地铁整流系统的设计电气毕业论文.doc

毕业设计（论文）（ 2013 届本科） 题 目： 学 院： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师：2013年 06 月目 录1概述21.1 课题的来源及意义21.1.1 课题的来源21.1.2 课题的意义21.2 课题的背景21.3 课题的基本要求22整流器的设计要求32.1 整流器的工作环境32.2 整流器总技术要求32.3 整流器的技术标准32.4 整流器保护措施32.5 控制与信号回路42.6 整流器状态数据采集52.7 二十四整流脉波技术52.8 整流器工作原理52.9 设备材料要求63整流器电路的设计63.1 各部分的设计与介绍63.1.1 主电路原理图63.1.2 主电路器件选型73.1.3 直流侧过压保护电路83.1.4 交流侧过压保护电路93.2 硬件辅助设备93.3 硬件结构图93.4 系统的元件清单103.5 结温计算:103.5.1 额定工作时的结温103.5.2 过载1.5倍时的结温113.5.3 过载3倍时的结温113.6 PLC的选型与设计123.6.1 PLC的选型123.6.2 软件所需要实现的主要功能123.6.3 PLC的接线133.6.4 PLC程序设计144整流器电路的仿真154.1 pspice的优点154.2 辅助电路的pspice仿真154.2.1 电源部分154.2.2 触发脉冲部分164.3 主电路的pspice仿真174.3.1 pspice主电路的的输出波形图175闭环系统的设计185.1 闭环系统的优势185.2 闭环系统的原理186结论19谢辞20参考文献21附录A22附录B37地铁整流系统的设计摘要：城市地铁牵引供电系统采用二极管整流获得750V或1.5 kV直流供电方式，二极管整流系统在实际的运行过程之中不可控，并且直流电压在交流侧存在大量谐波以及无功，不但浪费能源，而且对电网造成污染。本文基于现有的晶体管水平以及PWM技术完全能够运用晶闸管来代替普通二极管来实现整流，通过实际数值的运算来算出整流器各个部件的具体参数，并用PLC作为保障整流器安全运行的监控装置。接着运用pspice对整流器的运行进行仿真，最后通过闭环系统的控制来确保新型的整流器具有可控，输出电压稳定，安全系数高等诸多优点。关键词：地铁整流系统；Pspice；闭环系统控制； Design of subway rectifier systemAbstract：City metro traction power supply system using diode rectification get 750V DC power supply or 1.5 kV, diode rectifier systems running in the actual process of being uncontrollable, and the DC voltage at the AC side of the large number of harmonics and reactive power exists, not only a waste of energy, but also for power pollution. Based on the existing level and transistor PWM technology is fully able to use to replace the ordinary SCR rectifier diodes to achieve, through the actual numerical computation to calculate the specific parameters of the various components of the rectifier and rectifier with PLC as a guarantee safe operation monitoring device. Then run the rectifier using pspice simulation, and finally through the closed-loop control of the system