郑州航空工业管理学院
电力电子变流技术
课程设计论文
09—届 自动化专业111班级
题 目 三相桥式全控整流电路有环流可逆直流电力拖动系统
姓 名
学 号 090611125
指导教师 苏艳萍
二O—二年六月七日
设计任务书
设计题目：三相桥式全控整流电路有环流可逆直流电力拖动系统
设计条件：
（1） 电网：380V，50Hz
（2） 直流电动机额定功率22Kw、额定电压400V、额定电流60.9A、额定 转速 3600r/min。
（3） 变压器漏感：0.5mH
设计任务：
（1） 电源变压器参数的计算。
（2） 晶闸管的选型。
（3） 平波电抗器的计算。
（4） 控制角移相范围的计算。
（5） 最小逆变角的计算。
（6） 主电路图的设计
设计要求：
（1） 根据设计条件计算晶闸管可能流过的最大有效电流，选择晶闸管的额定 电流。
（2） 分析晶闸管可能承受到的最大正向、反向电压，选择晶闸管的额定电 压。
（3） 计算电源变压器变比，容量。
（4） 计算平波电抗器的电感值，保证电流连续。
（5） 根据设计条件，计算幻想重叠角，最小逆变角，最小控制角。取得控制 角移相范围。
（6）画出完整的主电路图
、电路图:
LeiU 0V 4
Lei
U 0
V 4
W 4
二、控制原理： 什么是有环流控制
有环流控制即在运行过程中，两个工作组之间有环流，之所以有环流，根本原 因在于a =B有环流控制方式上，又由于同时出发两个工作组，虽然平均电压相 等，但瞬时值并不相等，又由于另个工作组中晶闸管是顺向串联，所以在运行过程 中有环流产生，若不加阻止，由于回路中电阻很小，将产生很大电流，因此加上四 个平波电抗器。
电机四象限运行原理
两个工作组在运行过程中，当一组处于整流状态时，电源电压大于负载两端电 压，此时二组虽然处于待逆变状态，但负载电压小于电源电压，不符合逆变条件， 此时电机处于正传电动状态。
当突然增大控制角时，由于电机转子惯性作用不能立即减速，回路中有大电 感，电流大小不能突变，故负载电压大于电源电压，满足逆变条件，此时一组处于 待整流状态，二组处于逆变状态，电机完成由第一象限到第二象限的转变。
逐渐增大控制角，当a =B大于90度时，一组处于待逆变状态，二组处于整流 状态，此时电机反转电动，完成由第二象限到第三象限的转变。
同理，再快速增大控制角，负载电压大于电源电压，一组逆变二组待整流，电 机进入第四象限运行状态。
以上过程即电机四象限运行状态。
电机转速控制方法
此电路采用电压调速方法，即通过控制触发角来控制电机的两端电压的大小及 工作组工作状态来实现电机的正传电动、正传回馈制动以及反向电动及反向回馈制 动。而电压调速一般是往下调压，故设计电路时要保证电路所提供最大值大于额定 电压，所以在以下讨论中都以此判断条件来讨论选取合适的变压器二次侧电压值。
、最小逆变角计算
采用a = B有环流控制法，考虑到余量问题，安全裕量角取 二=10,晶闸管关闭 所折合的电角度取、：=5,则有 卄伏-? "5 ?。
又：
喚 6* 沃啦*0"。一 o.15Id
2 二 2 二
Ud。=2.34U2
2L5Udo0.3l
2L5
Udo
0.3ld
2.34U 2
-—曲(1一竺丄)
2.34U2
按要求，1 =60.9A,可过载1.5到2倍，取2倍，则ld =21 =121.8A 所以 AU d =1.5ld =18.27V
①、设 U2 =300V
十 A. 0.31 d 0
= cos (1 - ) = 18.57
2.34*300
二 二min =15 =15 18.57 =33.57
止匕时.U d 二 23.4* U 2 cos、；min 一 ：U d 二 556.64 : - 400
虽然满足要求，但是余量过大，不经济并且对变压器的要求也提高，故不合理
②、设 U^220V
'.： 1 °?31 d 0
二 cos (1 ——)=21.72
2.34*220
=■ - min =15订—15 21.72 =36.72
此时
Ud =23.4* U2cos： min 一 ：Ud =394.38 :: 400
由于对电机调速是通过调压来调速，当控制角最小时负载电压最大，若此时电压就 小于负载额定值，则就不能达到 2倍过载电流状态下运行，故数值偏小，又小的不
多，电压值只需增加一点儿应该可以满足要求
③、设 U2 =230V
二cos'(1 - 0.3Id ) =21.23°
2.34*230
=■ - min =15心 心15 21.72 =36.23
此时：
Ud =23.4* U 2 cos： min - ：Ud =415.87 400
余量只大约16v，故满足要求
:mi— mr
:mi— mr36.23 37 U^23V
控制角移相范围为37。-900
四、 晶闸管选型
当一组处于整流状态时，另一组处于待逆变状态，并且两组工作状态可以互 换，而大电感负载整流和逆变晶闸管所承受的最大正反压都为线电压，由以上计算 可知，U2 =230V，Id =121.8A，考虑安全裕量问题则有
Udt "6*U2*(2~3)=1126.7~1690.14 V
由于有大电感存在，平均值与有效值相等，流过晶闸管电流的电流为其值的 分
之一，故有：
Idt =121.8*(1.5 ~ 2)；3 =105.5~140.6
取 Udt = 1 6 0X0 Idt =200A 故型号为 KP200-16A
五、 平波电抗器计算
L =0.693-^
1 d min
其中，
ldmin =ld*(5% ~10%) =3.05~6.10
所以
U2
L =0.693 - = 26.18 ~52.34mh
1 d min
取 L=55mh
六、 变压器计算
有以上计算可知，电机最大输入功率为 ^3U2* ld =3*230*121.8 =84.042kw取
S^j =100kw
额定线电压U1N U2N = 380 230 额定线电流l1N「l2N =152 250
频 率50HZ 相 数3相
设计参数表
最小逆变角
37° 兰 a <900
晶闸管
KP200-16A
平波电抗器
L=55mh
变压器
额定线电压
额定线电流
频 率
相 数
U1JU2N =380/230
Un/12N = 152./250
50HZ
3相
七、设计总结
此设计主要目的为练习并掌握电动机运转的控制原理与方法，并根据已知要 求，设计出合理的参数，然后选取合适的器件。经过实际动手计算，对很多以前自 认为了解的知识有了新的认识，纠正的过去的一些错误理解，经过查阅数本这方面 资料，真正明白什么是有环流控制，懂得了怎么在实际工作中运用相关知识，完成 初步的理论设计。虽然在实际情况下，有环流控制并不常用，因为并不可能做到 时刻完全等于B，—旦出现偏差，环流将会增大很多，这不仅对平波电抗器要求增 加，并且对实际电路非常不利，但是只有在真正明白了不好的方面才能更好的取改 进电路与控制方法，因此对a =B有环流控制方法的设计能更好的让自己明白电路 中各环节的运行状况，也因此对电动机的四象限运行有了更实在的感知。
八、 参考文献
电力电子变流技术 西安交通大学 黄俊
电力电子技术基础 电子工业出版社 张石安
电力电子技术与电气传动 北京理工大学出版社 廖晓钟
电力电子和电机拖动控制系统的 MATLAB仿真 机械工业出版社 洪乃刚
九、
指导教师评语：
课程设计成绩：
指导教师签名：
年 月 日