10kw直流电动机不可逆调速系统触发电路方案的分析与设计毕业设计方案

10kw直流电动机不可逆调速系统触发电路方案的分析与设计毕业设计方案内容摘要：

、晶闸管承受的电压波形等都一样区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流 id 波形不同。 阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。 a 60176。 时阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时 ud 波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感 L 的作用， ud 波形会出现负的部分带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的 a 角移相范围为 90176。 定量分析 （即带阻感负载时，或带电阻负载α≤ 60176。 ）的平均值为 60176。 时，整流电压平均值为 ）（公式 1c o )(s i n6312233233 ???????? UttdUU d ?? ??? 11 ： Id= ）（公式 3d RU ，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形为正负半周各宽 120176。 前沿相差 180176。 的矩形波，其有效值为 本章 10KW 直流电动机不可逆调速采用的是三相桥式全控整流电路带电感性负载的主回路 图 33 10KW直流电动机三相桥式全控整流电路主回路系统图 三相桥式全控整流电路主回路的特点 ，且不能是同一组的晶闸管，必须是共阴极的组的一只，共阳极组的一只，这样才能形成向负载供电的回路。 VT1VT2VT3VT4VT5VT6 依次送出，相位依次相差 60176。 对于共阴极组晶闸管 VT VT VT5,其脉冲依次相差120176。 ；共阳极组 VT VT VT2 的脉冲也依次相差 120176。 ；但对于接在同一相的晶闸管，如 VT1和 VT4， VT3 和 VT6， VT5和 VT2，他们之间的相位均相差 180176。 ，要求触发脉冲为单宽脉冲或者双窄脉冲。 ）（公式 23 3c )(ts i n63 223 3d ?????? ?????? ???? ? ? ????? ? ?? UtdUU）（公式））（（ 1 dd2d2d2 IIIII ?????? ???? 12 ，一周期脉动 6次，每次脉动的波形也都一样，故该电路为 6脉波整流电路，其基波频率为 300Hz。 ，变压器一周期有 240176。 有电流通过，变压器的利用率高，且由于流过变压器的电流是正负对称的，没有直流分量，所以变压器没有直流磁化现象。 ，但其整流后的输出电压的平均值 Ud 是三相半波的 2倍，所以当要求同样的输出电压 Ud 时，三相桥式电路对管子的电压要求降低了一半。 正是由于三相桥式全控直流电路具有上述特点，所以在大功率高电压的场合中应用较为广泛，特别是对要求能进行有源逆变的负载，或中大容量要求可逆调速的直流电动机负载常选用此电路。 13 第 4 章 触发电路 触发信号的要求 普通晶闸管是半控型电力电子器件。 为了使晶闸管由阻断状态转入导通状态，晶闸管在承受正向阳极电压的同时，还需要在门极加上适当的触发电压。 控制晶闸管导通的电路称为触发电路。 触发电路常以所组成的主要元件名称进行分类，包括简单触发电路、单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触发器和计算机控制数字触发电路等。 控制 GTR 、 GTO 、功率 MOSFET 、 IGBT 等全控型器件的 通断则需要设置相应的驱动电路。 基极（门极、栅极）驱动电路是电力电子主电路和控制电路之间的接口。 