1、武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书目 录前言 .21 题目分析及设计思路与方案 .21.1 初始条件 .21.2 设计思路与方案 .22 选定供电方案 .43 主电路的设计与原理说明 .43.1 主电路图的确定 .43.2 主电路原理说明 .53.3 对续流二极管的说明 .73.4 主电路相关参数的计算 .84 整流器的相控触发电路的设计 .94.1 触发电路方案选择 .94.2 常用的集成触发电路 .104.3 触发电路的定相 .115 保护电路的设计及相关参数的计算 .135.1 过电流保护 .135.2 过电压保护 .146 应用举例 .167 心得体会 .17参考文献 .18武汉理
2、工大学电力电子技术课程设计说明书2前言电力电子课程设计是在学生完成基础课程学习与实验之后进行的综合性实践过程，其意义在于巩固、提高、综合先修的电力电子课程的内容，使学生对书本知识有更深一步的了解,让学生在实践过程中，真正理解、领会所学的知识，并加以融会贯通， ，培养学生查阅相关文献的能力、独立分析和解决实际问题的能力、以及创新能力，为后续的毕业设计打下良好的基础。中国是能耗大国，能源利用率很低，而能源储备不足，直流电是一种能够储备的能源，它不仅用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛应用。本次课程设计的任务就是
3、整流电路，整流电路就是把交流电能转换为直流电能供给直流用电设备的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。三相桥式电路整流器的设计1 题目分析及设计思路与方案1.1 初始条件1、 阻感负载，电阻 R=50 欧，电感 L 极大；2 、负载电压 0300V，负载电流 1A；3 、变压器的二次侧电压 U2=220V。1.2 设计思路与方案三相桥式整流电路分为三相全控桥和三相半控桥，按照设计要求，进行如下计算来选择设计方案：假设选择三相全控桥，则在阻感负载的条件下，输出的负载电压的平均值武汉理工大学电力电子技术课程设计
4、说明书3为： cos34.2UdVIR50102求得 43.8由已学过的电力电子知识可知，当 ，三相全控桥阻感负载时，由60于电感 的作用， 的波形会出现负的部分，不满足题目所要求的 的范围LdUdU为 。故在本次课程设计中我选择三相半控桥式整流电路。V30在对于三相桥式半控整流电路的设计中，主要分为五个部分：供电方案：采用三相交流电源通过变压器向整流电路供电，变压器的二 1次侧电压 。VU20主电路的设计：使用三相半控桥的整流电路，设置相关电流电压相位角 2等参数来达到设计的要求指标。相控触发电路的设计：采用锯齿波同步 KJ004 集成触发电路，利用一个 3同步变压器对触发电路定相，保证触发
5、电路和主电路频率一致，触发晶闸管，使三相半控桥将交流整流成直流。保护电路采用 RC 过电压抑制电路进行过电压保护，利用快速熔断器进 4行过电流保护。应用举例说明：本次设计中以直流电动机的调速为例来说明三相桥式整 5流电路的应用。整个设计的结构框图如图 1 所示。当接通电源时，三相桥式半控整流电路主电路通电，同时通过同步电路连接的集成触发电路也通电工作，形成触发脉冲，使主电路中晶闸管触发导通工作，经过整流后的直流电供给负载使用。武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书4电源 三相桥式半控整流电路 R+L 负载同步电路集成触发器器触发信号触发模块图 12 选定供电方案三相桥式半控整流电路系统通过变压
6、器与电网连接，经过变压器的耦合，晶闸管主电路得到一个合适的输入电压，使晶闸管在较大的功率因数下运行。变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，变流主电路和电网之间用变压器隔离，还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分。电网流入电压经过变压器后能得到变压器二次侧相电压为 即可。VU20武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书53 主电路的设计与原理说明3.1 主电路图的确定将三相桥式全控整流电路中的一组晶闸管用三只二极管代替，就构成了三相桥式半控整流电路。只要控制三相桥中一组晶闸管，就可以控制三相桥式半控整流电路的输出电压，它较全控桥更简单、经济。习惯上希望各管按从 1 至6 的顺序导通，为此将晶闸管按
7、图示的顺序编号，即共阴极组中与 a、b、c 三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 VT1、VT3、VT5， 共阳极组中与 a、b、c 三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 VD4、VD6、VD2。从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为 VT1VD2VT3VD4VT5VD6。此主电路要求带阻感负载，电阻 R=50，电感 L 无穷大，使负载电流连续。其原理如图 2 所示。图 23.2 主电路原理说明三相桥式半控整流电路是由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极揭发的三相半波不可控整流电路串联而成，因此这种电路兼有可控与不可控整流电路两者的特性。共阳极组三个整流二极管总是在自然换相点换流，使电
8、流换到比阴极电位更低的一相中去，而共阴极组的三个晶闸管则要在触发后才能换到阳极电位高的一相中去。输出整流电压 的波形是三组整流电压波形之和，dU改变共阳极组晶闸管的控制角 可获得 的直流可调电压。234.0图 1 三相桥式全控整理电路原理图武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书6图中 VT1、VT3 和 VT5 为触发脉冲相位互差 120的晶闸管，VD2、VD4和 VD6 为整流二极管，有这六个管子组成三相桥式半控整流电路。它们的导通顺序依次为：VT1-VD2-VT3-VD4-VT5-VD6，各管一个周期内工作情况如表 1。假定负载电感 L 足够大，可以认为负载电流在整个稳态工作过程中保持恒值
