双闭环直流电机不可逆调速系统设计

U1mA??压敏电阻承受的额定电压峰值

0.8~0.9?式中U1mA为压敏电阻的额定电压；?为电网电压升高系数，一般?取1.05～1.10。压敏电阻承受的额定电压峰值就是晶闸管控制角?=300时输出电压Ud? 。

图4.2 压敏电阻保护电路

Ud??6U2cos?min?2.34?140?对于本设计： U1mA?3?283.71V （4-28） 2?0.8~0.9Ud??1.05?283.71?331.94V~371.65V （4-29）

(0.8~0.9)因此，压敏电阻额定电压取350V 型压敏电阻。

3．晶闸管的过电压保护

晶闸管对过电压很敏感，当正向电压超过其断态重复峰值值电压一定值时，就会误导通，引发电路故障；当外加的反向电压超过其反向重复峰值电压UDRM一定值时，晶闸管将会立即损坏。因此，必须研究过电压的产生原因及抑制过电压的方法。过电压产生的原因主要是供给的电压功率或系统的储能发生了激烈的变化，使得系统来不及转换，或者系统中原来积聚的电磁能量不能及时消散而造成的。本设计采用如右图4.3阻容吸收回路来抑制过电压。

通过经验公式

C?(2?4)IT?10?3 R?10?30?

12PR?CUm

2 图4.3 阻容吸收回路 得：

（4-30） C?(2?4)IT?10?3?(2?4)?50?10?3?0.1?0.2?F

112?62?3 ER?CUm??0.2?10?140?1.96?10J （4-31）

22由于一个周期晶闸管充放电各一次，因此

2ER?2?1.96?10?3?3.92?10?3J （4-32）

?3E3.9?210?0.19W6 （4-33） P??T0.02功率选择留5～6倍裕量 P?(5~6)P?(5~6)?0.196?1（4-34） W~1.2W 因此，电阻R选择 阻值为20?,功率选择1W的电阻。

电容C选择 容量为0.20?F的电容。 4．4．2过电流保护设计

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过电流保护措施有下面几种，可以根据需要选择其中一种或数种。

（1）在交流进线中串接电抗器或采用漏抗较大的变压器，这些措施可以限制短路短路电流。

（2）在交流侧设置电流检测装置，利用过电压信号去控制触发器，使脉冲快速后移或对脉冲进行封锁。

（3）交流侧经电流互感器接入过电流继电器或直流侧接入过电流继电器，可以在发生过电流时动作，断开主电路。

（4）对于大容量和中等容量的设备以及经常逆变的情况，可以用直流快速开关进行过载或短路保护。直流开关的应根据下列条件选择： ① 快速开关的额定电流Il2d额定整流电流IN。 ② 快速开关的额定电压UKld≥额定整流电压UN。

③ 快速开关的分断能力Ifd2d直流侧外部短路时稳态短路电流平均电流平均值Id20。快速开关的动作电流Ig2d按电动机最大过载电流整定 Ig2d?KIN

式中，K为电动机最大过载倍数，一般不大于2.7；IN为直流电动机的额定电流。

（5） 快速熔断器

它可以安装在交流侧或直流侧，在直流侧与元件直接串联。在选择时应注意以下问题： ① 快熔的额定电压应大于线路正常工作电压的有效值。 ② 熔断器的额定电流应大于溶体的额定电流。 ③ 溶体的额定电流IKN可按下式计算 1.5I7Ta?I1．三相交流电路的一次侧过电流保护

在本设计中，选用快速熔断器与电流互感器配合进行三相交流电路的一次侧过电流保护，保护原理图4.4如下：

KN?I T

图4.4 一次侧过电流保护电路

（1）熔断器额定电压选择：其额定电压应大于或等于线路的工作电压。

本课题设计中变压器的一次侧的线电压为380V，熔断器额定电压可选择400V。 （2）熔断器额定电流选择：其额定电流应大于或等于电路的工作电流。 本课题设计中变压器的一次侧的电流I1