采用性能良好的驱动电路，可使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减少开关损耗。 另外，许多保护环节也设在驱动电路或通过驱动电路来实现。 触发电路与驱动电路是电力电子装置的重要组成部分。 为了充分发挥电力电子器件的潜力、保证装置的正常运行，必须正确设计与选择触发电路与驱动电路。 晶闸管的触发信号可以用交流正半周的一部分，也可用直流，还可用短暂的正脉冲。 为了减少门极损耗，确保触发时刻的准确性，触发信号常采 用脉冲形式。 晶闸管对触发电路的基本要求有如下几条： 为使晶闸管可靠触发，触发电路提供的触发电压和触发电流必须大于晶闸管产品参数提供的门极触发电压与触发电流值，即必须保证具有足够的触发功率。 例如， 50KP 要求触发电压不小于 ，触发电流不小于 mA100 ； 200KP 要求触发电压不小于 4V，触发电流不小于 mA200。 但触发信号不许超过规定的门极最 14 大允许峰值电压与峰值电流，以防损坏晶闸管的门极。 在触发信号为脉冲形式时，只要触发功率不超过规定值，允许触发电压或触发电流的幅值在短时间内大大超过铭牌规定值。 为了保证电路的品质及可靠性，要求晶闸管在每个周期都在相同的相位上触发。 因此，晶闸管的触发电压必须与其主回路的电源电压保持固定的相位关系，即实现同步。 实现同步的办法通常是选择触发电路的同步电压，使其与晶闸管主电压之间满足一定的相位关系。 ，前 沿要陡 为使被触发的晶闸管能保持住导通状态，晶闸管的阳极电流在触发脉冲消失前必须达到擎住电流，因此，要求触发脉冲应具有一定的宽度，不能过窄。 特别是当负载为电感性负载时，因其中电流不能突变，更需要较宽的触发脉冲，才可使元件可靠导通。 例如，单相整流电路，电阻性负载时脉冲宽度应大于 s?10 ，电感性负载时则因大于 s?100 ；三相全控桥中采用单脉冲触发时脉宽应大于 ?60（通常取 ?90 ），而采用双脉冲触发时，脉宽为 ?10 左右即可。 此外，很多晶闸管电路还要求触发脉冲具有陡的前沿，以实现精确的触发导通控制。 4. 触发脉冲的移相范围应能满足主电路的要求 触发脉冲的移相范围与主电路的型式、负载性质及变流装置的用途有关。 例如，单相全控桥电阻负载要求触发脉冲移相范围为 ?180 ，而电感性负载（不接续流管时）要求移相范围为 ?90。 三相半波整流电路电阻负载时要求移相范围为 ?150 ，而三相全控桥式整流电路电阻负载时要求移相范围为 ?120。 单结晶体管触发电路 （ 1）单结晶体管结构和触发特点 单结晶体管它是在一块高电阻率的 N 型硅片上，用欧姆接触的方式从其两端引出两个电极：第一基极 b1 和第二基极 b2。 b1 和 b2 之间的电阻为 N 型硅片的体电阻，阻值约为 4~10KΩ，在两个基极之间靠近 b2 处掺入 P 型杂质，形成PN 结，由 P 区引出发射极 e，且单结晶体管只有一个 PN 结，故称“单结管”，但有两个基极，故又称“双基极管” 15 单结晶体管触发电路结构简单，运行可靠，触发脉冲前沿陡，抗干扰能力强，广泛应用于中小容量的晶闸管电路。 （ 2） 单结晶体管触发电路原理 图 41 单结晶体管触发电路（ a） 图 42 单结晶体管触发电路波形 图 41（ a） 为一单相半控桥单结晶体管触发电路。 为了使晶闸管每次导通的控制角α都相同，从而得到稳定的直流电压，触发脉冲必须在电源电压每次过零后滞后α角出现，因此，触发脉冲与电源电压的相位配合需要同步。 图中同步电路由同步变压器 TS整流桥以及稳压管 V 组成。 变压器一次侧接主电路电源，二次侧经整流、稳压削波，得到梯形波，作为触发电路电源，也作同步信号用。 当主电路电压过零时，触发电路的同步电压也过零，单结管的 ubb也降为零，管内 A 点电位 UA=0，保证电容电荷很快放完，在下一个半波开始时能从零开始充电，从而使各半周的控制角α一致，起到同步作用。 由图 42（ c）可以看到，每半 16 个电源周期中电容 C充放电不止一次，晶闸管只由第一个触发脉冲导通，后面的脉冲不起作用。 