to ensure the new rectifier with controlled output voltage stability, high safety factor advantages.Key words：Metro rectification system；Pspice；Closed-loop system control；1 概述1.1 课题的来源及意义1.1.1 课题的来源 目前城市地铁整流系统中都采用二极管作为整流器件，二极管整流器虽然能基本满足平时的日常所需，但是二极管整流器也存在着诸多问题，比如说输出电压不可控,并且直流电压在交流侧存在大量谐波以及无功,不但浪费能源,而且对电网造成污染。基于目前电子半导体技术的发展我设想利用晶闸管来代替普通的整流二极管，并与运动控制理论相结合从而使得地铁整流系统能够平稳，安全的输出可控电压，以满足科技进一步发展的需求。1.1.2 课题的意义地铁牵引供电系统多采用直流制，牵引直流电源是由牵引变电所通过整流机组降压整流而获得，因此，变流设备成为该系统中的重要设备，起着举足轻重的作用，是地铁牵引供电系统的核心。牵引变压器与硅整流器组成一套整流机组，其作用是将交流电变压整流为750V或1500V的直流电，作为牵引变电所向电动车辆供电的电源。整流机组的设计、结构特点和保护方式，将关系到整个直流牵引供电系统能否正常运行。鉴于我国轨道交通的发展状况，我国开始大力研究和推广应用国产设备。地铁整流机组就是目前国产化设备的代表之一。充分研究整流机组技术的特点、保护方式及运行维护要点，对于直流牵引供电系统可靠运行具有重要意义1。1.2 课题的背景如今地铁供电系统普遍采用二极管整流获得750V或15 kV直流供电方式，用二极管整流的弊端是直流电压在交流电网侧存在大量的无功和谐波因而对电网造成了严重的污染。在高压大容量应用领域，晶闸管整流器拥有明显的优势。与更高电平整流器相比，其控制相对简单，电压可调。基于现有的晶闸管的水平，采用晶闸管作为整流器件并与运动控制理论相结合的整流器可以稳定、可靠地实现15 kV的直流供电。1.3 课题的基本要求 （1）整流器的硬件设计（2）器件的选型（3）pspice的仿真试验（4）PLC保护程序的设计（5）闭环系统的设计2 整流器的设计要求2.1 整流器的工作环境（1）环境温度： 10+40（2）相对湿度： 月平均值不大于90% 日平均值不大于95% （3）饱和蒸气压： 日平均值不大于2.25x10-3Mpa 月平均值不大于1.85x10-3Mpa有凝露（4）海拔高度： 1000m（5）地震裂度： 7度2.2 整流器总技术要求（1） 负荷性质： 电动机车组（2） 额定频率： 50Hz。（3） 额定交流电压：1180V（4） 额定直流输出电压：1500V（5） 额定直流空载电压：1650V（6） 最高直流输出电压：1800V（7） 额定直流输出电流：2400A（8） 整流方式： 二十四脉波整流2.3 整流器的技术标准整流器及其零部件应满足下列标准GB10411 地铁直流牵引供电系统GB3859 半导体变流器 GB4939 普通整流管IEC600028 铜电阻GB/T13926 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性GB10236 半导体电力变流器与电网互相干扰及其防护方法导则GB13422 半导体电力变流器电气试验方法IEC60255 电气保护继电器2.4 整流器保护措施(1) 内部短路保护 当晶闸管失去单向性能时，回路中将产生短路电流，此时应由晶闸管熔丝熔断来保护。快速熔断器应带有接点，熔断后能给出信号用于报警或跳闸 当一个臂内只有一个熔丝熔断时，发出报警信号，多于一个熔丝熔断时，发跳闸信号，熔丝熔断后，熔断指示器应可靠动作。(2) 外部短路保护：中压断路器(3) 过电压保护交流侧：交流侧设置RC吸收回路抑制交流侧开关操作过电压，兼吸收二极管换相过电压。直流侧过电压保护主要采用RC吸收回路和压敏电阻保护。RC吸收回路连接型式为阻断式。对于直流侧过电压保护回路，它不仅对直流侧起保护作用，同时它对交流侧过电压也有吸收作用，这是由于主回路的形式所决定的，直流侧的过电压保护主要是针对直流侧开关操作过电压。当直流快速开关操作时产生的过电压先通过RC回路吸收，残剩的电压则通过压敏电阻释放2。