三相桥式可控整流电路

1、王伟龙课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能为1台额定电压220V、功率为40kW的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调速。设计任务1、方案的经济技术论证。2、主电路设计。3、通过计算选择整流器件的具体型号。4、若采用整流变压器，确定变压器变比及容量。5、触发电路设计或选择。6、绘制相关电路图。7、完成4000字左右说明书。要求1、 1、文字在4000字左右。2、 2、文中的理论分析与计算要正确。3、 3、文中的图表工整、规范。4、元器件的选择符合要求。1、交流电源：三相380V。2、整流输出电压Ud在0220V连续可调。3、整流输出电流最大值200A。4、直流电动机负载

2、。5、根据实际工作情况，最小控制角取20300左右。第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：主电路设计；第5天：选择器件；第6天：确定变压器变比及容量；第7天：确定平波电抗器；第8天：触发电路设计；第9天：总结并撰写说明书；第10天：答辩。把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。整流器的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般可在输入端加接整流变压器，把一次电压U1，变成二次电压U2。由晶闸管等组成的全控整流主电路，其输出端的负载，我们研究是电阻性负载（如电炉，电热器，电焊机，和白炽灯等）、电阻

3、电感负载（如直流电动机的励磁绕组，滑差电动机的电枢线圈等）。以上负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。为此，只要改变触发电路所提供的触发脉冲送出的早晚，就能改变晶闸管在交流电压U2一周期内导通的时间，这样负载上直流平均值就可以得到控制。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，因此在本次课程设计中采用三相可控整流电路。整流电路；三相桥式；全控目 录第1章 绪论11.1 电力电子技术概况11.2 本文研究内容1第二章三相桥式可控整流电路总体设计方案32.2 具体电路设计4主电路设计4控制设计8保护电路设计102.3元器件型号选择112.4系统调试或仿

4、真、数据分析13第三章课程设计总结14参考文献151.1 绪论电力电子技术概况现代工业生产设备使用的换流装置的容量越来越大，数量也越来越多。大量的谐波电流注入电网，就会严重地威胁电网的安全运行，危害其它用电设备及自动化仪表等。所以，了解分析、抑制电力系统谐波，限制谐波发生源注入电网的谐波含量将越来越受到重视。相比较而言，三相全控桥式整流电路具有电路简单，调整方便等优点，为使变压器的铁心不饱和，就需要增大铁心面积，这样就增大了设备的容量。生产实际中只用于对输出波形要求不高的小容量的场合。在中小容量、负载要求较高的晶闸管的可控整流装置中。工业中大量应用交直流电动机，直流电动机具有良好的调速性能，为

5、其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置，近年来，由于电力电子变频技术迅速发展，是交流电动机的调速性能可与直流电动机相媲美，因此交流调速技术得到广泛应用，并且占据主导地位。作为节能控制主要采用交流电动机的变频调速，它带来了巨大的节能效益，在各行各业中，风机，水泵多用异步电动机拖动，其电量占我国工业用电的50%以上，全国用电量的30%，控制风量或水流量，过去靠控制风门或节流阀的转动，而电动机的转速不变，由于风门或节流阀的转角减小却增大了流体的阻力，因此消耗功率变化甚小，结果造成在小风量和小水流量时电能的浪费，我国的风机，水泵全面采用变频调速后，每年节电可达数百亿度。1.2 本文研究内容

6、为实现直流电动机调速，本文主要研究门极可关断晶闸管的工作特性，触发电路的工作特性，分析三相桥式可控整流电路的性能参数以及直流电动机的主要参数和各项性能指标。首先进行总体设计方案，课设题目中给出的正是要求为220V、200A的直流电动机供电，它的容量属于高容量，的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，因此需选用三相全桥可控整流电路。其次再进行主电路和触发电路的分析，为实现电动机的良好运转，还需为主电路增加保护电路，并研究选择保护电路。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

7、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。再通过计算，得到各性能指标，选取器件。最后通过仿真，数据分析，方案成型。 三相桥式可控整流电路总体设计方案单相可控电路与三相可控电路相比，有结构简单，输出脉动大，脉动频率低的特点，其不适于容量要求高的情况，而三相可控整流电路有与之基本相反的特点，对于相当于反电动势负载的电动机来说，它能满足其电流容量较大，电流脉动小且连续不断的要求。课设题目中给出的正是要求为220V、200A的直流电动机供电，它的容量属于高容量，所以应选用三相可控整流电路整流。另外三相桥式整流电压的脉动频率比三相半波高一倍，因而所需平波电抗器的

8、电感量也减小约一半。三相半波虽具有接线简单的特点，但由于其只采用三个晶闸管，所以晶闸管承受的反向峰值电压较高，并且电流是单方向的，存在直流磁化问题。基于以上原因，最终我选择三相桥式全控电路为电机整流。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

