电力电子课程设计

进 度 安 排 第一周星期一:课题内容介绍和查找资料； 星期二:总体电路方案确定 星期三:主电路设计 星期四:主电路元件选型 星期五:控制电路设计； 第二周星期一: 控制电路设计 星期二~三:：系统调试及仿真等 星期四~五:写设计报告，打印相关图纸； 星期五下午:答辩及资料整理

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目录

第一章 系统方案确定 ..................................................................................................... 7

1.1 控制原理 ........................................................................................................................ 7 1.2 控制结构图 .................................................................................................................... 8

第二章 主电路装置参数计算和保护 ..................................................................... 9

2.1 变压器容量计算 ........................................................................................................... 9 2.2 晶闸管的额定电压和额定电流确定 .................................................................... 10 2.3 电抗器的选择 ............................................................................................................. 10 2.4 主电路设计原理图 .................................................................................................... 11

第三章 整流装置的保护 .............................................................................................. 11

3.1 过电压保护 .................................................................................................................. 11 3.2 过电流保护 .................................................................................................................. 14

第四章 控制电路设计 ................................................................................................... 15

4.1 转速调节器ASR ....................................................................................................... 17 4.2 转速调节器ASR参数计算 .................................................................................... 17

第五章 系统实验、仿真及校正 .............................................................................. 19

5.1 实验步骤 ...................................................................................................................... 19 5.2 仿真结果 ...................................................................................................................... 20 5.3 系统校正 ...................................................................................................................... 20

第六章 总结与体会 .......................................................................................................... 22 附录 总电路图 .................................................................................................................... 23 参考文献 ................................................................................................................................... 24 电气与信息工程系课程设计评分表 ......................................................................... 25

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第一章 系统方案确定

系统方案选择的原则是在满足生产机械工艺要求确保产品质量的前提下，力求投资少、效益高和操作方便。根据设计要求，本单闭环直流电机调速系统采用三相桥式全控整流电路供电，选定转速为反馈量，采用调压调速方式，实现对直流电机的无极平滑调速。

所选用的直流电机型号及相关参数如下： 电机型号：Z2-71

额定参数：30kW 225V 158.5A 3000r/min

1.1 控制原理

设计原理图如图1所示：

图1 单闭环直流调速系统原理图

转速用与电动机同轴相连的测速电机产生的正比于转速的电压信号反馈到输入端，再与给定值比较，经放大环节产生控制电压，再通过电力电子变换器来调节电机回路电流，达到控制电机转速的目的。

这里，电压放大环节采用集成电路运算放大器实现，主电路用晶闸管可控整流器调节对电机的电源供给。

更具体的原理图如图2所示：

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图2 单闭环直流调速系统具体原理图

1.2 控制结构图

设计出原理图之后，把各环节的静态参数用自控原理中的结构图表示，就得到了系统的稳态结构框图，如图3所示：

图3 单闭环直流调速系统稳态结构框图

同理，用各环节的输入输出特性，即各环节的传递函数，表示成结构图形式，就得到了系统的动态结构框图。

由所学的相关课程知：放大环节可以看成纯比例环节，电力电子变换环节是一个时间常数很小的滞后环节，这里把它看作一阶惯性环节，而额定励磁下的直流电动机是一个二阶线性环节。所以，可以得到如图4所示的框图：

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