反电动势负载下的三相桥式整流电路设计

辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：反电动势负载下的三相桥式整流电路设计院（系）：*************专业班级：*************学号：**********学生姓名：*******指导教师：（签字）起止时间：20**.**.**-20**.**.**本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：***注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算学号*****学生姓名***专业班级******课程设计（论文）题目反电动势负载下的三相桥式整流电路设计课程设计（论文）任务课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数整流电路就是把交流电能转换成直流电能的电路，多数由变压器、整流主电路和滤波器等组成。带反电动势的负载通常在直流电动机的调速、发电机励磁调节、电解及电镀等领域得到广泛地应用。设计任务及要求1、确定系统设计方案，各器件的选型；2、设计主电路、触发电路、保护电路；3、各参数的计算（输出平均电压、平均电流、有功功率及波形分析）；4、建立仿真模型，验证设计结果。5、撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数输入电压：三相交流380V，50HZ整流输出电压0~110V，电流最大值10A，反电动势30V，电阻10欧姆进度计划1、布置任务，查阅资料，系统功能分析，确定系统方案（2天）2、各电路的设计，各参数计算（3天）3、仿真分析与研究（3天）4、撰写、打印设计说明书（1天）5、答辩（1天）指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日本科生课程设计（论文）II摘要整流电路是把交流电能转换成直流电能的电路，电源电路中的整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种。整流电路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。本次反电动势负载下的三相桥式整流电路的设计系统电路主要包括：三相桥式全控整流主电路设计，晶闸管过电流、过电压保护电路和主电路过电压保护电路设计，晶闸管触发电路设计三个部分。首先，我们对理论值进行分析，即对带反电动势的阻感负载的电路选取了不同触发角的波形进行了重点分析。然后通过在maltab软件的Simulink界面搭建仿真模型进行仿真从而获得相应的输出电压、电流波形，与理论上的输出波形进行对比。最后验证了本次设计的正确性。关键词：整流电路；触发电路；桥式全控；保护电路；maltab本科生课程设计（论文）III目录第1章绪论..........................................................1第2章课程设计的方案................................................22.1概述.........................................................22.2系统组成总体结构.............................................2第3章反电动负载下三相桥式全控整流电路的设计........................33.1主电路的设计.................................................33.1.1主电路原理图...........................................33.1.2主电路原理.............................................33.1.3参数计算...............................................73.2触发电路的设计...............................................83.2.1集成触发电路...........................................93.2.2触发电路设计原理.......................................93.3保护电路....................................................103.3.1主电路的过压保护......................................103.3.2晶闸管的过压保护......................................113.3.3晶闸管的过流保护......................................12第4章仿真设计.....................................................134.1仿真软件说明................................................134.2仿真模型搭建................................................134.3仿真分析....................................................15第5章课程设计总结.................................................17参考文献............................................................18本科生课程设计（论文）1第1章绪论电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。现已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养该专业人才中占有重要地位。电力电子涉及由半导体开关启动装置进行电源的控制与转换领域。半导体整流控制、半导体硅整的小型化等的出现，产生一个新的电力电子应用领域。半导体硅整流、汞弧整流器应用于控制电源，但是这样的整流回路只是工业电子的一部分，对于汞弧整流器应用范围而言是有局限的。半导体硅整流的应用涉及很多领域，如汽车、电站、航空电子、高频变频器等。整流电路就是把交流电能转换成直流电能的电路，大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成，在直流电动机的调速、发电机励磁调节、电解及电镀等领域得到广泛地应用。整流电路由主电路、滤波器和变压器组成。整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。习惯上称单向脉动性直流电压。在全控整流电路中，所有的整流元件都是可控的（SCR、GTR、GTO等），其输出直流电压的平均值及极性可以通过控制元件的导通状况而得到调节，在这种电路中，功率既可以由电源向负载传送，也可以由负载反馈给电源，即所谓的有源逆变。本设计主要是对三相桥式全控整流电路（带反电动势的负载）的研究。三相桥式全控整流电路与三相半波电路相比，输出整流电压提高一倍，输出电压的脉动率高，基波频率为300HZ，在负载要求相同的直流电压下，晶闸管承受的最大正方向电压将比三相半波减少一半，变压器的容量也比较小，同时三相电流平衡，无须中线。所以，三相桥式全控整流电路多用于直流电动机或要求实现有源逆变的负载。本科生课程设计（论文）2第2章课程设计的方案2.1概述本设计是三相全控桥式整流电路的设计。而三相桥式整流电路作用是给直流电动机供电，可以知道这是一个交流到直流的变换电路，即整流电路。直流电动机负载可以看成是三相全控桥式电路接一个反电动势负载，由此可以得出此设计的重点在于设计三相全控桥式晶闸管整流电路实现交流到直流的转换，且保证输出的直流电压和电流能使电动机工作在电动状态即可。然后分别对主电路及触发电路进行设计。技术要求，输入电压：三相交流380V，50HZ，整流输出电压0~110V，电流最大值10A，反电动势30V，电阻10欧姆，电感1兆亨利。2.2系统组成总体结构本设计是三相全控桥式整流电路的设计。主要由主电路、触发电路、保护电路三部分组成，主电路主要完成对交流电到直流电的整流过程，触发电路控制晶闸管的导通和关断控制输出电压的大小，保护电路保护主电路中的元器件。总体框图如图2.1所示。图2.1系统总框图触发电路保护电路主电路三相交流电源负载本科生课程设计（论文）3第3章反电动负载下三相桥式全控整流电路的设计3.1主电路的设计3.1.1主电路原理图将阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。习惯上我们希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与U、V、W三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与U、V、W三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2,。又后面的分析可知，晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。每个工作周期中对于每相二次电源来说，既有负电流，也有正电流，所以没有直流磁化的问题，提高了绕组的利用率。此电路要求带反电动势负载，次反电动势E=30V，电阻R=30Ω,电感L极大使负载电流连续。其原理如图3.1所示。图3.1主电路3.1.2主电路原理为说明此原理，假设将电路中的晶闸管换做二极管，这种情况就业相当于晶VT1E30VaR110ΩVT4VT3VT6VT5VT2cbL1.0MH本科生课程设计（论文）4闸管触发角α=0°时的情况。整流电路的负载为带反电动势的阻感性负载。当晶闸管触发角α=0°时，此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低的一个导通。这样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，且不为同一相上的两个晶闸管，施加于负载上的电压为某一线电压。α=0°时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二次绕组相电压与线电压波形的对应关系可以看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析ud的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。从相电压的波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压ud1为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压ud=ud1－ud2是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的最大的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小的相电压，输出整流电压ud为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压ud波形为线电压在正半周的包络线。为了说明各晶闸管的工作的情况，将波形中的一个周期等分为6段，每段为60°，如表3.1所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如表所示。由表3.1可见，6个晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。表3.1α=0o时晶闸管工作情况由于负载端接得有电感且电感值无限大，会对变化的电流有抵抗作用，从而使得负载电流几乎近似为一条直线。其工作波形如图3.2所示。时段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6输出电压UdUab=U