9、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多，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。三相桥式可控整流电路设计。2.2整体电路2.2 具体电路设计主电路设计三相全控桥式整流电路的原理图，如图2.3所示：图2.3 三相桥式全控整流电路原理图带电阻负载时的工作情况：a =0°时的情况：假设将电路中的晶闸管换作二极管进行分析。对于共阴极阻的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个

10、导通。对于共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的导通，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态。图 2.4 三相桥式全控整流电路带电阻负载a =0°时的波形从相电压波形看，共阴极组晶闸管导通时，ud1为相电压的正包络线，共阳极组导通时，ud2为相电压的负包络线，ud=ud1 - ud2是两者的差值，为线电压在正半周的包络线。直接从线电压波形看， ud为线电压中最大的一个，因此ud波形为线电压的包络线表2-1 晶闸管导通顺序阴极组中导通的三相全控桥式整流电路的特点（1）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（2）对

11、触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60°，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°，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°（3）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（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发另一种方法是双脉冲触发（常用）（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。阻感负载时的工作情况当a

12、60°，ud波形连续，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ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id波形不同。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2.5 三相全控桥式整流电路带阻感负载 =0°时的波形图2.6三相全控桥式整流电路带阻感负载 =30°时的波形a >60°时阻感负载时的工作情况与电阻负载时，不同电阻负载时ud波形不会出现负的部分而阻感负载时，由于电感L的作用，ud波形会

13、出现负带阻感负载时，三相全控桥式整流电路的 角移相范围为90°控制设计 晶闸管触发电路工作原理： 晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。晶闸管具有下面的特性：1当晶闸管承受反向电压时，无论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。2晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。3晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何变化，晶闸管都保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。4 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时

14、，晶闸管关断。2.7 晶闸管触发电路图定量分析:当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a60°）的平均值为: Ud=2.34U2cos （2-1） 输出电流平均值为 Id=Ud /R （2-2）当整流变压器为星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形为正负半周各宽120°、前沿相差180°的矩形波，其有效值为： （2-3）晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。三相全控桥式整流电路接反电势阻感负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，仅在计算Id时有所不同，接反电势阻感负

15、载时的Id为： （2-4）式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。保护电路设计1.主电路的过电压保护抑制过电压的方法：用非线性元件限制过电压的副度，用电阻消耗生产过电压的能量，用储能元件吸收生产过电压的能量。对于非线性元件，不是额定电压小，使用麻烦，就是不宜用于抑制频繁出现过电压的场合。所以我们选用用储能元件吸收生产过电压的能量的保护。使用RC吸收电路，这种保护可以把变压器绕组中释放出的电磁能量转化为电容器的电场能量储存起来。由于电容两端电压不能突变，所以能有效抑制过电压，串联电阻消耗部分产生过电压的能量，并抑制LC回路的震动。2.8 RC过电压抑制电路连接方式2.晶闸管的过电压保护晶闸

16、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。电压保护3.晶闸管的过电流保护常见的过电流保护有：快速熔断器保护，过电流继电器保护，直流快速开关过电流保护。快速熔断器保护是最有效的保护措施；过电流继电器保护中过电流继电器开关时间长（只有在短路电流不大时才有用；直流快速开关过电流保护功能很好，但造价高，体积大，不宜采用。因此，最佳方案是用快速熔

17、断器保护。2.10晶闸管的过电流保护2.3元器件型号选择输出直流电压 Ud=2.34U2cos （2.3-1）输出直流电流Id= （2.3-2） （2.3-3）每个管电流的有效值Ivt= （2.3-4）变压器二次侧有效值I2=Id （2.3-5） 得出结果： U2=100vRd=1.1Idvt=66.67AIvt=115.50AI2=163.30A晶闸管的参数：（1）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Utn=U2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 U额=(23)Utn （2.3-6） U额=(23) U2 （2.3-7） U额=735V选用的通态平均

18、电流为计算的（1.52）倍，计算得IVT(AV)=231A变压器变比n=380/100变压器一、二次容量为S2=3*U2I2=48990w功率因数=0.816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。所以应选用KG200-800 2.4系统调试或仿真、数据分析2.11 MATLAB仿真电路第二章 课程设计总结电力电子技术既是一门技术基础课程，也是实用性很强的一门课程。因此，电力电子装置的应用是十分重要的。通过此次对电力电子课程设计的之三相桥式全控整流电路设计，对电力

19、电子这门课程有了进一步的认识。电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源，恒频交流电源和变频交流电源，因此也可以说电力电子技术研究的也就是电源技术。本文在熟悉三相桥式全控整流电路基本原理的基础上，总结了一些主电路参数整定方法，讨论了不同整定方案对系统性能的影响，总结出一些较为实用的方法和规律。本文也对三相桥式全控整流装置相当于一个谐波发生器的理论进行了分析与介绍，强调采取必要措施抑制和消除谐波的重要性。课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”，重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再