三相半波整流课程设计.doc

目录一 课程设计名称（3）二 课程设计任务,指标内容,目的（3）三 课程设计方案选择证（3）3.1 实验内容（3）3.2 方案的经济论证（3）四 设计的内容（3）4.1主电路设计及原理（4）4.2 三相半波可控整流电路带电阻负载（4）4.3 阻感负载（6）4.4 各参数的计算（7）五 总结（8）六 参考文献（8）一 课程设计名称三相半波可控主回路课程设计二 课程设计任务,指标内容,目的设计内容 设计一个三相半波可控主回路电路目的 1 熟悉掌握交流电路的原理 2 掌握基本电路条件的功能,定性分析,定量计算,波形解释。 3 按时参加课程指导，独立完成设计报告设计指标 输入电压: 三相交流380伏、50赫兹电路电流: 电流(10A)负载性质: 电阻(10)、电阻(10)电感(10mH)三 课程设计方案选择论证3.1 实验内容整流电路广泛应用于工业中。它可按照以下几种方法分类：1.按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种；2.按电路结构可分为桥式电路和零式电路；3.按交流输入相数分为单相电路和多相电路；4.按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。一般当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小时，应采用三相整流电路。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路、以及双反星形可控整流电路等。3.2 方案的经济论证三相可控整流电路的控制量可以很大，输出电压脉动较小，易滤波，控制滞后时间短，因此在工业中几乎都是采用三相可控整流电路。在电子设备中有时也会遇到功率较大的电源，例如几百瓦甚至超过12kw的电源，这时为了提高变压器的利用率，减小波纹系数，也常采用三相整流电路。另外由于三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次侧电流中含有直流分量，为此在应用中较少。而采用三相桥式全控整流电路，可以有效的避免直流磁化作用。虽然三相桥式全控整流电路的晶闸管的数目比三相半波可控整流电路的少，但是三相桥式全控整流电路的输出电流波形便得平直，当电感足够大时，负载电流波形可以近似为一条水平线。在实际应用中，特别是小功率场合，较多采用单相可控整流电路。当功率超过4KW时，考虑到三相负载的平衡，因而采用三相桥式全控整流电路。四 设计的内容当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小时，应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源供电。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路.4.1主电路设计及原理其原理图如图1所示图1 三相半波可控整流电路原理图为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波电流流入电网。三个晶闸管分别接入a,b,c三相电源，它们的阴极连接在一起，称为共阴极接法，这种接法触发电路有共端连接方便假设将电路中的晶闸管换作二极管并用VD表示，该电路就成为三相半波不可控整流电路，以下首先分析其工作情况。此时，三个二极管对应的相电压中哪一个的值较大，则该相对应的二级管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相的相电压。4.2 三相半波可控整流电路带电阻负载假设将电路中的晶闸管换作二极管，并用VD表示，该电路就成为三相半波不可控整流电路，以下首先分析其工作情况。此时，三个二极管对应的相电压中哪一个的值最大，则该相所对应的二级管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压，波形如图1.1d所示。图 1.1 三相半波可控整流电路阻感负载时的波形在一个周期中，器件工作情况如下：在期间，a相电压最高，导通，；在期间，b相电压最高，导通，；在期间，c相电压最高，导通，。此后，在下一周期相当于的位置即时刻，又导通，重复前一周期的工作情况。如此，一周期中、轮流导通，每管各导通120。波形为三个相电压在正半周期的包络线。在相电压的交点、处，均出现了二极管换相，即电流由一个二极管向另一个二极管转移，称这些交点为自然换相点。对三相半波可控整流电路而言，自然换相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角的起点，即，要改变触发角只能是在此基础上增大，即沿时间坐标轴向右移。若在自然换相点处触发相应的晶闸管导通，则电路的工作情况与以上分析的二极管整流工作情况一样。由单向可控整流电路可知，各种单向可控整流电路的自然换相点是变压器二次电压的过零点。当时，变压器二次侧a相绕组和晶闸管的电流波形如图1.1e所示，另两相电流波波形形状相同，相位依次滞后120，可见变压器二次绕组电流有直流分量。图1.1f是两端的电压波形，由3段组成：第1段，导通期间，为一管压降，可近似为;第2段，在关断后，导通期间，为一段线电压； 第3段，在导通期间，为另一段线电压。即晶闸管电压由一段管压降和两段线电压组成。由图可见，时，晶闸管承受的两段线电压均为负值， 随着增大，晶闸管承受的电压中正的部分逐渐增多。其他两管上的电压波形形状相同，相位依次差120。增大值，将脉冲后移，整流电路的工作情况相应地发生变化。图 1.2三相半波可控整流电路阻感负载时的波形图1.2是时的波形。从输出电压、电流的波形可看出，这时负载电流处于连续和断续的临界状态，各相仍导电120.4.3 阻感负载如果负载为阻感负载，且L值很大，则如图1.3图所示，整流电流的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波。时，例如时的波形如图1.3图所示。当过零时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而继续导通，知道下一相晶闸管的触发脉冲到来，才发生换流，由导通向负载供电，同时向施加反压使其关断。这种情况下波形中出现负的部分，若增大，波形中负的部分将增多，至时，波形中正负面积相等，的平均值为零。可见阻感负载时的移动范围为90。 图 1.3三相半波可控整流电路阻感负载时的波形4.4 各参数的计算整流电压平均值的计算：1）时，负载电流连续，有（1-1）当时，最大，为。2）时，由于负载电流断续，可由式（1-1）求出，即 与成余弦关系。如果负载中的电感量不是很大，则当后，与电感量足够大的情况相比较，中负的部分将会减少，整流电压平均值略为增加。变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为 （1-2）由此可求出晶闸管的额定电流为 （1-3） 晶闸管两端电压波形如图5所示，由于负载电流连续，因此晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值，即 （1-4）图中所给波形有一定的脉动，这是电路工作的实际情况，因为负载中电感量不可能也不必非常大，往往只要能保证负载电流连续即可，这样实际上是有波动的，不是完全平直的水平线。通常，为简化分析及定量计算，可以将近似为一条水平线，这样的近似对分析和计算的准确性并不产生很大影响。五 总结这次电力电子技术课程设计我选择的题目是“三相半波可控主回路设计”设计的主要步骤为1 选题，调研；2总体方案设计；3单元电路设计；4实验室验证；5撰写设计报告等五个部分，在老师的指导和我的共同努力下成功的完成了这次课程设计。通过这次课程设计，我基本熟悉整流和触发电路的基本原理，能够运用所学的理论知识分析设计任务。同时能掌握基本电路的数据分析、处理；描绘波形并加以判断，并能正确设计电路，画出线路图，分析电路原理。最重要是的培养了实事求是、严谨的工作态度和认真的工作作风，为我们以后的发展奠定了坚实基础。六 参考文献1、王兆