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电力电子技术课程设计 三相桥式全控整流电路课程设计 完成日期：2013年 01月 16日 辽宁工程技术大学 课 程 设 计 成 绩 评 定 表 学 期2012-2013 学年第一学期姓 名 专 业电气工程及其自动化班 级电气10-03 课程名称电力电子技术 论文题目三相桥式全控整流电路课程设计 评 定 标 准 评定指标分值得分 知识创新性 20 理论正确性 20 内容难易性 15 结合实际性 10 知识掌握程度 15 书写规范性 10 工作量 10 总成绩 100 评语评语： 任课教师时 间年 月 日 备 注 课 程 设 计 任 务 书 一、设计题目 三相桥式全控整流电路课程设计 二、设计任务 1.主电路设计与原理介绍 2.整流触发电路的选择与原理介绍 3.保护电路的设计 三、设计计划 第 1 天：选题，查资料； 第 2 天：进行方案分析，确定设计方案； 第 3 天：电路原理设计； 第 4 天：检查设计，修改设计； 第 5 天：编写整理设计说明书。 四、设计要求 1.所设计的电路达到设计任务要求。 2. 分析结果，写出设计说明书。 指 导 教师： 教研室主任： 时 间： 年 月 日 摘 要 整流电路就是把交流电转换成直流电的电路。 整流电路技术在工业生产中应用极其广 泛，如调压调速直流电源、电解及电镀的直流电源等。目前在各种整流电路中，应用最为 广泛的是三相桥式全控整流电路。由于三相桥式全控整流电路的优越性很明显，故本课程 选此为题。 关键词：电力电子 全控 整流 目 录 1. 简介及结构框图.1 2. 主电路设计及原理.2 3. 工作特点.3 3.1 阻感负载时的工作情况3 4. 定量分析与参数计算.6 5. 保护电路设计.8 5.1 晶闸管的保护设计8 5.1.1 晶闸管的过电压保护8 5.1.2 晶闸管的过电流保护8 5.2 交流侧的保护设计9 6. 总接线图10 7. 总结11 1 1 三相桥式全控整流电路课程设计 1. 简介及结构框图 三相桥式全控整流电路系统通过变压器与电网连接，经过变压器的耦合，晶闸管主 电路得到一个合适的输入电压，使晶闸管在较大的功率因数下运行。变流主电路和电网之 间用变压器隔离，还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分。 保护电路采用rc 过电压抑制 电路进行过电压保护，利用快速熔断器进行过电流保护。采用晶闸管触发装置触发晶闸管， 使三相全控桥将交流整流成直流，带动直流电动机运转。 图 1-1 为三相桥式全控整流电路结构框图。 整个设计主要分为主电路、 触发电路、 保护 电路三个部分。当接通电源时，三相桥式全控整流电路主电路通电，同时通过同步电路连 接的集成触发电路也通电工作，形成触发脉冲，使主电路中晶闸管触发导通工作，经过 整流后的直流电通给直流电动机，使其工作。 图 1-1结构框图 2. 主电路设计及原理 如图 2-1 所示，为三相桥式全控带阻感负载，根据要求要考虑电动机的电枢电感与电 枢电阻，故为阻感负载。习惯将其中阴极连接在一起的 3个晶闸管称为共阴极组；阳极连 接在一起的3 个晶闸管称为共阳极组。共阴极组中与a、 b、c三相电源相接的3 个晶闸管分 别为 vt1、vt3、vt5， 共阳极组中与 a、b、c 三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 电网三相交 流电源 三相桥式全控整 流电路 直流电机 保护装置 触发装置 yd- 2 2 三相桥式全控整流电路课程设计 vt4、 vt6、 vt2。 晶闸管的导通顺序为 vt1vt2vt3vt4vt5vt6。 变压器为型 接法。变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3 次谐波流入电网,影响 电网供电的质量。 图2-1 三相桥式全控带阻感负载 3. 工作特点 下面从触发角时的情况可以总结出三相桥式全控整流电路的工作特点： （1）每个时刻均需两个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中共阴极组和 共阳极组 各一个，且不能为同一相器件。 （2）对触发脉冲的要求： 按 vt1-vt2-vt3-vt4-vt5-vt6 的顺序，相位依次差。 共阴极 组vt1、vt3、vt5 的脉冲依次差。 