1、.電力機車可控直流電源設計設計的目的本課程設計的任務是培養(yǎng)學生綜合運用電力電子學、模 擬電子技術和電機學所學知識分析、解決工程或科研實際 問題的能力。其目的是鞏固學生所學知識的同時， 提高學生的專 業(yè)素質，這對于工科學生貫徹工程思想起到十分重要的作用。在規(guī)定時間通過分析任務書、查閱收集資料，充分發(fā)揮主動 性與創(chuàng)造性，在老師的指導下聯(lián)系實際、掌握正確的方法，理清 思路，獨立完成課程設計，撰寫設計說明書，其格式和字數(shù)應符 合規(guī)定。根據(jù)要求設計出實際可行的電路，并計算電路中所用元 器件的參數(shù)，確定其規(guī)格型號；課程設計說明書要求整潔、完備、 容正確、概念清楚、文字通暢，并繪制出相應的電路圖，符合規(guī)。設

2、計的任務及要求電力機車不可逆調速系統(tǒng)的可控直流電源設計A原始數(shù)據(jù)：P=1Ok0 Ud=220V, 1 ed=55A, n=1500r/min ，R=0.5 Q，Lv=3mH 入=1.5。B設計容及要求：a）設計整流電路主電路。b）設計變壓器參數(shù)：U, li, U, I2。要求考慮最小控制角a min、電網(wǎng)電壓波動、晶閘管管壓降和 變壓器漏抗等因素計算變壓器二次相電壓值，附主要計算步驟。 C）整流兀件參數(shù)的計算及選擇：依據(jù)參數(shù)計算，正確選擇器件 型號，并附主要參數(shù)。d）觸發(fā)電路設計及主要參數(shù)的計算，同步電壓的選擇。e）設計保護電路：正確選擇電壓、過流保護電路，簡要說明選 擇依據(jù)；計算保護元件參數(shù)

3、并選擇保護元件型號。f）電抗器的參數(shù)設計三.具體的計算和選擇過程一.主電路的選擇根據(jù)實驗要求的原始數(shù)據(jù)，直流電機的功率 P 10KW 5KW , 屬于較大功率的電機，同時此電機為直流電機，并且需要叫平穩(wěn) 恒定的速度，因此需要驅動電路提供叫平穩(wěn)的電壓和電流， 而且 在作為電力機車的驅動電機其需要較大的調速圍， 綜合分析以上 因素，所以選用驅動功率大，輸出電壓脈動較小，而且電壓調節(jié) 圍較大的三相橋式全控整流電路。二.整流變壓器的設計及計算變壓器二次側相電壓有效值U2的計算在不考慮最小控制角，電網(wǎng)電壓波動，晶閘管管壓降和變壓器漏感等因素的理想情況時，直流端輸出電壓 Ud為：Ud6U2sinwtd(w

4、t) 2.34U 2 cos( 60所以U2Ud2.34 cos然而，當考慮到最小控制角，電網(wǎng)電壓波動，晶閘管管壓降 和變壓器漏感等因素的理想情況時， Ud的表達式應該為:U2KoKiK2K3(U ed Ub) UvtK0 系數(shù)，K0=2；4=0.4274K1電網(wǎng)波動系數(shù)，一般取K1=1.12K2 與最小導通角 min有關的系數(shù)K2 = 為了在額定COS min負載下仍然能進行電壓調節(jié)，不能按控制角min=0進行計算，一般規(guī)定不可逆 min = 1015 ,此主電路中 min取15。K3 為考慮其他因素影響的安全系數(shù)， K3取1. 1 1. 2, 當橋臂上串聯(lián)的元件數(shù)較多時，可取大數(shù)值，由于主

5、電路的橋臂 上串聯(lián)的元件較少，故取k3=1.1。Ued 整流器額定輸出電壓。相當于額定電流時負載的電壓。UvT晶閘管導通時的管壓降，一般取 UvT=1V。Ub 變壓器漏感而產(chǎn)生的壓降，其計算方法為：3XBldId為整流器輸出端的電流，Xb為變壓器的漏抗，一般按 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document XB =0.3。根據(jù)以上分析與公式，將電機原始數(shù)據(jù)代人以上公式得：U2 KK1K2K3(UedUb) Uvt3 0.3 55、_=0.4274 1.12 cos15 1.1 (220 2) 2=122.926V變壓器二次側相電流

