三相桥式全控整流电路的设计

1、。电力电子技术课程设计报告不可逆DC电驱动系统中三相桥式全控整流电路的设计陈英姓学生编号20090914031703级，年级专业电气工程及其自动化系(所)汽车学院教官齐雁星2011年12月24日一、导言整流电路，尤其是三相桥式可控整流电路，是电力电子技术中最重要、应用最广泛的电路，不仅应用于一般工业，还广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统等领域。因此，比较和分析三相桥式可控整流电路的相关参数以及不同特性负载的工作状况具有重要的现实意义。这不仅是电力电子电路理论研究的重要组成部分，而且对工程实践的实际应用起到了预测和指导作用。因此，调试三相桥式可控整流电路的相关参数，对不同负载的工况

2、进行对比分析和研究，具有重要的现实意义。二、设计任务2.1.1课程设计的目的1.培养文献检索能力，尤其是如何利用互联网检索所需的文献。2.培养全面分析、发现和解决问题的能力。3.通过不可逆DC电驱动系统中三相桥式全控整流电路的设计，掌握三相桥式全控整流电路的工作原理，综合运用所学知识，设计三相桥式全控整流电路及系统。4.培养应用知识和工程设计的能力。5.提高课程设计报告的写作水平。2.1.2课程设计指标内容和要求三相桥式全控整流电路的设计要求；(1)电网：380伏，50赫兹；(2)DC电机额定功率17KW，额定电压220伏，额定电流90A，额定转速1500转/分。(3)变压器漏电感：0.5兆赫

3、2.1.3设计步骤(1)根据给定的技术要求，确定总体设计方案选择具体组件，设计硬件系统进行相应的电路设计，完成相应的功能调试和修改编写课程设计说明三。设计方案的选择和论证3.1三相半波可控整流电路特点：电阻负载，大l值，基本上是直的id波形；当a30时；整流后的电压波形与电阻负载下的电压波形相同；当u2在a 30处过零时(例如，a=60处的波形如图2-16所示)，VT1不会关闭，直到VT2的脉冲到达，并且VT2打开以向负载供电。同时，当负的部分电阻负载出现在ud波形中时，反向电压被施加到VT1以关闭90的相移范围。图3.1.1三相半波可控整流电路，带阻性负载的电路，波形a=60数量关系：Ud/

4、U2与a成余弦关系，如图3.1.1中的曲线2所示。如果负载中的电感不大，则ud的负部分在a30之后减小，(3-1)当Ud略微增加时，Ud/U2和a之间的关系将在曲线1和2之间。变压器次级电流(即晶闸管电流)的有效值为晶闸管的额定电流为(3-2)晶闸管的最大正向和反向电压峰值是变压器二次线的电压峰值(3-3)图2-16中的id波形有一定的脉动，但为了简化分析和定量计算，id可以近似为一条水平线。三相半波的主要缺点是其变压器二次电流含有DC分量，因此很少使用。3.2三相桥式全控整流电路最广泛使用的是三个晶闸管(VT1、VT3、VT5)，它们的阴极在公共阴极组中连接在一起，以及三个晶闸管(VT4、V

5、T6、VT2)，它们的阳极在公共阳极组中连接在一起编号：1，3，5，4，6，2电阻负载下的操作当a60时，ud波形是连续的，工作条件与电阻负载非常相似。每个晶闸管的通断条件、输出整流电压ud波形和晶闸管承受的电压波形都是相同的。不同之处在于，由于不同的负载，相同的整流输出电压被施加到负载，并且获得的负载电流id波形不同。当负载为电阻性负载时，由于电感的作用，负载电流波形变得平坦。当电感足够大时，负载电流波形可以近似为水平线。电阻负载在a 60时的工作条件不同于电阻负载。当施加电阻性负载时，ud波形没有负部分，而当施加电阻性负载时，由于电感l，ud波形有负部分。三相桥式全控整流电路的角相移范围为