9、，因此不论控制角 为何值，负载电流如总是单向流动，而且变化很小。表 1当 时即触发脉冲在自然换相点出现时，整流电路输出电压最大，其0数值为 ， du波形与三相全控桥式整流电路在 时输出的电压波形234.U0一样。武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书7当 时，如图 3 所示的为 时的波形。 时,触发 VT1 管导通，60301t此时共阳极组二极管 VD6 阴极电位最低，所以 VT1 和 VD6 导通，负载电压。 时，共阳极组二极abdu2t管自然换流，VD2 导通，VD6 关断，负载电压 。 时，acdu3t虽然到了共阴极组自然换相点，但 VT3 的触发脉冲未到，所以VT1 继续导通，直到 时
10、刻为止。4t时，触发 VT3 管导通后使4tVT1 管承受反向电压而关断，负载电压 。以次类推，负载bcdu上得到的波形 在一个周期内得到的是三个缺角波头连接三个完整波头的脉动波形。 当 时， 波形刚好60du只剩下三个波头，波形刚好维持连续。 当 时, du波形如1806图 4，波形不连续，但由于有续流二极管的存在， 波形与电阻负d载时一样不会出现负的部分。VT1 管在 电压的作用下, 时刻开始导通,到acU1t图 3武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书8时刻 A 相相电压为零 VT1 管仍不会关断,因为使 VT1 管正向导通的不是相2t电压而是线电压,到 时刻 ,VT1 才关断，再由续流
11、二极管续流。在3t0acU 期间 ,VT3 虽受 正向电压，但门极无触发脉冲，故 VT3 不导通，波3t4b形出现断续。到 时刻，VT3 才触发导通，一直到 线电压为零时关断。t baU角的移相范围为 0180。图 43.3 对续流二极管的说明类似于单相半控桥，三相半控桥式整流电路在带大电感负载时，如负载端不加接续流二极管则会出现失控的现象，在整流电路工作过程中，如突然切断触发信号或把控制角突然增大到 180 时，电路中会发生某个导通着的晶闸管不关断，而共阳极组的三个整流管轮流导通的现象。假定在 VT3 管导通时，触发脉冲突然消失，则 VT1，VT5 不可能再导通，整流输出电压 。当bcdu时
12、，VD2 自然换流至 VD4、VD2 关断，VD4 导通， .当cau a时，又从 VD4 换至 VD6，电流通过 VT3、VD6 续流， ，VT3 没b 0d办法继续导通，整个电路的工作也就停止。为解决失控问题，在负载两端必须并接续流二极管，这样电路在线电压过零后，由续流二极管导通续流，晶闸管上电流为零关断，输出电压 波形与带du电阻性负载时一样，不会出现负电压。接有续流二极管的三相半控桥电路，只有在 60 以后续流管才有电流流过。3.4 主电路相关参数的计算（1）输出电压平均值的计算三相桥式半控整流电路阻感负载平均电压 的计算要分别考虑电压波dU形连续和断续的情况。当电压波形连续时( ，
13、)：601802)cos1(7.(d3(sin)(sin623 232 tttdUd ）武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书9当电压波形断续时（ ）：1206由此可见， )cos1(7.2Ud 1（2） 的范围的计算将 ，代入 可得：VUd30 1当 时， =180，当 时， =80.47Vd30所以：80.47 180 2（3）当 时的 的计算：AI1d此时， RIUd501由公式 可得 =143.68 1 3（4）流过二极管、晶闸管的电流参数计算：流过整流二极管和晶闸管的平均电流： 电流有效值为： 5流过续流二极管电流的平均值和有效值分别为： 7（5）晶闸管的额定参数的计算晶闸管和二极管
14、承受的最大电压为： VUVDMT 89.5362 9故晶闸管的额定电压为： UN 7.1.0789.53)2(10流过每个晶闸管的电流的有效值为： )s(.sin632td AIIdVDT1.02d IIdVDT3. AIIddVDR798.03.d AIIdVDT32.0 4武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书10故晶闸管的额定电流为： AIN 41.03.57.1/20)5.1(（6）变压器参数计算12变压器二次电流有效值： 13 811变压器容量： AVIUS 47.15.02322144 整流器的相控触发电路的设计4.1 触发电路方案选择同步信号为锯齿波的触发电路由脉冲形成环节，锯齿
15、波形成，脉冲移相，同步环节和双窄脉冲形成环节。在本学期课程中我们学到的是三相全控桥的触发电路。举一反三的来说，三相半控桥的触发和全控桥不同的是：全控桥在其合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路在正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有脉冲，而半控桥中，只需触发一组晶闸管，另一组二极管是自然导通。但两者都是间隔 120 度触发，故本次设计中仍可沿用三相全控桥的触发电路，将多出的端口不接到二极管即可实现。下面分析全控桥触发方式，对三相桥式全控整流电路，在其合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路在正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有脉冲。为此，可采用两种方法：一种是使脉冲宽度大于 （一般06取 ） ，称为宽脉冲触发；另一种方法是，在触发某个晶闸管的同时，081给前一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差 ，脉宽一般为 ，称为双脉冲触发。双脉冲电路较复杂，但要求06023的触发电路输出功率小。宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲，但为了不使脉冲变压饱和，需将铁心体积做得较大，绕组匝数较多，导致漏感增大。因此，常用的是双脉冲触发。所以本三相半控桥式整流电路也采用锯齿波双窄脉冲同步触发电路。Id
