三相桥式全控整流电路设计

1、课 程 设 计课程名称课题名称 三相桥式全控整流电路专 业 电气工程及自动化班 级学 号姓 名指导教师2010年 5 月 28 日课 程 设 计 任 务 书课程名称 电力电子技术课 题 三相桥式全控整流电路设计专业班级学生姓名学 号 06指导老师审 批任务书下达日期 2010年 5月 17日 任 务 完 成 日 期 2010年 5月 28日 目 录第一章 主电路设计原理与分析1.1三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图如下: 图 1.1三相桥式全控整流电路图(1三相桥式全控整流电路的特点:一般变压器一次侧接成三角型, 二次侧接成星型, 晶闸管分共阴极 和共阳极。一般 1、 3、 5为共阴极

2、, 2、 4、 6为共阳极。 2管同时通形成供电回路,其中共阴极组和共阳极组各 1,且不能为 同 1相器件。对触发脉冲的要求:1 按 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序,相位依次差 60。2 共阴极组 VT1、 VT3、 VT5的脉冲依次差 120,共阳极组 VT4、 VT6、 VT2也依次差 120。3 同一相的上下两个桥臂,即 VT1与 VT4, VT3与 VT6, VT5与 VT2,脉冲相差 180。 Ud 一周期脉动 6次,每次脉动的波形都一样,故该电路为 6脉波整 流电路。需保证同时导通的 2个晶闸管均有脉冲,可采用两种方法:一种是宽 脉冲触发一种是双脉冲触发。晶闸

3、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。 (2带电阻负载时的工作情况:1 当 a 60时, u d 波形均连续,对于电阻负载, i d 波形与 u d 波形 状一样,也连续。2 当 a >60时, u d 波形每 60中有一段为零, u d 波形不能出现负值 3 带电阻负载时三相桥式全控整流电路 a 角的移相范围是 120 (3晶闸管及输出整流电压的情况如表 1所示 :表 1 1.2 三相桥式全控整流电路定量分析(1当整流输出电压连续时(即带阻感负载时,或带电阻负载 a 60时的平均值为:cos 34. 2 (sin 63123232d U t td

4、U U =+(2带电阻负载且 a >60时,整流电压平均值为:+=+ 3134. 2 (sin 63232d U t td U U输出电流平均值为 :I d =U d /R(3晶闸管额定电流、额定电压的选择晶闸管承受最大正向电压为,为变压器二次线电压峰值,即222.45*100245U V =RM 晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的 峰值,即2141.4FM U V V = 输出电压 U d 为 0200V,负载电阻 R=2,输出负载电流为:2001002d d U I A R = 晶闸管上流过电流为:2157. 8d I I A = 选用晶闸管时, 额定电压要留有一

5、定裕量通常取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的 23倍。 额定电流也要留一定裕量, 一般取额定 电流为通态平均电流的 1.52倍。第 2章 各硬件电路设计与分析2.1 主电路主电路为带电阻负载的三相桥式电路,图如下所示 : 图 2.1主电路图2.2 触发电路触发脉冲的宽度应保证精华杂关可靠导通(门极电流应大于擎柱电 流 ,触发脉冲应有足够的幅度,不超过门极电压、电流和功率,且在可 靠触发区域之内, 应有良好的抗干扰性能、 温度稳定性及与主电路的电气 隔离晶闸管可控整流电路, 通过控制触发角 a 的大小即控制触发脉冲起始 相位来控制输出电压大小。 为保证相控电路正常工作, 很重要的是应保

6、证 按触发角 a 的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。 晶闸管相控电路,习惯称为触发电路。大、中功率的变流器广泛应用的是 晶体管触发电路, 其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。 可靠性 高,技术性能好,体积小,功耗低,调试方便。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及, 已逐步取代分立式电路。 此处就是采用集成触发产生触发脉 冲。 KJ004组成分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉 冲放大几个环节。 KJ004触发电路为模拟的触发电路 , 其组成如下图: 图 2.2用 protel 绘制的完整触发电路如下所示: 图 2.32.3保护电路电力电子装置可能的过电压外因

