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文档简介

1、.课程设计担当书学生名称:专业班:自动0602班指导教师:职场:自动化学院主题:三相桥整流电路的设计(带反电动势负载)初始条件:1 .反电动势负载、E=60V、电阻R=10、电感l无限大使负载电流连续2. U2=220V、晶闸管的触发角=30;3 .自己选择其他装置,例如晶闸管。要求完成的主要任务:(包括课程设计的工作和技术要求,说明书的制作)1 .主电路的设计和原理说明2 .触发电路设计、各开关器件的触发顺序和相位分析3、保护电路的设计、过电流保护、过电压保护原理分析4 .各参数的计算(输出平均电压、输出平均电流、输出有效功率计算、输出波形分析)5 .应用实例6 .心得总结。时间表:七月六日

2、查资料七月七日程序设计7月8日9日写电气电子课程的设计报告七月十日提交报告答辩指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)的签名:年月日摘要整流电路是将交流电力转换为直流电力的电路。 大部分的整流电路由变压器、整流主电路、滤波器等构成。 广泛应用于直流电动机调速、发电机励磁调节、电解、电镀等领域。 整流电路通常由主电路、滤波器、变压器构成。 20世纪70年代以后,主电路多由硅整流二极管和晶闸管构成。 滤波器连接在主电路和负载之间,用于去除脉动直流电压中的交流成分。 有无变压器根据情况而不同。 变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压之间的匹配和交流电网与整流电路之间的电隔离(可以减少电网与电路

3、之间的电干扰和故障的影响)。 整流电路的种类很多,有半波整流电路、单相桥半控制整流电路、单相桥全控制整流电路、三相桥半控制整流电路、三相桥全控制整流电路等。关键词:整流、变压器、触发、过电压、保护电路。目录1主电路设计和原理11.1主电路设计11.2主电路原理说明12触发电路的设计52.1电路图的选定52.2触发电路的原理说明63保护电路的设计83.1过电压保护83.2过电流保护104各参数的计算124.1输出值的计算124.2输出波形的分析145应用例156心得十六参考文献17.三相桥式整流电路的设计1主电路设计和原理1.1主电路设计其电路图如图1所示。图1三相桥全控制整理电路的电路图其中连

4、接有阴极的3个晶闸管(VT1、VT3、VT5 )称为公共阴极组,习惯于连接有阳极的3个晶闸管(VT4、VT6、VT2 )称为阳极组。 并且,虽然优选晶闸管按照从1到6的顺序导通,但为此,按照图示的顺序对晶闸管进行编号。 即,级联组中与a、b、c三相电源接触的三个晶闸管分别是VT1、VT3、VT5,级联组中与a、b、c三相电源接触的三个晶闸管分别是VT4、VT6、VT2。 由后面的分析可知,在该号码下,晶闸管的导通顺序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。1.2主电路的原理说明整流电路的负载是有反电动势的感应电阻负载。 如果将电路中的晶闸管置换成二极管,则相当于晶闸管的触发角=0o的

5、情况。 此时,对于共阴极组的3个晶闸管,与阳极连接的交流电压值最高的一方导通。 另一方面,共阳极组的3个晶闸管是与阴极连接的交流电压值最低(或为最负)的一个导通。 如此,在任意时刻,共阳极组和共阴极组分别有一个晶闸管处于导通状态,施加到负载的电压为某条线的电压。 此时的电路工作波形如图2所示。图2反电动势=0o时的波形当=0o时,各晶闸管在自然相变点发生相变。 从图中变压器的二绕组相电压和线间电压波形的对应关系可知,各自然相变点既是相电压的交点,也是线间电压的交点。 分析ud波形时,可以从相电压波形和线电压波形进行分析。 从相电压波形看,以变压器二次侧的中点n为基准点,在共阴极组晶闸管导通时,

6、整流输出电压ud1成为相电压的正半周期的包络线,在共阳极组导通时,整流输出电压ud2是相电压为负的半周期的包络线,总的整流输出电压ud=ud1-ud2为2从直接线间电压波形来看,与级联群中导通的晶闸管对应的最大(正的最大)的相电压,与级联群中导通的晶闸管对应的最小(负的最大)的相电压,输出整流电压ud是这两个相电压的减法运算,线间电压的由于负载侧连接电感,电感的电阻值无限大,所以电感对电流变化有电阻作用。 当电感元件中流过的电流发生变化时,在其两端产生感应电动势Li,其极性阻止电流变化。 电流增加时,其极性阻止电流的增加,电流减少时,其极性反而阻止电流的减少。 电感的这个作用使电流波形变平,电