直流侧：压敏电阻，RC回路(4) 温度保护温度传感装置通常安装在整流器运行时温度最高部位，通常是在两个桥臂的中间位置。温度传感装置所测得的温度数据送到PLC中，在PLC中可设定两个标准量，其中一个标准量作为报警温度，另外的一个标准量作为跳闸温度，标准量可以通过改变程序里的数值进行调节。在整流器中另外还有两个温度保护装置，一个是用来防止母线超温；另一个是用来防止晶闸管元件超温。温度传感装置是通常放在整流器最热部位的母线和晶闸管散热器上。母线及二极管温度保护分别各设两个定值，一个作为报警温度，另一个作为跳闸温度，为整流装置的过热起到保护作用。一般来说当散热器的温度³140时，发出报警信号；散热器温度³150时，发出跳闸信号；母排上的报警温度为80，跳闸温度为90。2.5 控制与信号回路（1）整流晶闸管故障指示回路。整流器柜内同一整流桥的一个整流晶闸管故障及不同整流桥的两个整流晶闸管故障时不跳闸，但不影响整流器100%额定电流运行，整流晶闸管故障信号能通过接点在当地和远方显示。（2）整流晶闸管故障跳闸控制回路整流器柜内同一整流桥的两个整流晶闸管故障时，能发出跳闸信号，当地和远方显示故障信号。（3）整流器温度报警和跳闸指示回路当整流器中设置的温度传感器件检测到的温度超过设定值时，发出报警或跳闸信号，当地和远方能显示报警及跳闸信息。（4）辅助电源失电保护整流器辅助电源失电，发出报警信号，当地及远方均能显示。（5）压敏电阻指示回路整流器在直流侧过电压保护中设置了压敏电阻保护，当压敏电阻动作时，发出熔断跳闸信号，信号可在当地和远方显示。2.6 整流器状态数据采集（1）整流器各种报警及跳闸信息，变电所综合自动化系统应能对其进行实时监测。（2）整流器与外部连接的所有报警、跳闸信号均采用无源硬接线方式，采集数据暂定为桥臂熔断器熔断报警、桥臂熔断器熔断跳闸、整流管过热报警、整流管超温跳闸、母排过热报警、母排超温跳闸、压敏电阻动作跳闸、控制电源失电报警、门控信息。2.7 二十四整流脉波技术如今，正在建造和已经建造完地铁的每个牵引变电所都装备有两套整流装置。由于地铁所采用的直流电压比较高(北京和武汉是用750V直流电，其它的城市均采用1 500V直流电)，因此整流装置基本都是运用三相桥式整流电路，同时为了尽可能的消除地铁的谐波电流对城市电网的污染，除了北京的部分地铁运用三相桥式六脉波的整流装置外，其余的新建地铁整流装置均采用三相桥式并联成的十二脉波整流电路，采用两台阀侧电压相位差30度的双绕组整流变压器与两台三相桥式整流器构成的等效十二脉波整流电路用一台三绕组或四绕组整流变压器，阀侧电压相位差同样为30度，与一台双三相桥式整流器构成一套十二脉波整流机组，两套十二脉波整流机组并联工作并不会改变整流脉波数，只有当两套机组的整流变压器网侧绕组分别移相+750，一750并联工作时，才形成等效二十四脉波整流3。2.8 整流器工作原理（1）地铁整流器的两个整流装置各相输入电压之间的相位角差30°。通过两个三相桥式整流电路的并联组成一个12脉波的整流电路。 地铁整流变压器的网侧绕组采用延长三角形接线的方法，一个晶闸管整流装置移相7.5°，另一个晶闸管整流装置移相-7.5°，这样的两组晶闸管整流装置并联成了24脉波整流。（2）晶闸管整流装置的交流输入侧接有由电阻和电容组成的交流操作过电压抑制电路，抑制整流变压器空载或轻载时断开交流开关所产生的过电压，兼抑制整流元件的换相过电压。晶闸管整流装置的直流侧接有压敏电阻等组成的过电压抑制电路，抑制直流回路中电感所引起的过电压兼抑制交流操作过电压。（3）晶闸管整流装置采用快速熔断器，交流开关和直流开关作综合过载，短路保护。当整流管反向击穿引起内部短路时，快速熔断器熔断以防止事故扩大。（4）晶闸管整流装置采用温度继电器作为附加保护，当母排温度超过90或整流管散热器温度超过150时，温度继电器触点闭合，接通跳闸回路，交流开关跳闸。（5）快速熔断器用熔断器上的微动开关来监控。当快速熔断器熔断时，微动开关的触点信号送出，当一只快速熔断器熔断时，发出报警信号，能继续以额定直流电流工作。当整流桥中任意两只快速熔断器熔断时，发出跳闸信号。压敏电阻用与其串联的熔断器上的微动开关监控。2.9 设备材料要求（1）柜体材料应是新生产的优等产品，并应选用使用寿命长和在规定工作条件下维修最少的材料。