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武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书
三相全控桥式晶闸管-电动机系统设计
1 设计任务及要求分析
本设计的初始条件是:直流电动机额定参数为:型号:Z3—71, ,额定电压
, 额定电流 ,转速 ,电枢电阻 ,电流过载倍数
,电枢电感 ,励磁电压 励磁电流 ,使用三相可控整
流电路,电动机负载,工作于电动状态。
要求完成的任务是:
1. 三相全控桥式主电路设计(包括整流变压器参数计算,整流元件定额的选择),讨论
晶闸管电路对电网的影响及系统功率因数。
2. 触发电路设计。触发电路选型(可使用集成触发器),同步信号的定相等。
3. 晶闸管的过电压保护与过电流保护电路设计。
4. 提供系统电路图纸不少于一张。
根据所给任务的要求,首先应先认真分析题目,题目是三相全控桥式晶闸管―电动
机系统设计。再根据所给电动机是直流电动机,可以得出这是一个 AC/DC 的变换电路,
直流电动机负载可以看成是三相全控桥式晶闸管接一个反电动势负载,由此可以得出此
设计的重点在于设计三相全控桥式晶闸管整流电路实现交流到直流的转换,且保证输出
的直流电压和电流能使电动机工作在电动状态即可。所以就对此电路的设计有了大体上
的认识,也对其设计步骤有了具体构思。
1

武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书
2 三相全控桥式主电路设计
2.1 整流变压器设计
2.1.1 整流变压器设计原理
在晶闸管整流装置中,满足负载要求的交流电压 往往与电网电压不一致,这就需
要利用变压器来匹配;另外,为降低或减少晶闸管变流装置对电网和其它用电设备的干
扰,也需要设置变压器把晶闸管装置和电网隔离。因此,在晶闸管整流装置中,一般都
需要设置整流变压器(仅当晶闸管交流侧电压和电网电压一致时可以省去)。概括的说,影
响 值的因素有:
(1) 值的大小首先要保证满足负载所要求的最大直流平均电压 。
(2) 在分析整流电路工作原理时,我们曾经假设晶闸管是理想的开关元件,导通时认
为其电阻为零,而关断时,认为其电阻无穷大。但事实上,晶闸管并非是理想的可控开
关元件,导通时有一定的管压降,用 表示。
(3) 变压器漏抗的存在,导致晶闸管整流装置在换相程中产生换相压降,用 表示。
(4) 当晶闸管整流装置对直流电动机供电时,为改善电动机的性能,保证流过电机的
电流连续平滑,一般都需串接足够大电感的平波电抗器。因平波电抗器具有一定的直流
电阻,当电流流经该电阻时,就要产生一定的电压降。
(5) 晶闸管装置供电的电动机恒速系统,在最大负载电流时,其电机的端电压除考虑
电动机的额定电压 外,还需要把电动机电枢电阻的压降加以考虑。即电机的端电压应
当为电动机的额定电压 和超载电流 在电枢电阻 上压降之和。
考虑到(1)、(2)、(3)、(4)、(5)诸因素,因此在选择变压器次级电压 值时,应当去
比理想情况下满足负载要求的 所要求的 稍大的值。 的具体数值可根据此情况下
直流回路的电压平衡方程求得。
考虑到最严重的情况,回路的电压平衡方程为
(2.1)
2

武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书
式中右端 1 项 表示在直流侧电流最大 时,变压器漏电抗压降平均值。在数值
上
式中 ―每周期的换流次数。
―变压器次级每相漏感。
―电源的角频率
通过变换,变压器的漏抗压降平均值 可写成
(2.2)
其中 ―由附表 1-1 选取。
―有附表 1-1 选取。
―变压器次级的相电压。
―变压器的短路电压百分比,100 千伏安以下的变压器取 =5,100~1000 千
伏安的变压器取 =5~8。
―负载的过载倍数,即最大过载电流与额定电流之比,其数值由运行要求
决定。
2 项 表示除了电动机电枢电阻 外,包括平波电抗器电阻在内所有电阻 上
的压降
因此
(2.3)
式中 ―对于电动机额定电流和电压的电阻 的标幺值。
3 项 表示恒速系统在电动机最大过载 时电机的端电压。恒速电动机过载时
的端电压 应等于电动机额定电压 加上超载电流 在电动机电阻 上所
产生的压降。如果晶闸管装置仅对电动机供电,则晶闸管装置的输出电流等于电动机的
3

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电枢电流,所以最大电流时 ;额定负载电流时 。因此,电动机的端电压
(2.4)
因此,
式中 ―电动机电枢电路总电阻 的标幺值,对容量为 15 150kW 的电动机,
通常 =0.08~0.04。
4 项 表示主电路中电流经过 个串联晶闸管的管压降之和。而平衡式(1)左端的
随着主电路的接线形式和负载性质的不同而不同。显然逐个按主电路的形式列写比较
繁琐。这里给出考虑到电网电压波动后的通式
(2.5)
式中 表示当控制角 时,整流电压平均值与变压器次级相电压有效值之比。
由附表 1-1 查到。
表示控制角 时和 时整流电压平均值之比。由附表 1-1 查到。
为电网电压波动系数。根据规定,允许波动+5%~-10%,即 =1.05~0.9。
将(2.2)、(2.3)、以及式代入式(2.1)可得
所以
(2.6)
该式即为变压器次级电压 的精确表达式。
在要求不太精确的情况下,变压器次级电压 可由简化式确定。
4

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或
(2.7)
式中的 为电动机的额定电压;系数(1~1.2)或(1.2~1.5)是考虑到各种因素影响后的安全
系数。
2.1.2 变压器参数设定和选择
一、 的选择:由设计要求可以知道,所要驱动的直流电动机的额定电压为 220 ,
即可知道要使电动机工作在电动状态所需要的额定电压为 220 ,即 =220 。根据给
定的直流电动机的参数 可求得 和 的值为
。
且根据给定的直流电动参数,可得 。根据设计要求所采用的整流电路是三相
全控桥整流电路,则根据相应的表格可以得到 , ,因为是不可逆设计,
所以取 时, , 。 的取值范围是 1.05~0.9,本设计取 .05,取
。
将以上所得的参数带入到公式(2.6)得,
根据公式(2.7)粗略算的 。因为 125 是考虑到最严重的情况所算
得的 的值,而 113 ~141 是考虑各种因素影响后的安全电压数。故本设计可以选择
,此电压可以在 为 度范围内使整流电路输出的直流电压,使电动机
达到额定工作状态。即 。
二、容量 的计算:根据三相全控桥变压器二次侧电流的有效值 的计算公式
5
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