7、感变为无限大时成为笔直的直线。为了说明各晶闸管的工作,将波形的一个周期等分为6段,每段为60o,如图2所示,表示每段导通的晶闸管和输出整流电压的情况。 由该表可知,6个晶闸管的导通顺序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。表1三相桥式整流电路的电阻负载=0o时的晶闸管动作状况时间段.vPS共阴极群中接通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中接通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压ud美国航空=uab欧洲足球甲级联赛=uacub- uc战斗机=ubcub- ua=uba美国航空=PS美国航空=PS图3表示=30o时的波形。 从t1的角把一个周期等分

8、为6段,与每段60o和=0o的情况相比,在一个周期内ud波形还由6段的线电压构成,每段的晶闸管的编号等符合表1的规则。 不同在于晶闸管的导通开始定时延迟30o,构成ud的各线段的电压延迟30o,ud平均值下降。 晶闸管的电压波形也相应地如图所示变化。 图中一并示出了变压器的二次侧a相电流ia的波形,该波形的特征在于,在VT1导通的120o期间,ia由于正、大电感的作用,ia波形的形状近似于直线,在VT4导通的120o期间,ia波形的形状也近似于直线,但是为负值。图3 =30o时的波形根据以上分析,60o时,ud波形都连续,相对于具有大电感的反电动势,id波形在电感的作用下以平滑的直线连续。 当

9、60o时,=90o时的电阻负载时的工作波形如图4所示,ud平均值持续下降,电感的存在延迟VT的截止时刻而在ud的值中出现负值,在电感充分大时,在ud中正负的面积大致相等,ud平均值几乎为零。 这表示具有电阻感的反电动势的三相桥整流电路的角的移相范围为90度。图4 =90o时的波形2触发电路的设计2.1电路图的选定晶闸管具有硅整流元件的特性,能在高电压、大电流下工作,其工作过程广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变器、逆变器等电子电路中。 晶闸管具有以下特性:1 )晶闸管施加了反向电压时,无论栅极上是否有触发电流,晶闸管都不导通。2 )在晶闸管接受正向阳极电压的情况下,仅在栅极接受正

10、向电压的情况下晶闸管导通。3 )在晶闸管接通的情况下,如果有一定的正向阳极电压,无论栅极电压如何变化,晶闸管都保持接通,晶闸管接通后,栅极都无法工作。4 )晶闸管接通时,当主电路电压(或电流)接近零时,晶闸管关闭。图5双脉冲触发电路根据晶闸管的该特性,能通过控制晶闸管的导通和关断的时序来控制整流电路的触发角的大小。 整流电路接通启动中或电流断续时,为了确保电路正常工作,需要保证同时接通的两个晶闸管有触发脉冲。 在触发某个晶闸管的同时,向紧接号码之前的晶闸管重新发出脉冲。 也就是说,代替宽脉冲是2个窄脉冲,2个窄脉冲的前端不同60o,脉冲宽度一般为20o 30o,被称为双脉冲触发。 双脉冲电路虽

11、然复杂,但要求的触发电路的输出小。 触发电路如图5所示。2.2触发电路的原理说明如图5所示,触发电压的形成通过KJ004芯片进行。 由KJ004电气路径同步检测电路、锯齿波形成电路、偏压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路4部分组成。 电气原理参照下图:锯齿波的斜率由外置电阻R6、RW1、流出的充电电流和积分电容器C1的值决定。 只是对于不同的移相控制电压VY,改变权重电阻R1、R2的比例而调整对应的偏移电压VP。 通过同时调节锯齿波斜率卷RW1,可以在不同的相移控制电压下获得整个相移范围。 触发电路为正极性型,即移相电压增加,导通角增大,R7和C2形成微分电路,通过改变R7和