U2I2140?43.7 ??16.1A （4-35）

U1380熔断器额定电流 IFU?1.6I1?1.6?16.1?25.76A （4-36）

I1?16

因此，如图4.4在三相交流电路变压器的一次侧的每一相上串上一个熔断器，按本课题的设计要求熔断器的额定电压可选400V，额定电流选25A。

2．晶闸管过电流保护

晶闸管不仅有过电压保护，还需要过电流保护。由于半导体器件体积小、热容量小，特别像晶闸管这类高电压、大电流的功率器件，结温必须受到严格的控制，否则将遭至彻底损坏。当晶闸管中流过的大于额定值的电流时，热量来不及散发，使得结温迅速升高，最终将导致结层被烧坏。晶闸管过电流保护方法中最常用的是快速熔断器。快速熔断器由银质熔丝埋于石英砂内，熔断时间极短，可以用来保护晶闸管。如右图4.5快速熔断器保护

根据快速熔断器的要求

图4.5晶闸管过电流保护

熔断器的额定电压 UKN?URM?2.45U2?2.45?140?343V （4-37） 因此，按本课题的设计要求，用于晶闸管过电流保护的快速熔断器的额定电压可选择350V。

5驱动电路的设计

5．1晶闸管的触发电路

晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在学要的时刻由阻断

转为导通。晶闸管触发电路往往包括触发时刻进行控制相位控制电路、触发脉冲的放大和输出环节。触发脉冲的放大和输出环节中，晶闸管触发电路应满足下列要求：

（1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，三相全控桥式电路应采用宽于60°或采用相隔60°的双窄脉冲。

（2）触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流3～5倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达1～2A∕us。

（3）所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极的伏安特性的可靠触发区域之内。

（4）应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。 在本设计中最主要的是第1、2条。理想的触发脉冲电流波形如图5.1。

图5.1 理想的晶闸管触发脉冲电流波形

t1~t2-----脉冲前沿上升时间（?1?s）

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t1~t3----强脉冲宽度 IM---强脉冲幅值（3IGT~5IGT） t1~t4---脉冲宽度 I--脉冲平顶幅值（1.5IGT~2IGT）

常用的晶闸管触发电路如图5.2。它由V1、V2构成的脉冲放大环节和脉冲变压器TM及附属电路构成的脉冲输出环节两部分组成。当V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出出发脉冲。VD1和R3是为了V1、V2由导通变为直截时脉冲变压器TM释放其储存的1234能量而设的。为了获得触发脉冲波形中的强脉冲部分，还需适当附加其它的电路环节。 E2DE1VD1R1TMR4VD3VD2R3V1R2CV2 图5.2 触发电路 晶闸管触发电路类型很多，有分立式、集成式和数字式，分立式相控同步模拟电路相对来说电路比较复杂；数字式触发器可以在单片机上来实现，需要通过编程来实现，本设计不B采用。由于集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，所以本设计采用的是集成触发器，选择目前国内常用的KJ、KC系例，本设计采用KJ004集成块和KJ041集成块。 对于三相全控整流或调压电路，要求顺序输出的触发脉冲依次间隔60°。本设计采用三相同步绝对式触发方式。根据单相同步信号的上升沿和下降沿，形成两个同步点，分别发出两A个相位互差180°的触发脉冲。然后由分属三相的此种电路组成脉冲形成单元输出6路脉冲，再经补脉冲形成及分配单元形成补脉冲并按顺序输出6路脉冲。本设计课题是三相全三相全控桥整流电路中有六个晶闸管，触发顺序依次为：VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6，晶闸管必须严格按编号轮流导通，6个触发脉冲相位依次相差60，可以选用3个KJ004集成块和一个KJ041集成块，即可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，就可以构成三相全控桥整流电路的集成触发电路如图5.3。

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