6、有效值的計算。因為整流器的負載輸出端串聯(lián)有電抗器，一次變壓器的二次側電流可視為大小不變的電流，因此其有效值為：1 22 2d 3if0.816Id因為 led Id 55A故：120.816 5544.88A變壓器一次側相電流有效值的計算因為在中，已將變壓器二次側相電壓有效值U2計算出來故可計算出變壓器的變比K假設采用的變壓器為 -Y連接，一次側為接，二次側為Y接。K=Ni =380/ 122.926= 3.09133N2因此一次側電流的有效值11罰2=l2/k= 15A綜上所述：變壓器的主要參數(shù)U1 U2 I1丨2 k為U1U2I1I 2k380V122.926V15A44.88A3三.晶閘

7、管的選擇額定電流的計算因為本驅動電流的主電路應用的是三相橋全控整流電路，因此晶閘管的電流的有效值與直流端的輸出電流的關系為Ivt ld 0.5771 d =31.735因此可求出晶閘管的額定電流Ivt(av) -V- 0.3681 d =20.2131.57考慮到晶閘管的過載能力差，在選擇晶閘管的額定電流時，取實 際需要的1.5 2倍，使之有一定的安全裕量，保證晶閘管的可 靠運行。因此晶閘管的額定電流計算公式為：I VTIVT(AV) (1.52)(1.52) 0.3681 d1.57所以在此主電路中晶閘管的額定電流為：Ivt(av) (1.5 2) Ivt 2 0.368ld 30.32 4

8、0.427A1.57額定電壓的計算由三相橋全控整流電路的特點得出晶閘管在電路中所可能承受 的最大正反向電壓為：UTm 6U2所以元件正反向重復峰值電壓必須滿足：U DRM Kb 、6U 2 U RRM Kb 6U2式中Kb考慮電網(wǎng)的波動、過壓等的安全因素，一般取Kb= 2 3。在380V的整流電路中，Kb取2.2。所以根據(jù)以上晶閘管額定電壓的分析其額定電壓為：UnKb6 U2 2.26 122.926 662.433691.3175V晶閘管的選擇極其主要參數(shù)IVT(AV) 22 0.368ld 40.48AUn Kb 6 U22.26 122.926 662.433V故晶閘管選用KP系列的KP

9、50晶閘管，其主要參數(shù)為額定電流1N50A額定電壓Un100-2400V觸發(fā)電流I TM150mA四.觸發(fā)電路的設計.觸發(fā)電路的選擇：相比于分立元件的觸發(fā)電路，集成電路可靠性高，技術性能好， 體積小，功耗低，調試方便。隨著集成電路制作技術達的提高， 晶閘管觸發(fā)電路的集成化已經(jīng)逐漸普及， 現(xiàn)已逐步取代分立式電 路。TC787是為移相觸發(fā)集成電路而設計的單片集成電路。與 TCA785及KJ（或KC）系列集成電路相比，具有功耗小、功能強、 輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相圍寬、外接元件少等優(yōu)點，而 且裝調簡便、使用可靠，只需一個這樣的集成電路，就可完成3只TCA785與 1只KJ041、1只KJ042

10、或5只KJ系列器件組合才 能具有的三相移相功能。另外，TC787分別具有A型和B型器件， 使用戶可方便地根據(jù)自己應用系統(tǒng)所需要的工作頻率來選擇（工頻時選A型器件，中頻100400Hz時選B型器件）。考慮到以上因素，所以觸發(fā)設計用 TC787為基礎的觸發(fā)電路。.觸發(fā)電路芯片的介紹:vc nzn論IfcsdZ16 1 C&Vr U_IZICcpi rs-TC787FF1 CbPc E-LLICz-E HTZ1 AC L_11 bCTri 1 Rri 1 J丄1 o(1)同步電壓輸入端：引腳1(Vc)、引腳2(Vb)及引腳18(Va)為 三相同步輸入電壓連接端。應用中，分別接經(jīng)輸入濾波后的同步 電壓

11、，同步電壓的峰值應不超過 TC787的工作電源電壓VDD脈沖輸出端：TC787被設置為全控雙窄脈沖工作方式時(此 實驗中將TC787設置為全控雙脈沖 工作方式)，引腳8為與三相 同步電壓中C相正半周及B相負半周對應的兩個脈沖輸出端；引 腳12為與三相同步電壓中A相正半周及C相負半周對應的兩個 脈沖輸出端；引腳11為與三相同步電壓中C相負半周及B相正 半周對應的兩個脈沖輸出端；引腳9為與三相同步電壓中A相同 步電壓負半周及C相電壓正半周對應的兩個脈沖輸出端；引腳 7 為與三相同步電壓中B相電壓負半周及A相電壓正半周對應的兩 個脈沖輸出端；引腳10為與三相同步電壓中B相正半周及A相 負半周對應的兩個脈沖輸出端。應用中，均接脈沖功率放大環(huán)節(jié) 的輸入或脈沖變壓器所驅動開關管的控制極?？刂贫艘_4(V