12、C2的值,可以得到不同的脉冲输出。 KJ004芯片的内部结构如图6所示。双脉冲信号的形成和控制由KJ041六路双脉冲形成器完成,KJ041是三相全控桥电路所必需的电路,具有双脉冲形成和电子开关控制块功能。 实用模块由具有电子开关控制的KJ041电路构成逻辑控制,适用于正反组可逆系统。如图5所示,KJ041的16脚管是单脉冲信号输入。 从10-15管脚管的两个同时输出单脉冲信号,形成双脉冲信号,从10-15管脚管的两个同时输出单脉冲信号,发送到VT6-VT1晶闸管。(1)假设在t1时刻15管脚开始向VT1晶闸管发送脉冲信号,则在经过60度后,14管脚开始向VT2晶闸管发送双脉冲信号,即,仅在15

13、管脚和14管脚上有信号输出,在其他管脚上没有信号输出时,VT1和VT2同时导通.(2)再60度后,15根足管停止信号输出,13根足管开始向VT3输出信号,只有14根足管和13根足管有信号输出,其他足管没有信号输出时,VT2和VT3同时导通(3)再60度后,14脚管不输出信号,12脚管开始向VT4输出信号,只有13脚管和12脚管输出信号,其他脚管不输出信号时,VT3和VT4同时导通(4)再60度后,13脚管停止信号的输出,11脚管开始向VT5输出信号,只有12脚管和11脚管有信号的输出,其他脚管没有信号的输出时,VT4和VT5同时导通(5)再60度后,12根足管不再输出信号,10根足管开始向VT

14、6输出信号,只有11根足管和10根足管输出信号,其他足管不输出信号时,VT5和VT6同时导通(6)再60度后,11脚管停止信号输出,15脚管开始向VT1输出信号,即,只有10脚管和15脚管有信号输出,其他脚管没有信号输出,此时VT6和VT1同时导通重复以上步骤,可以获得三相桥整流电路所要求的触发信号。3保护电路的设计与电气产品相比,电气电子部件承受过电压、过电流的能力远远弱,极短的过电压和过电流会导致部件永久性破损。 因此,电力电子电路需要过电压和过电流的保护装置,有时需要很多保护对策。3.1过电压保护电源侧过电压电力电子设备一般经由变压器连接到交流电网,电源变压器的绕组和绕组,绕组和接地之间

15、存在分布电容。图7交流为过电压变压器一般为降压型,电源电压u比变压器的二次电压高。 电源开关断开时,最初,二次线圈都没有电压,线圈间的分布电容电压也为零,电源接通时,电容的两端电压不能急剧变化,所以电源电压经由电容施加到变压器二次,变压器二次电压超过正常值,与其连接的电力电子设备受到过电压的冲击。一旦切断电源就会产生过电压,在通电的状态下切断电源开关,励磁电流就会从一定的值迅速降低到0,由于励磁电感的作用电流的急剧变化而产生大的感应电压,电压为Ldi/dt,因此在电感一定的情况下,电流的变换越大越会产生这个电压的大小与跳闸瞬间的电流的参数值有关,如果以正弦电流的最大值切断电源,di/dt就变得

16、最大,过电压也变大。 可知接通时出现的过电压和接通时出现的过电压的产生机理完全不同。电力电子设备的负载电路一般是电感,电流大时突然切断负载,电路就会产生过电压,保险丝的熔断就会产生过电压。 另外,电力电子器件的更换也使电流迅速变化,产生过电压。 这些过电压都是在电路正常工作的状态下产生的,一般称为操作过电压。雷击和其他电磁感应也在电力电子设备上感应过电压,这种过电压发生地的时间和宽度大小不规则,很难预测。对于上述的过电压,可以通过以下对策来保护(1)断路保护过电压的幅度一般很大,但其作用时间一般很短,也就是说点电压的能量并不那么大。 利用电容器两端电压不骤变的特征,在保护对象的两端并联连接电容器,可实现过电压保护目的的保护方式称为切断保护。 因为起到保护作用的电容器通常与电阻串联连接,所以在过电压对电容器充电的过程中,电阻消耗过电压的能量,可以限制形成的寄生的振动。 图8是电源侧切断保护电路图。 图(a )可以连接单相切断保护电路,图(b )和图(c )可以连接三相切断保护电路,RC网络可以连接星形,图(b )可以连接三角形,图(c )可以连接三角形。 电容器越大,过电压的吸收作用越显着。图8断路保护移动中图9中,图(a )是单相切断保护,切断网络直接连接在电源侧,吸收电源过电压。 图(b )是接线形式为星型的三

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