7、过电压和内因过电压 , 外因过电 压主要来自雷击和系统操作过程等外因。分别介绍如下:操作过电压:由分闸、合闸等开关操作引起雷击过电压:由雷击引起内因过电压:主要来自电力电子装置内部器件的开关过程换相过电压:晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后, 反向电流急剧减小,会由线路电感在器件两端感应出过 电压。关断过电压:全控型器件关断时,正向电流迅速降低而由线路电感在 器件两端感应出的过电压。在抑制外因过电压的措施中 , 采用 RC 过电压抑电路最为常见。 RC 过 电压抑电路可接于供电变压器的两侧 (通常供电网一侧称为网侧, 电子电 路一侧称阀侧 ,或电力电子电路的直流侧。本处采用反向阻断

8、式过电压 抑制用 RC 电路构成保护电路 , 用 protel 绘制如下所示 : 图 2.42.4 总硬件电路 (主电路和控制电路 原理图如附录一所示。 2.5 硬件电路 PCB 板如附录二所示。 第 3章 仿真实验 实验仿真波形如下:实验仿真波形图 第 4章 总结与心得在大学有这种机会很好, 课程设计给我一个自学的好机会。 这是继数 字电子技术课程设计和单片机原理与应用课程设计之后的第三个学科课 程设计, 这次我的课程设计题目是三相桥式全控整流电路的设计。 通过对 三相桥式全控整流电路的研究, 更了解了整流电路的线路、原理,我知道 了许多触发电路,加深了对触发电路的功能了解。还有保护电路,认

9、识了 保护电路的重要,并对其深入了研究。整个课程设计的过程中, 重点难点 还是在 protel 原理图的绘制和 PCB 板的绘制。在分析和设计好主电路后, 要用 MATLAB 进行仿真。 由于触发电路比较复杂, 所以直接使用了 Simulink 里面原有的脉冲发生模块。 在仿真实验中比较关键的是参数的设置。 仿真 做完了之后是做硬件实验, 由于条件所限老师只让我们画出电路板就可以 了。硬件部分是这次课程设计的重点难点,尤其是画 PCB 板。画 PCB 板 一般是用 Protel 软件。 通过此次课程设计, 熟悉了 Matlab 和 Protel 的使用 方法 , 它们都是与我们专业密切联系的软

10、件。 其中掌握了用 Matlab 对电力 电子电路进行仿真,观察波形,调整参数等操作,巩固了上学期所学的 Protel 的使用,对原理图 SCHDOC 和 PCB 板图绘制熟练了许多。此外, 由于这次课程设计是两人一组, 经过此次历练后提高了我的协 调合作能力。 指导老师也给了我们很大的帮助, 让我们对这几个专业性软 件的使用有了更多的经验。附录 触发电路压保护过电流 保护总电路原理图参考文献 1 王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿 机械工业出版社， 1998 2 倪泽峰，江中华.电路设计与制板Protel DXP 典型实例人民邮 电出版社，2003 3 杨宗德. Protel DX

11、P 电路设计制板入门与提高 人民邮电出版社， 2004 4 王兆安，黄俊.电力电子技术 机械工业出版社，2000 5 陈治明.电力电子器件基础 机械工业出版社，1992 6 李国勇， 谢克明， 杨丽娟. 计算机仿真技术与 CAD 电子工业出版社， 2007 7 孙树朴等.电力电子技术 中国矿业大学出版社，1999 8 林渭勋.现代电力电子技术 浙江大学出版社，2002 9 邵丙衡.电力电子技术 中国铁道出版社，1997 10 叶斌.电力电子技术习题集 中国铁道出版社，1995 电气与信息工程系课程设计评分表 项 目 评 价 设计方案的合理性与创造性 开发板焊接及其调试完成情况 硬件设计或软件编程完成情况 硬件测试及软件调试结果* 设计说明书质量 设计图纸质量 答辩汇报的条理性和独特见解 答辩中对所提问题的回答情况 完成任务情况 独立工作能