（2）所有材料必须具有低烟无卤和阻燃特性。（3）制作结构用的钢材必须是热浸电镀产品。不进行喷塑或喷漆的钢部件，必须进行采取镀锌或镀镉钝化处理。（4）铜材料必须符合有关国家标准。用做母排的铜排必须进行镀银或镀锡处理，增加连接部位的导电性能。5) 不允许用石棉板做绝缘材料。当使用合成树脂绝缘板时，所有的切边均要漆封。3 整流器电路的设计3.1 各部分的设计与介绍3.1.1 主电路原理图主电路采用三相桥式全控整流电路，三相桥式全控整流电路将其中阴极连接在一起的三个晶闸管称为共阴极组；阳极连接在一起的三个晶闸管称为共阳极组。整流晶闸管的导通顺序依次为VT1VT2VT3VT4VT5VT6。并且保证每个时刻均需两个晶闸管同时导通，其中一个是共阴极组的，一个是共阳极组的，且不能为同一相的晶闸管，从而形成向负载供电的回路。六个整流晶闸管的脉冲按VT1VT2VT3VT4VT5VT6的顺序，相位依次相差60°；共阴极组三个相的脉冲依次相差120°，共阳极组三个相的脉冲也依次相差120°，同一相的上下两个桥臂，脉冲相差180°6。整流输出电压ud一周期脉动六次，每次脉冲的波形都一样，故该电路为六脉波整流电路。采用两台阀侧电压相位差30°的双绕组整流变压器与两台三相桥式整流器构成的等效十二脉波整流电路用一台三绕组或四绕组整流变压器，阀侧电压相位差同样为30度，与一台双三相桥式整流器构成一套十二脉波整流机组。两套十二脉波整流机组并联工作并不会改变整流脉波数，只有当两套机组的整流变压器网侧绕组分别移相+750°，一750°并联工作时便形成等效二十四脉波整流。图3-1 主电路原理图3.1.2 主电路器件选型 主电路采用双桥并联,每个桥臂并联两个整流管,快速熔断器上的微动开关接入PLC中，作为逻辑保护。1w,1u,1v,2w,2u,2v,为三相交流的输入端1与2的相位相差30°。L+与L-为直流侧输出，直接接到地铁供电系统中4。（1）晶闸管的选用UARM1.41UVO1.41×12001692（V）式中UVO额定交流电压，我们选用晶闸管的反向重复峰值电压为4600V，所以有足够的电压裕度。（2）快速熔断器的选型 在每个晶闸管支路都上串联一个快速熔断器，其作用是当整流器的晶闸管发生短路故障的情况时，快速熔断器能够有效的隔离短路的晶闸管，因为单个晶闸管的短路而使得整机的毁坏。快速熔断器主要作用是隔离发生短路的晶闸管，因此在确定熔断器的额定电流时必须考虑躲开负荷电流及外部短路电流，同时，需要使用厂家提供的安一秒特性曲线，即在规定的条件下，熔断器的预期开断电流与弧前时间的对应关系曲线。在安一秒特性曲线的基础上，根据相应标准(如IECl466)，可得到熔断器的过载能力曲线。根据这条过载能力曲线，可校验熔断器是否满足过载能力要求5。 整流器输出功率为3600kW，快熔计算在一个晶闸管损坏时，依据设计设定需额定输出，此时流过快速熔断器的电流为最大：IdN2400A。设定两桥的电流不平衡度为2%，则：流过一个桥的最大电流为2400×1.02/21224A，流过快速熔断器电流的有效值为1224/1.732707A。环境温度为50时，额定电流的修正系数为0.894，接触修正系数为0.9，则快速熔断器的最大额定电流为707÷(0.894×0.9)878A。我们选用快速熔断器额定电流为900A, 所以，我们选用熔断器为Bussmann公司熔断器,其额定电流为900A，额定电压1500V。 (3)输出电压的计算整流器的输出电压为三相电压的峰值,与脉波数及稳压电容无关Ud1.41UVO1.41×11801664（V）3.1.3 直流侧过压保护电路为限制直流侧或整流器交流进线侧可能出现的过电压，例如开关操作过电压或大气过电压，在整流器直流输出端并联安装RC和压敏电阻R。过电压限制回路。RC电路由串联阻尼电阻Rl和电容C1组成。另外，在整流器的直流输出端还并联起稳压作用的电阻R2，用于限制整流器的空载电压7。