三相桥式可控整流电路设计

1、讨由，以圉电力电子技术课程设计题目：三相桥式可控整流电路设计院系名称： 电气工程学院 专业班级: 电气F1206学生姓名：学 号：指导教师：臧义教师职称:副教授评语及成绩：指导教师:B WT TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 摘要：1弓I言：1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1课题简介1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 课题研究背景1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Documen

2、t 国内外研究现状 2 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 本课题研究内容2 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2系统总体设计方案2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2.1设计方案论证2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 3三相桥式可控整流电路4 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 三相桥式全控整流电路（阻性负载） 5 HYPERLINK l boo

3、kmark28 o Current Document 带电阻负载a =0寸的工作情况 5 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 带电阻负载 a =30寸的工作情况 7 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 带电阻负载a =60寸的工作情况 7 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 带电阻负载a 60寸的工作情况 7 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 小结8 HYPERLINK l bookmark40 o C

4、urrent Document 三相桥式全控整流电路（感性负载） 8 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 带电感负载a =0寸的工作情况 8带电感负载 a =30寸的工作情况 10带电感负载 a =60寸的工作情况 11 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 带电感负载 a =90寸的工作情况 11 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 三相桥式全控整流电路（a60）12 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document

5、三相桥式全控整流的电流有效值 12 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 3系统硬软件设计 13 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 硬件设计13 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 电路框图13 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 设计方框图13 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 设计主电路图14 HYPERLINK l bookmark60 o Curr

6、ent Document 软件设计14 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 软件设计及流程 15 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 4主电路保护17 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 过电压的产生和保护 17 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 过电流的保护18 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 5软硬件设计及调试19 HYPERLINK l book

7、mark72 o Current Document 仿真模型电路设计 19 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 电路仿真结果 19 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 阻性负载19 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 感性负载20 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 6结语20 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 参考文献21附录A 系统电路图22附录B C

8、8051-F020主控制图 23三相桥式可控整流电路的设计摘要：本文主要介绍三相桥式全控整流电路的主电路和触发电路的原理及控制电路 图，由工频三相电压380Vs升压变压器后由SCRpng硅）再整流为直流供负载用。 但是由于工艺要求大功率，大电流，高电压，因此控制比较复杂，特别是触发电路部 分必须一一对应，否则输出的电压波动大甚至还有可能短路造成设备损坏。对三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路进行了理论分析，建立了基于 Matlab/Simulink 的三相桥式整流电路的仿真模型，并对其带纯电阻负载及电阻 电感性负载时的工作情况进行对比分析。关键词：MCU; SCR电力电子；三相桥式半控整

9、流；三相桥式全控整流。引言：整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应用最为广泛的电路，它不仅应 用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统及其他 领域。因此调试三相桥式可控整流电路的相关参数并对不同性质负载的工作情况 进行对比分析与研究具有一定的现实意义。本文主要介绍三相桥式全控整流电路 的主电路和触发电路的原理及控制电路图，由工频三相电压380V经升压变压器后由SCR（可控硅）再整流为直流供负载用。1课题简介课题研究背景晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称 为可控硅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

10、 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。三相桥式可控整流电路的设计指使用电力电子器件对三相电能进行变换和控 制的技术。国内外研究现状电力电子技术在电力系统中有非常广泛的应用。最终用户在使用电能时常常 需要进行预处理。如降压、滤波、无功补偿等：据估计，发达国家在用户最终使 用的电能中有60%以上至少经过一次电力电子变流装置的处理。电力系统在通向 现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。毫不夸张地说，离开电力电子 技术，电力系统的现代化是不可想象的；直流输电（HVDC）在长距离、大容量输电 时有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都

11、采用品闸管变流装置； 近年发展起来的柔性交流输电（AFCTS）可以大幅度提高电网输电能力和稳定性； 手段：快速、精确、连续地控制大容量有功和无功等参数实现对系统潮流变化、 功率流向、输送能力、阻尼振荡的性能加以改进和提高。如有源滤波器 （APFAetivepowerFi ter）可进行用户端的无功补偿和谐波抑制。本课题研究内容本文研究的内容主要是建立一个对三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整 流电路介绍，并进行了理论分析，使用电力电子器件对三相电能进行变换和控制 的技术。条件是把三相输入交流电压：380V, 50Hz;使输出功率：2KW;另外添加一定的保护设施，品闸管的过电压能力较差，当它承受

12、超过反向击穿电压时， 会被反向击穿而损坏，因此对晶闸管的电压和电流保护，防止晶闸管烧坏；2系统总体设计方案设计方案论证三相桥式整流主要由CSR（晶闸管）器件组成，其基本结构图为图2.1 品闸管的开关特点（1）当SCR的阳极和阴极电压UAK0时，只有GEk0, SCR才能导通。说明SCR具有正向阻断能力图2.1基本结构图SCR 一旦导通，门极G 将失去控制作用,即无论 EG 如何，均保持导通状态。SCR 导通后的管压降为1V左右，主 电路中的电流I由R和RW以 及EA的大小决定;(4)当UAK0同时UGK0,由导通一关断的条件：使 流过SCR的电流降低至维持电流以下。(一般通过减小EA,直至EA