t n a b c vt4vt6vt2 vt1vt3vt5 d2 d1 负 载 id ia ud 0 0 0 60 0 120 3 3 三相桥式全控整流电路课程设计 共阳极组vt4、vt6、vt2 也依次差。 同一相的上下两个桥臂，即vt1 与 vt4，vt3 与vt6， vt5 与vt2，脉冲相差。 （3） 整流输出电压一周期脉动六次，每次脉动的波形都一样, 故该电路为六脉波整 流电路。 （4）整流电路合闸启动过程中或电流连续时，为确保电路的正常工作，需保证同时 导通的两个晶闸管均有脉冲。 （5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关 系也相同。 晶闸管导通情况及整流输出电压情况如表3-1 所示： 表 3-1晶闸管导通情况及整流输出电压情况 时 段 1 2 3 4 5 6 共阴极组中 导通的晶闸 管 vt1vt1vt3vt3vt5vt5 共阳极组中 导通的晶闸 管 vt6vt2vt2vt4vt4vt6 整流输出电 压 ua-ub=uabua-uc=uacub- uc=ubcub- ua=ubauc- ua=ucauc-ub=ucb 3.1 阻感负载时的工作情况 三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电（即用于直流 电机传动），下面主要分析阻感负载时的情况，对于带反电动势阻感负载的情况，只需 在阻感负载的基础上掌握其特点，即可把握其工作情况。 当60 度时，波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通 断情况、 输出整流电压波形、 晶闸管承受的电压波形等都一样。 区别在于负载不同时，同样 的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流 波形不同，电阻负载时 波形与 的波 形形状一样。而阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够 大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。图3-1-1 和图3-1-2 分别给出了三相桥式 全控整流电路带阻感负载=0 度和=30 度时的波形。 图 3-1-1 中除给出波形和波形外，还给出了晶闸管 vt1 电流的波形，可与带电阻负载 时的情况进行比较。 由波形图可见，在晶闸管vt1 导通段，波形由负载电流 波形决定， 和波形不同。 0 120 0 180 du du dudu d idudi d udi 1vti1vti d idu 4 4 三相桥式全控整流电路课程设计 图 3-1-2 中除给出波形和 波形外，还给出了变压器二次侧 a 相电流 的波形，在此 不做具体分析。 图 3 -1-1触发角=0 度时的波形图 图 3-1-2 触发角=30 时的波形图 d udidi 5 5 三相桥式全控整流电路课程设计 当60 度时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时波形不会出现负 的部分，而阻感负载时，由于电感l的作用，波形会出现负的部分。 图3-1-3 给出了=90 度 时的波形。若电感l值足够大，中正负面积将基本相等，平均值近似为零。这说明，带阻 感负载时，三相桥式全控整流电路的角移相范围为90度。 图 3-1-3 触发角=90 时的波形图 d udu d udu 6 6 三相桥式全控整流电路课程设计 4. 定量分析与参数计算 在以上的分析中已经说明，整流输出的波形在一周期内脉动六次，且每次脉动的波形 相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉波（即 1/6 周期）进行计算即可。此外，以 线电压的过零点为时间坐标的零点，于是可得当整流输出电压连续时（即带阻感负载时， 或带电阻负载=90o时）的平均值为 电阻负载且60o 时，整流电压平均值为 输出电流平均值为。 当整流变压器为图 1 中所示采用星形联结，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如 图 7 中所示，为正负半周各宽120o、前沿相差180o的矩形波，其有效值为 晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。 晶闸管的参数： 电压额定：晶闸管在三相桥式全控整流过程中承受的峰值电压: 考虑安全裕量，一般晶闸管的额定电压为工作时所承受峰值电压的23 倍。