改变 Re，可以改变电容的充电速度，从而达到调节α角的目的。 例如，增加 Re 值，可推迟第一个 脉冲出现的时刻，即α增大；反之，α减小。 由于只有阳极电压为正的晶闸管才能触发导通，因此如图中所示，可将触发脉冲同时送到两个晶闸管 VT VT2的门级，这样既可保证这两个晶闸管轮流正常导通，又可使电路简化。 图 43 单结晶体管实用电路 若触发脉冲直接由电阻 R1上取出，则由于触发电路与主电路之间有直接的电联系，很不安全。 因此，在实际应用中，常将脉冲通过脉冲变压器输出，以实现输出的两个脉冲之间以及触发电路与主电路之间的电气隔离。 另外，常用晶体管代替图 43（ a）电路中的 Re，以便实现自动移相。 图 43 为一种 单结晶体管组成的实用触发电路，它是用小晶闸管 VT1 将触发脉冲放大，放大后的脉冲再输出去触发大电流晶闸管。 脉冲放大输出的过程是：先利用三相交流电中 +uw相电压经 R VD4 对电容 C3充电，极性为左正右负。 然后，单结晶体管电路产生的幅值与功率均较小的触发脉冲触发 VT1 并使其导通，从而使 C3经 VT1 及脉冲变压器 TP 的一侧放电，并在 TP的二次侧送出脉宽一定、幅值及功率很大的脉冲，去触发大电流晶闸管（图中未画出）。 触发电路的同步电压由三相电压的 uu、 uw相经由二极管并联给出，这样可使稳压管上梯形波的底线宽度扩大到 240176。 ，输出脉冲的移相范围可扩大到 180176。 由于三相交流电中 +uw相电压比 +uu、 — uw相超前，因而保证了电路先给 C3充电，然后再触发 VT1。 简单移相触发电路 17 在负载功率较小，控制精度要求不高时（如各种家用产品），常采用简单移相触发电路。 这类电路仅由几个电阻、电容、二极管以及光耦合器组成，一般不用同步变压器，因而结构简单，调试方便，应用比较广泛。 （ 1）简单移相触发电路原理： 由可变电阻引入本相电压作为门极触发电压的一种简单的移相触发电路，晶闸管 VT 与负载 Rd 构成主回路，电阻 R、电位器 RP 及二极管 VD构成触发电路。 当交流电源电压 U2 上正下负时， VT 承受正向电压，电源电压通过门极电阻 RP产生门极电流 ig，当 ig 上升到晶闸管触发电流 IG 时，晶闸管触发导通。 由于导通的晶闸管阳、阴极间电压几乎为零，因而全部电源电压几乎都加在负载电阻Rd上。 改变可变电阻 RP 的阻值，便可改变门极电压电流上升至 IG 所需的时间，即改变晶闸管在一个周期中开始导通的时刻（即实现了移相触发），从而改变了负载 Rd 上的电 压值。 二极管 VD 在电路中的作用是防止门极承受反向电压。 简单触发电路的移相范围小于 90176。 （ 2）阻容移相触发电路原理： 一个简单的阻容移相触发电路，是由 Rd、 VT构成主电路， RP、 C、 VD VD2构成触发电路，它是利用电容 C 充电延时触发来实现移相的，交流电源电压 u2经负载 Rd 加在晶闸管阳、阴极之间。 当晶闸管承受反压时， u2经二极管 VD2对电容充电，极性为上正下负，此时充电时间常数很小（因二极管正向阻值很小），故电容两端电压 uc 的波形与 u2 的波形相似。 当 u2 过了负的最大值后， C经 RP、Rd和 u2 放电，随后被 u2反充电，极性为上正下负。 此时充电时间常数较大（反向充电时二极管 VD2 截止），导致 uc 的增加滞后于 uc 上升到晶闸管触发电压 UG 时，晶闸管被触发导通，改变 RP阻值即可改变反充电的时间常数，从而改变 uc 上升到 UG 的时间，实现移相触发。 锯齿波同步触发电路 单结晶体管触发电路输出触发的脉冲的功率较小，脉冲较窄，另外，由于单结晶体管的参数差异较大，在多数电路中，触发脉冲不易做到一致。 因此，单结晶体管触发电路只用于控制精度要求不高的的单相晶闸管系统，在电流容量较大、要求较高的晶闸管装置中，为了保证触发 脉冲具有足够的功率，常采用。