13、0 ,同时UGK0;(2)阳极电压作用：当UAK上升至某个大数值，使 V2的漏电流由于雪崩效 应而加大，同时由于正反馈而使漏电流放大，最终使SCR饱和导通；dU/dt作用：如果UAK以高速率上升，则在中间结电容上产生的电流可 以引起导通；(4)温度作用：温度上升，V1, V2的漏电流加大，引起SCR导通；(5)光触发：当强光直接照射在硅片上，产生电子空穴对，在电场的作用，产生触发SCR的电流。目前，有一些场合使用这种方式来触发SCR,如高压直流输电(HVDC)。这种方式可以保证控制电路和主电路之间有良好的绝缘。这种 SCR 又称为光控晶闸管(LightTriggeredThyristor -

14、LTT)。品闸管的基本特性：(1)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；电子科 技人学硕十学位论文：基于三相桥式可控整流电路的设计；(2)承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下品闸管才能开通；(3)品闸管一旦导通，门极就失去控制作用；要使品闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以F从这个角度可以看出，CSR是一种电流控制型的电力电子器件。品闸管的触发：(1)作用：产生符合要求的门极触发脉冲，保证品闸管在需要的时刻由阻断转为导通。(2)广义上讲，晶闸管触发电路还包括对其触发时刻进行控制的相位控制电 路。(3)晶闸管触发电路应满足下列要求：触发脉冲的宽度应保证品

15、闸管可靠导通(门极电流应大于擎住电流);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。三相全桥按负载不同可分为带电组和带电感负载，以下分别讨论这两种负载的区别。3三相桥式可控整流电路三相全桥的特点：负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时使用三相整流电路;应用最为广泛;共阴极组-阴极连接在一起的3个晶闸管(VT1、VT3、VT5);图3三相桥式可控整流电路共阳极组-阳极连接在一起的3个晶闸管(VT4、VT6、VT2);注意编号顺序：1、3、5和4、6、2, 一般不特别说明，均采用这样的编号顺 序。三相桥式全

16、控整流电路（阻性负载）带电阻负载 卡0时的工作情况图3.1.1三相桥式全控整流电路（带电阻负载a=0时的波形）1）带电阻负载时的工作情况（1）行0时的情况对于共阴极阻的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SCR处于导通状态。其余的 SCR 均处于关断状态；触发角a的起点，仍然是从自然换相点开始计算，注意正负方向均有自然换 相点；从线电压波形看，侧为线电压中最大的一个，因此ud波形为线电压的包络线。时段123456共阴极组中导通的品闸管VTVTVT3VT3VT5VT5共阳极

17、组中导通的品闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压UdUa-Ub = UabUa-U c=UacUb- U c=UbcUb- U a=UbaUc- Ua = UcaUc-U b=Ucb表3.1.1三相桥式全控整流电路电阻负载=0时时晶闸管工作情况三相桥式全控整流电路的特点：? 两个CSR同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各有一个SCR导通，且不能为同相的两个SCR（否则没有输出）。? 对触发脉冲的要求：按VT1 一 VT2 VT3 一 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

18、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;? ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，所以三相全桥电路称为6脉波整流电路；? 需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲（采用两种方法：一种是宽脉冲触发（大 于 60）;? 另一种是双脉冲触发（常用）：在Ud的六个时间段，均给应该导通的 CSR提供触发脉冲，而不管其原来是否导通。所以每隔60就需要提供两个触发脉冲；? 实际提供脉冲的顺序为:1, 2-2, 3-3, 4-4, 5-5, 6-6, 1-1, 2,不断重复。品闸管承受的电压波形与三相半波时相同，品闸管承受最大正、反向电压

19、的关系也相同为：Ug 叫45%带电阻负载 卡30时的工作情况图3.1.2三相桥式全控整流电路（带电阻负载 行30时的波形）品闸管起始导通时刻推迟了 30,组成ud的每一段线电压因此推迟30a；从Ut1开始把一周期等分为6段，ud波形仍由6段线电压构成，每一段 导通晶闸管的编号等仍符合表3.1.1的规律；变压器二次侧电流i波形的特点：在VT1处于通态的120期间，i为正， ui波形的形状与同时段的ud波形相同，在VT;处于通态的120期间，i波形 的形状也与同时段的ud波形相同，但为负值。带电阻负载 卡60时的工作情况ud波形中每段线电压的波形继续后移，ud平均值继续降低。a=60时ud出现 为零的点。（因为在该点处，线电压为零）带电阻负载 心60时的工作情况当a60时，如a=90时电阻负载情况下的工作波形如图 3.1.4所示：hn v-K N图3.1.4三相桥式全控整流电路（带电阻负载0=90时的波形）小结当a60时，ud波形每600中有一段为零，ud波形不能出现负值；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。三相桥式全控整流电路（感性负载）带电感负载=0时的工作情况当