（1）直流侧过电压吸收串联电阻R7计算整流变压器短路阻抗百分比e为8，则整流变压器每相漏感Lt××10690HR7(0.40.8）(0.40.8) =(1.22.4)R7取2.5（2）直流侧过电压吸收并联电阻（放电电阻）R5计算：R5/C2×106/20100000式中为放电时间常数 取2sR5取16.7K（3）直流侧过电压吸收电容C计算C(2500070000)11.331.7FC取20F（4）直流侧过电压保护原理图图3-2 直流侧过电压保护原理图3.1.4 交流侧过压保护电路(1)交流侧过电压保护用电容Ca计算3600kW整流器额定输入电流IV0.408×2400979ACa1000010000×2.26F（2）交流侧过电压保护用电阻Ra计算Ra0.30.3×26.5Ra取26（3）交流侧保护电路原理图图3-3 交流侧保护电路原理图3.2 硬件辅助设备（1）辅助电源：DC220V ，电压允许偏差-15%+10%，直流电源电压纹波系数不大于5%。（2）每个整流器柜内设有照明灯，并配备柜门联动开关，当柜门打开时，照明灯处于工作状态，当柜门闭合时，照明灯自动熄灭，门控信号应能通过变电所综合自动化系统进行监视。照明灯电源采用DC 220V。（3）整流器柜内应设置必要的除湿装置，电源电压为DC 220V。3.3 硬件结构图 见附录B3.4 系统的元件清单表3.1 系统的元件清单1整流管Zp2500A5000V24V1V242快速熔断器 3BKN/125-1500V900A 170M672724F1F24带微动开关常开2付170H0099 24S1S243 压敏电阻EPCOS SIOV B40K5504R84电阻RXG200W-47k-B 三并3R55电阻RXG100W-22-B 6R9R146电阻RXHG300W-3.1-B1R77电阻RS7FS7W-20k 10串10R308电容器 MKP-AC 2.5F 1700V6C4C99电容器MKP 3600V DC 10F 二并2C310 熔断器DC2400V40A CC24SRE300QF0040 1F2611直流电压表D96C-V 0-2000V 50mA配传感器用1P114开关电源T-40C 40W ±15V1UV215电压传感器LV100 1UV316断路器5SJ5 204-7CC20 4A DC220V2QF1、QF217继电器3TH4040-1XM4 DC220V9K1918 温度继电器T10G150-05-L300-300G502 150常开触点 1KT519温度继电器T10G140-05-L300-300G502 140常开触点 1KT420温度继电器T10G090-05-L300-300G502 90常开触点 1KT721温度继电器T10G080-05-L300-300G502 80常开触点 1KT622 整流晶闸管 IN4007 1A 1000V24V10112423整流晶闸管 IN4007 1A 1000V9V31V3924照明灯DC220V40W飞利浦灯泡1GP925限位开关LXW5-A11M1S2726加热器DJR-200 200W DC220V1R2027信号指示灯AD16-22W/G DC220V TH1HI28指示灯AD16-22B/y28 DC220V TH8GP1-83.5 结温计算:整流器输出功率为3600kW,我们按最坏的工况计算即并联的整流管一个损坏，此时的整流管在工作点结温。( 当整流器中有一个整流管损坏时,其输出满足VI级负载)。3.5.1 额定工作时的结温IdN2400(A)时，桥臂电流为2400/6400(A)即流过整流晶闸管的电流为IF(AV)=400(A)又IF(RMS)1.73×400(A)=692（A）(通态均方根电流)，折合为正弦半波180°导通角的电流：I'F(AV)692÷1.57441(A)整流管通态平均功耗PF(AV)10.785VFMIF(AV)0.215VTOIF(AV)0.785×1.8×4410.215×0.81×441700（W）TJ1TaPF(AV)1(RsaRjcRcs)40700(0.0670.010.003)96显然小于最高结温150°C，满足设计要求。3.5.2 过载1.5倍时的结温由于1.5倍过载连续时间为2小时故我们依据长期电流计算：IdN21.5×24003600（A）桥臂电流为3600/6600（A）流过整流管的电流：IF(AV)2600（A）IF(RMS)21.73×6001038（A）折合为正弦半波180导通角的电流：IF(AV)21038/1.57661（A）PF(AV)20.785×VFM·IF(AV)20.215×VTO×IF(AV)20.785×1.8×6610.215×0.81×6611049(W)Tj2TaPF(AV)2（RsaRjcRcs）401049（0.0670.010.003）124显然小于最高结温150，满足设计要求。