冲有脉冲变压器TP二次侧输出,其一次绕组接在V8集电极电路中.
当控制电压
=0时,V4截止.+E1(+15)电源通过R11供给V5一个足够大的基极电流,使V5饱和导通,所以V5的集电极电压Uc5接近于-E1(-15V).V7,V8处于截止状态,无脉冲输出.另外,电源的+E1(15V)经R9,V5发射结到-E1(-15V),对电容C3充电,充满后电容两端电压接近2E1(30V),极性如图1所示.
当控制电压
≈0.7V时,V4导通,A点电位由+E1(15V)迅速降低至1.0V左右,由于电容C3两端电压不能突变,所以V5基极电位迅速降至约-2E1(-30V),由于V5发射结反偏置,V5立即截止.它的集电极电压由-E1(-15V)许素上升到钳位电压+2.1V(VD6,V7,V8三个PN结正向压降之和),于是V7,V8导通,输出触发脉冲.同时,电容C3经电源+E1,R11,VD4,V4放电和反向充电,使V5基极电位又逐渐上升,直到Ub5>-E1(-15V),V5又重新导通.这时uc5又立即降到-E1,使V7,V8截止,输出脉冲终止.可见,脉冲前沿由V4导通时刻确定,V5(或V6)截止持续时间即为脉冲宽度.所以脉冲宽度与凡响充电回路时间常数R11、C13有关.
2.4.2锯齿波的形成和脉冲移相环节
锯齿波电压形成的方案较多,如采用自举式电路,恒流电路等.图1所示为恒流电路方案.由V1,V2,V3和C2等元件组成,其中V1,Vs,RP2和R3为一恒流电路.
当V2接着时,恒流源电流I1c对电容C2充电,所以C2两端电压
为
=1/c(∫I1cdt)=I1ct/c
图1同步信号为锯齿波的触发电路
按线性增长,即V3的基极电位
按线性增长.调节电位器RP2,即改变C2的恒定充电电流I1c,可见RP2是用来调节锯齿波斜率的.
当V2 导通时,由于R4阻值很小,所以C2迅速放电,使ub3电位迅速降到零伏附近.当V2周期性地导通和关断时,ub3便形成一锯齿波,同样ue3也是一个锯齿波电压,如图1所示.射极跟随器V3的作用是见效控制回路的电流对锯齿波电压ub3的影响.
V4管的基极电位由锯齿波电压,直流控制电压
直流偏移电压up三个电压作用的叠加值所确定,它们分别通过电阻R6,R7和R8与基极相接.
设uh为锯齿波电压ue3单独作用在V4基极b4时的电压,其值为
uh=ue3(R7//R8)/[R6+(R7//R8)]
可见uh仍为一锯齿波,但斜率比ue3底.同理偏移电压up单独作用时b4的电压u′p为
up′=up(R6//R7)/[R8+(R6//R7)]
可见u′p仍为一条与up平行的直线,但绝对值比up小.直流控制电压
单独作用时b4的电压
′为
′=
(R6//R8)/[R7+(R6//R8)]
可见
′仍为与
平行的一直线,但绝对值比
小.
如果
=0,up为负值时,b4点的波形有
+
′确定,如图2所示.当
为正值时,b4点的波形由
+
′+
确定.由于V4的存在,上述电压波形与实际波形有出入,当b4点电压等于0.7V后,V4导通.之后ub4一直被钳位在0.7V.所以实际波形如图2所示.图中M点是V4由截止到导通的转折点.由前面分析可知V4经过M点时使电路输出脉冲.因此当up为固定值时,改变
便可改变M点的时间坐标,即改变了脉冲产生的时刻,脉冲被移相.可见,加up的目的是为了确定控制电压
=0时脉冲的初始相位.当接阻感负载电流连续时,三相全控桥的脉冲初始相位应在α=90度。
如果是可逆系统,需要在整流和逆变状态下工作,这时要求脉冲的移相范围理论上为180度(由于考虑αmin和βmin,实际一般为120度),由于锯齿波波形两端的非线性,因而要求锯齿波的宽度大于180度,例如240度,此时,令
=0,调节Up的大小使产生脉冲的M点移至锯齿波240度的中央(120度处),对应于α=90度的位置.这时,如
为正值,M点就向前移,控制角α<90度,晶闸管电路处于整流工作状态。
如
为负值,M点就向后移,控制角α>90度,晶闸管电路处于逆变状态.
2.4.3同步环节
在锯齿波同步的触发电路中,触发电路与主电路的同步是指要求锯齿波的频率与主电路电源的频率相同且和相位关系确定.从图1可知,锯齿波是由开关V2管来控制的.V2由导通变截止期间产生锯齿波,V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度,V2开关的频率就是锯齿波的频率.要使触发脉冲与主电源同步,使V2开关的频率与主电路电源频率同步就可达到.图1中的同步环节,是由同步变压器TS和作同步开关用的晶体管V2组成的.同步变压器和整流变压器接在同一电源上,用同步变压器的二次电压来控制V2的通断作用,这就保证了触发脉冲与主电路电源同步.