6、90。定量分析当整流输出电压连续时(即电阻负载或电阻负载a60)，平均值为：对于电阻负载和60，整流电压的平均值为：平均输出电流为Id=Ud /R当整流变压器采用图2-17所示的星形接线方式，并有阻性负载时，变压器二次侧的电流波形如图2-23所示，为正负半周宽度为120，前沿差为180的矩形波，其有效值为：图3 . 2 . 1 a=30时三相桥式整流电路带阻性负载的波形晶闸管电压和电流的定量分析与三相半波分析一致。当三相桥式全控整流电路与反电动势电阻负载连接时，当负载电感足够大，使负载电流连续时，其工作状态类似于电感负载。电路各部分的电压和电流波形是相同的，但在计算Id时有所不同。反电动势电阻

7、负载连接时的标识为：在公式中，r和e分别是负载中的电阻值和反电动势值。当不考虑电机的电枢电感时，只有当晶闸管导通相的变压器二次侧电压瞬时值大于反电动势时，才会出现电流输出。此时，负载电流是间歇性的，这不利于整流电路和电机的工作，应尽可能避免。因此，在电枢电路中串联一个平滑电抗器，以确保整流电流在大范围内连续，如图所示。图3.2.2带负载和平滑电抗器的三相半波带电机的电压和电流波形当电机处于稳态时，虽然Ud波形波动很大，但由于电机具有很大的机械惯性，其转速和反电动势基本上是无脉动的。此时，整流电压的平均值被由电动机的反电动势和电路中的平均负载电流Id引起的各种电压降平衡。整流电压的交流分量全部落

8、在电抗器上。Id引起的电压降有以下四个部分：变压器的电阻压降，即变压器的等效电阻，包括变压器二次绕组本身的电阻和一次绕组转换为二次侧的等效电阻；晶闸管本身的管压降基本上是一个定值；电枢电阻电压降；和重叠角引起的电压降。图3.2.3三相半波电流连续时用电流表示的电机机械特性此时，整流器电路的DC电压的平衡方程为（一、电流连续时电机的机械特性在电气工程中，众所周知，DC电动机的反电动势是(3-4)其中Ce是由电机结构确定的电动势常数；为电机磁场每对磁极下的磁通量，单位为(WB)；n是电机的转速，单位为(r/min)。它的机械特性与DC发电机供电时的机械特性相似，后者是一组平行的直线，由于内阻不同，

9、它们的斜率略有不同。调整角度以调整电机速度。同样，三相桥式全控整流电路电机在负载下的机械特性方程可以列为f机械特性变软，也就是说，负载电流的微小变化也会导致转速的巨大变化。随着a的增加，进入不连续区域的电流值增加。因为越大，变压器施加到晶闸管阳极的负电压越长，为了保持电流导通，平滑电抗器必须存储大量的磁能。当电抗器的L为一定值时，需要有大的电流Id。当电流间歇时，电机的机械特性可通过以下三个公式精确获得：其中l是回路的总电感。一般来说，只要主电路的电感足够大，就只能考虑电流的连续部分，并且可以完全线性处理。当低速负载较轻时，间歇效应明显，可以用另一个陡峭特性来近似，其等效电阻比实际电阻大一个数

10、量级当整流电路为三相半波时，当最小负载电流为最小电流时，保证电流连续性所需的主回路电感为(mH)对于带电机负载的三相桥式全控整流电路系统，有(mH)l包括整流变压器的漏电感、电枢电感和平滑电抗器的电感。前一个值很小，有时可以忽略。Idmin一般取电机额定电流的5% 10%。因为三相桥式全控整流电压的脉动频率是三相半波的两倍，所以所需平滑电抗器的电感可以相应地减少一半左右，这也是三相桥式整流电路的一大优点。本设计采用三相桥式全控整流电路的方法，开关采用晶闸管。四.整体电路设计根据三相桥式全控整流电路的设计任务，设计了主电路、控制电路、驱动电路和保护电路。设计的桥式全控整流电路的结构框图如图1所示