3.5.3 过载3倍时的结温按标准（GB3859）过载是在额定电流条件下进行短时过载的，因此计算时按额定电流条件下过载300%IdN，时间1分钟。IdN3×24007200（A）桥臂电流720061200（A）通过整流管的平均电流为：IF(AV)31200（A）IF(RMS)31.73×12002076（A）折合为正弦半波180导通角的电流：IF(AV)3=2076/1.571322（A）PF(AV)30.785×VFM×IF(AV)30.215×VTO×IF(AV)30.785×1.8×13220.215×0.81×13222098（W）Tj3TaPF(AV)2×R总（PF(AV)3PF(AV)2）Rth（60）124（20981049）×0.012137式中Rth（60）0.012W，查整流管瞬态热阻抗曲线得到。由于整流晶闸管的结温为150，在损坏一个整流管条件下整流器满足VI级负载，要求所有的整流晶闸管的结温不超过150。所以我们选用的整流管满足标书中提出的使用条件。3.6 PLC的选型与设计3.6.1 PLC的选型PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合，在目前地铁整流系统中基本都采用施耐德TWDLCDE 40DRF,并且运行状况良好。3.6.2 软件所需要实现的主要功能(1) 当整流器中一个桥仅一个快速熔断器熔断时，发出报警信号。(2) 当一个桥中二个快速熔断器熔断时，发出跳闸信号。(3) 当压敏电阻回路中熔断器熔断时，发出报警信号。(4) 当母排温度超过80°C时，发出报警信号。(5) 当母排温度超过90°C时，发出跳闸信号。(6) 当整流管散热器温度超过140°C时，发出报警信号。(7) 当整流管散热器温度超过150°C时，发出跳闸信号。3.6.3 PLC的接线（1）PLC的连接线路图 顶顶 图3-4 PLC的连接线路图（2）PLC的I/O接口表表3.2 PLC的I/O接口表输入端作用输出端作用I0I24快速熔断器信号输入Q2整流管报警信号Q4整流管跳闸信号Q5跳闸信号3.6.4 PLC程序设计（1）PLC流程图是开始是否有快熔报警否有两个及两个以上快熔报警发送跳闸信号结束发送报警信号是否图3-5 PLC流程图（2）PLC程序见附录A4 整流器电路的仿真4.1 pspice的优点pspice仿真软件具有强大的电路绘制与电路模拟仿真以及图形后处理功能和元器件符号制作功能，能够以图形方式输入，自动进行电路检查，生成图表，模拟和计算电路8。它的用途非常广泛，不仅可以用于电路分析和优化设计，还可用于电子线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。与印制版设计软件配合使用，还可实现电子设计自动化。被公认是通用电路模拟程序中最优秀的软件，具有广阔的应用前景9。4.2 辅助电路的pspice仿真4.2.1 电源部分PSPICE中没有直接的三相电供电模型,因此我我采用的方法是将三个交流电源一端接地,另一端输出相位相差120度的电压。电源模型如图4-1所示，输出电压如4-2所示，由图可以看出，pspice能很好的仿真出三相交流电。图4-1 电源部分模型 图4-2 电源输出电压波形4.2.2 触发脉冲部分 三相全桥整流电路的触发脉冲顺序为时段123456共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6在pspice中没有合适的能直接运用在三相全桥整流电路上的脉冲触发装置，因此我采用直流脉冲电源产生的脉冲信号来作为晶闸管的触发脉冲信号。原理图为4-3所示，晶闸管VT1的脉冲触发效果为4-4所示。触发电路中只需要改变脉冲电路产生的滞后时间就能改变晶闸管的偏移角，改变了偏移角就能改变输出电压，配合闭环系统便能很好的实现调压功能。 顶图4-3 触发电路结构图图4-4 晶闸管VT1触发信号4.3 主电路的pspice仿真4.3.1 pspice主电路的的输出波形图将主电路进行pspice仿真，将三相电的各个相接入主电路中，并将触发装置依次接入控制端，如图4-5所示，主电路的输入电压为1150V，输出电压为1500V，空载电压为1650V。