同步变压器Ts二次电压UTS经二极管VD1间接加在V2的基极上.当二次电压波形在负半周的下降段时,VD1导通,电容C1被迅速充电.因O点接地为零电位,R点为负电位,Q点电位与R点相近,故在这一阶段V2基极为反向偏置,V2截止.在负半周的上升段,+E1电源通过R1给电容C1反向充电,
为电容反向充电波形,其上升速度比
波形慢,故VD1截止,如图2所示.当Q点电位达1.4V时,V2导通,Q点电位被钳位在1.4V.直到TS二次电压
的下一个负半周到来时,VD1重新道统,C1迅速放电后又被充电,V2截止.如此周而复始.在一个正弦波周期内,V2包括截止与导通两个状态,对应锯齿波波形恰好是一个周期,与主电路电源频率和相位完全同步,达到同步的目的.可以看出,Q点电位从同步电压负半周上升段开始时刻到达1.4V的时间越长,锯齿波就越宽.可知锯齿波的宽度是又充电时间常数R1C1决定的.
2.4.4双窄脉冲形成环节
本方案是采用性能价格比优越的,每个触发单元的一个周期内输出两个间隔60度的脉冲的电路,称内双脉冲电路.
图1中V5,V6两个晶体管构成一个”或”门.当V5,V6都导通时,uc5约为-15V,使V7,V8都截止,没有脉冲输出.但只要V5,V6中有一个截止,都会使uc5变为正电压,使V7,V8导通,就有脉冲输出.所以只要用适当的信号来控制V5或V6的截止(前后间隔60度),就可以产生符合要求的双脉冲.其中,第一个脉冲由本相触发单元的
对应的控制角α所产生,使V4由截止变为导通造成V5瞬时截止,于是V8输出脉冲.相隔60度的第二个脉冲是有滞后60度相位的后一相触发单元产生,在其生成第一个脉冲时刻将其信号引至本触发单元V6的基极,使V6瞬时截止,于是本相触发单元的V8管又导通,第二次输出一个脉冲,因而得到间隔60度的双脉冲.其中Vd4和R17的作用,主要是防止双脉冲信号互相干扰.
第3章课程设计的考核
3.1课程设计的考核要求
课程设计采用五级(优、良、中、及格、不及格)评分制。
最后成绩依据课程设计论文及平时成绩决定,其中平时考核成绩占20%。
3.2课程性质与学分
电力电子技术课程设计的课程性质:
考查
学分:
2
第4章设计总结
这次课程设计,我掌握了电力电子设计的技巧,在查阅资料的过程中,学会了许多书本上学不到的东西,并且使自己的动手能力得到了加强,这次课程设计是我们学习完《电力电子技术》之后一次较为综合的设计,毫无疑问,每个人理论与实践的能力都得到了前所未有的锻炼,经过为期10余天的查阅资料、自己总结、与同学探讨等渠道,发现了自己在平时学习时的不足,以及出现的问题都得到了有效的解决,大学生课程设计对每个在校大学生都有很大意义,不但锻炼了我们运用知识的能力,并且为我们以后的毕业设计提供了基础,这次课程设计我更加清楚了以往学习过单相全波整流的现实意义,详细的了解了它的用途,学以致用是每一个学者学习的最终目的,尤其对我们理科生来讲,通过这次课程设计更加坚定了我学其他专业课的信心,并增强了兴趣,激发了自己学习的动力,对以后的工作、研究有很大的帮助。
参考文献
[1]王兆安.电力电子技术.第四版.北京:
机械工业出版社,2003
[2]黄俊,秦祖荫编。
电力电子自关断器件及电路。
北京:
机械工业出版社
[3]陈治明。
电力电子器件基础。
北京:
机械工业出版社
[4]王兆安。
电力电子技术的发展动向。
电力电子技术,1995,(4)
[5]张明勋主编。
电力电子设备设计和应用手册。
北京:
机械工业出版社,1992
[6]天津电气传动设计研究所。
电气传动自动化技术手册。
北京:
机械工业出版社,1992
[6]丁道宏.电力电子技术[M].北京:
航天工业出版社,1995
[7]张志涌,徐彦等.MATLAB教程-基于6.x版本[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2001
[8]姚俊,马松辉.基于MATLAB6.X建模与仿真[M].西安:
西安电子科技大学出版社,2002
[9]吕砚山主编.常用电工电子技术手册.北京:
化工出版社,1995.1
[10]黄俊主编.半导体交流技术.北京:
机械工业出版社,1980.7
[11]赵良炳编著.现代电力电子技术基础.北京:
清华大学出版社,1995.5
[12]郑忠杰主编.晶痼管变流技术.北京:
机械工业出版社,1995.10
[13]陈少华主编.实用电工手册(下一册).南昌:
江西科技出版社,1997.11
[14]龚秋声.桥全可控整流电路ZL87100504.X.北京:
国家知识产权出版社,1990.1
[15]龚秋声.桥全可控整流电路的研究.中国电工技术学会电力电子学会四届年会论文集.1990.7
第3章课程设计的考核
3.1课程设计的考核要求
课程设计采用五级(优、良、中、及格、不及格)评分制。
最后成绩依据课程设计论文及平时成绩决定,其中平时考核成绩占20%。
3.2课程性质与学分
电力电子技术课程设计的课程性质:
考查
学分:
2
参考文献
[1]王兆安.电力电子技术.第四版.北京:
机械工业出版社,2003
[2]
[3]
[4]
[5]