11、。图4.1三相桥式全控整流电路结构框图V.各功能模块的电路设计图4.2同步信号为锯齿波的触发电路5.1控制电路设计相位控制电路是指晶闸管控制的整流电路，它通过控制触发角来控制输出电压，即控制触发脉冲的初始相位。为了保证相位控制电路的正常工作，保证根据触发角在正确的时间向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲是非常重要的。当相位控制电路以这种方式使用晶闸管时，也称为触发控制，相应的电路称为触发电路。高、中功率变换器对触发电路的精度和输出触发功率要求较高，因此晶体管触发电路被广泛应用，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最为广泛。(1)同步信号为锯齿波的触发电路如图5.1所示，同步信号为锯齿波的触发电路

12、，其输出可以是双窄脉冲(适用于两个晶闸管同时导通的电路)或单窄脉冲。电路结包括三个基本环节：脉冲形成和放大、锯齿波形成、脉冲相移和同步。此外，还有强触发和双窄脉冲形成。一、脉冲形成环节V4和V5 脉冲形成V7和V8 脉冲用于放大控制电压uc0被施加到V4的基极。Uco=0，V4过期。V5饱和传导。V7和V8处于关闭状态，没有脉冲输出。当电容器C3充电时，当电容器两端的电压接近2E1(30V)时，V4导通，点A的电位从E1(15V)下降到约1.0V，V5的基极电位下降约-2E1(-30V)，V5立即关断。V5集电极电压从-E1(-15V)上升到2.1V，V7和V8导通输出触发脉冲。电容器C3的放

13、电和反向充电使V5的基极电位上升，直到ub5-E1(-15V)，V5再次导通。关闭V7和V8，并结束输出脉冲。脉冲的前沿由V4的导通时间决定，脉冲宽度与反向充电回路的时间常数R11C3相关。该电路的触发脉冲从脉冲变压器TP的次级侧输出，其初级绕组形成锯齿电压的方案有很多，如自举电路和恒流源电路。锯齿波电路由V1、V2、V3和C2组成，V1、VS、RP2和R3是恒流源电路。锯齿波由开关V2管控制。当V2被关断时，恒定电流源电流I1c对电容器C2充电，并且调节RP2，即，改变C2的恒定充电电流I1c。可以看出，RP2用于调整锯齿波的斜率。当V2打开时，C2迅速放电，因为R4很小，ub3电位迅速下降

14、到接近零伏。V2周期性地打开和关闭，ub3形成触发电路的工作波形，其同步信号在图5.1中为锯齿波齿波，ue3也是锯齿波。射极跟随器V3用于降低控制回路电流对锯齿电压ub3的影响。V4基极电位由锯齿波电压、控制电压uc0和DC偏移电压up的叠加决定。如果uco=0且向上为负，b4处的波形由uh向上决定。当uco为正时，b4点的波形由uh up uco决定。m点是V4从关到开的转折点，即脉冲的前沿。累加的目的是在控制电压uco=0时确定脉冲的初始相位。在三相全控桥式电路中，当感性负载电流连续时，初始脉冲相位应设置为A=90如果是可逆系统，需要在整流器和逆变器状态下工作，理论上要求脉冲的相移范围为1

15、80(由于考虑了amin和min，实际上一般为120)。由于锯齿波两端的非线性，锯齿波的宽度要求大于180，例如240。此时，让uco=0，并调整向上的大小，以将产生脉冲的M点移动到锯齿波240的中心(在120处)如果uco为正，m点将向前移动，控制角度为a90，晶闸管电路将处于整流工作状态。如果uco为负，m点将向后移动，控制角度为a90，晶闸管电路将处于逆变器状态。同步链接同步是指触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同，并确定相位关系。V2开关的频率是锯齿波的频率，由连接到同步变压器的交流电压决定。在V2的导通和关断过程中会产生锯齿波，锯齿波的起点基本上是同步电压从正变到负时的过零点。V2关闭状态的持续时间是锯齿波的宽度，其取决于充电时间常数R1C1。双窄脉冲形成环节内部双脉冲电路由作为或门的V5和V6组成。当V5和V6都打开时，V7和V8关闭，并且没有脉冲输出。只要V5和V6都关闭，V7和V8就会开启并具有脉冲输出。第一脉冲由对应于该阶段的触发单元的uco的控制角度a产生。第二个脉冲每隔60由后一相位的触发单元产生(通过V6)，它被延迟60相位。(2)集成触发器集成触