通过整流单个的三相桥式全控整流电路输出的为六脉波波形，如图4-6所示。图4-5 pspice主电路图图4-6 六脉波波形由图4-6可见，六脉波的波形并不十分平稳，通过24脉波整流虽然能改善上述情况，但如果需要用到改变触发角来进行调压的情况时输出波形仍会不平稳，因此我尝试着加入稳压电容来使输出波形变得平稳，图4-7为加了稳压电容后的波形图，通过图4-6与图4-7的对比后可见，增加了稳压电容后波形图比没加稳压电容之前平稳许多。图4-7 增加稳压电容后的波形图5 闭环系统的设计5.1 闭环系统的优势根据自动控制原理,将系统的被调节量作为反馈量的引入系统,与给定量进行比较,用比较后的偏差值对系统进行控制,可以有效的抑制甚至消除扰动带来的影响,而维持被调节量很少变化或者不变,这是闭环反馈系统与开环系统相比较的优点.在直流调速系统中,被调节量是转速,所构成的是转速反馈控制的直流转速系统.闭环控制系统是基于反馈控制原理建立的自动控制系统，拥有调速性能好，系统特征曲线硬等诸多优点，闭环控制系统能够通过比较整流系统的输出电压与期望输出电压的偏差，并尽可能的消除偏差，以达到安全，稳定的输出直流电压的目的。地铁整流系统闭环控制原理图如图5-1所示。图5-1 地铁整流系统闭环控制原理图 地铁整流器的额定输出电压为1500V，对于那么大的电压很难进行采样，因此需要采用分压法对电压进行采样，如图5-2所示图5-2 闭环系统的电压采样图图中的R14：R13=9:1，R14与R13的电压比也为9:1。直流侧的电压输出为1500V因此电压表P1的输出数值在150V左右，能够方便的将具体数值测量出来。5.2 闭环系统的原理在整流器中把P1的电压数值作为反馈电压，将反馈电压和设定电压的比较，根据误差值改变触发装置GT来调节触发脉冲的相位，改变整流器的平均输出直流电压，从而实现整流器能够平缓的调压。6 结论目前城市地铁整流系统中都采用整流晶闸管作为整流器件，整流晶闸管整流器虽然能基本满足平时的日常所需，基于目前电子半导体技术的发展本文设想利用晶闸管来代替普通的整流晶闸管，并与运动控制理论相结合从而使得地铁整流系统能够平稳，安全的输出可控电压，以满足科技进一步发展的需求。1. 整流器的保护电路：本文所设计的新型地铁整流器采用三相全桥整流电路，并使用晶闸管作为主要的整流元件，每个晶闸管上都串联一个快速熔断器，当整流器发生内部短路故障时，有选择地隔离故障整流晶闸管，避免故障整流晶闸管内部因过热而暴裂。在整流器中采用RC回路作为交流侧与直流侧的保护电路。并通过具体的计算参数论证了新型地铁整流系统是安全可靠的。2. 整流器的二四脉波技术通过采用两台阀侧电压相位差30°的双绕组整流变压器与两台三相桥式整流器构成的等效十二脉波整流电路，再通过两套机组的整流变压器网侧绕组分别移相+750°，一750°并联工作便形成等效二十四脉波整流。二十四脉波整流与普通的整流技术相比输出更平稳。3. PLC在整流器中的运用在地铁整流系统中PLC的主要作用是判断整流设备是否出现故障，PLC与温度传感器及快速熔断器相结合，当有一个晶闸管出现故障能够及时的报警，有两个或者两个以上的晶闸管出现故障时会及时的切断电路，从而保障整流器的安全运行。4. pspice的仿真结果：通过pspice的仿真可以看出采用晶闸管作为主要整流元件的整流器与采用整流晶闸管作为主要整流元件的整流器相比较，在输出波形方面，由于晶闸管整流器增加了滤波电容，因此效果更为理想。并且新型整流器采用了闭环系统控制因此无论安全性与实用性都超越了传统的整流晶闸管整流器。当需要改变输出电压时，将反馈电压和设定电压的比较，根据误差值改变触发装置GT来调节触发脉冲的相位，改变整流器的平均输出直流电压，从而实现整流器能够平缓的调压。这对于地铁在早晚高峰时段的运行时的安全稳定的运行有着重要的意义。5. 目前存在的不足：晶闸管整流器与传统的二极管整流器相比由于采用了晶闸管作为主要的整流器件，因此必须增加脉冲触发电路。由于时间关系，目前采用直流脉冲信号作为触发电路，在实际的运行过程中触发电路也是非常重要的一部分。在本论文中闭环系统的设计也只是做了一个大概的构思，并没有具体的完善系统，仍然需要进一步的改进。谢辞在临近毕业之际，我还要借此机会向在这四年中给予我诸多