即 。 /r u idd 2tnu6u tnn3)u(2u 7 7 三相桥式全控整流电路课程设计 例如,输出功率为2kw，负载电阻为20，理想变压器二次侧电压 所以晶闸管的额定电压: 电流额定：通态平均电流，, 。 考虑安全裕量，应选用的通态平均电流为计算的倍。 计算 得 。 对于晶闸管我们选用可关断晶闸管cto。 它是具有门极正信号触发导通和门极负信 号关断的全控型电力电子器件。她既具有普通晶闸管耐压高、电流大的特点，同时又具有 gtr 可关断的优点。 综上所述 ，我们选用国产50a gto。参数如下.选用电阻 20欧姆。 正向阻断电压:10001500, 受反压，阳极可关断电流：30、 50a 擎柱电流0.52.5正 向触发电流：200800ma，反向关断电流：610a，开通时间：500v/us,允许 di/dt100a/us,正管压降 24v 关断 增益： 整流变压器的参数：很多情况下晶闸管整流装置所要求的变流供电压与电网电压 往往不能一致，同时又为了减少电网与整流装置的相互干扰，可配置整流变压器。 我们假设变压器是理想的。.所以变压器的匝数比为。变压器一、二次容量为。 200vu2 1469.69v80.979v20063)(2u63)(2=u2n dvt(av)0.368iiud/rid u22.34ud)25 . 1 ( 7.36aivt(av) 85.5v/2.34uud2760/171380/85.5d2220.816i85.53i u3s 8 8 三相桥式全控整流电路课程设计 5. 保护电路设计 5.1 晶闸管的保护设计 5.1.1 晶闸管的过电压保护 晶闸管的过电压能力较差，当它承受超过反向击穿电压时，会被反向击穿而损坏。 如 果正向电压超过管子的正向转折电压，会造成晶闸管硬开通，不仅使电路工作失常，且 多次硬开关也会损坏管子。因此必须抑制晶闸管可能出现的过电压，常采用简单有效的过 电压保护措施。 对于晶闸管的过电压保护可参考主电路的过电压保护，我们使用阻容保护，电路图 如图 5-1-1所示。 9 9 三相桥式全控整流电路课程设计 图5-1-1 晶闸管阻容过电压保护 5.1.2 晶闸管的过电流保护 晶闸管的过电流保护：过电流可分为过载和短路两种情况，可采用多种保护 措施。 对于晶闸管初开通时引起的较大的 di/dt，可在晶闸管的阳极回路串联入电感进 行抑制； 对于整流桥内部原因引起的过流以及逆变器负载回路接地时可以采用接入快 速熔短器进 行保护。如图5-1-2 所示： 图 5-1-2 串联电感及熔断器抑制回路 5.2 交流侧的保护设计 晶闸管设备在运行过程中会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的 侵袭，同时设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现，所以要进行过电压保护。 可采用如图5-2 所示的反向阻断式过电压抑制 rc 保护电路。 整流电路正常工作时，保护三 相桥式整流器输出端电压为变压器次级电压的峰值，输出电流很小，从而减小了保护元 件的发热。过电压出现时，该整流桥用于提供吸收过电压能量的通路，电容将吸取过电压 能量转换为电场能量。过电压消失后，电容经放电，将储存的电场能量释放，逐渐将电压 vtr c lfuvt 10 10 三相桥式全控整流电路课程设计 恢复到正常值。 图 5-2阻断式过电压抑制 rc 保护电路 6. 总接线图 整 流 电 路 d r c c dd ddd r 11 11 三相桥式全控整流电路课程设计 图 5-2-2总接线图 7. 总结 电力电子技术是一门基础性和支持很强的技术，本次课程设计不单单只是引用文献， 更应该理解其原理，掌握其真谛，做到融会贯通。整流技术广泛的应用于工业生产中，其 中应用最广泛的是三相桥式全控整流技术，其优越性在于全控二字，由于这一特点，使 其在工业生产生活中具有旺盛的生命力。本次课程设计中的表格与电路图均用绘图软件 visio-2010 绘制；原理及结构的讲解均引用于教材，为方便理解，进行了适当的改写。 r c t n a b c vt4vt6vt2 vt1vt3vt5 d2 d1 负 载 id ia ud d c c dd ddd r r fu4 fu1fu2fu3 fu5fu6 12 12 三相桥式全控整流电路课程设计 个人体会 电力电子技术是一门基础性和支持很强的技术，通过本次课程设计 ， 我对电力电子技术这门课有了更深