电力电子技术课程设计报告

电力电子课程设计报告题目三相桥式全控整流电路设计指导老师评语：指导教师签名：年月日学院：电子与电气工程学院年级专业：2015级电气工程及其自动化姓名：学号：指导教师：高婷婷，林建华成绩：摘要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为重要同时也是应用得最为广泛的电路，不仅用于一般工业，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，因此对三相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义，这不仅是电力电子电路理论学习的重要一环，而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用，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。关键词：电力电子，三相，整流目录1设计的目的和意义………………………………………12设计任务与要求…………………………………………13设计方案…………………………………………………13.1三相全控整流电路设计……………………………………13.1.1三相全控整流电路图原理分析…………………………………23.1.2整流变压器的设计………………………………………………23.1.3晶闸管的选择……………………………………………………33.2保护电路的设计……………………………………………43.2.1变压器二次侧过压保护…………………………………………43.2.2晶闸管的过压保护………………………………………………43.2.3晶闸管的过流保护………………………………………………53.3触发电路的选择设计………………………………………54实验调试与分析…………………………………………64.1三相桥式全控整流电路的仿真模型………………………64.2仿真结果及其分析……………………………………………75设计总结…………………………………………………86参考文献…………………………………………………9第页11设计的目的和意义本课程设计属于《电力电子技术》课程的延续，通过设计实践，进一步学习掌握《电力电子技术》，更进一步的掌握和了解他三相桥式全控整流电路。通过设计基本技能的训练，培养学生具备一定的工程实践能力。通过反复调试、训练、便于学生掌握规范系统的电子电力方面的知识，同时也提高了学生的动手能力。2设计任务与要求三相桥式全控整流电路要求输入交流电压2150,10,0.5UVRLH为阻感性负载。1.写出三相桥式全控整流电路阻感性负载的移相范围，并计算出直流电压的变化范围2.计算α=60°时，负载两端电压和电流，晶闸管平均电流和有效电流。3.画出α=60°时，负载两端dU和晶闸管两端1VTU波形。4.分析纯电阻负载和大电感负载以及加续流二极管电路的区别。5.晶闸管的型号选择。3设计方案3.1三相全控整流电路设计图1.三相桥式全控整流电路的阻感性负载第页23.1.1三相全控整流电路图原理分析晶闸管按从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VT4、VT6、VT2。编号如图示，晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。其工作特点是任何时刻都有不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路，因此为保证电路启动或电流断续后能正常导通，必须对不同组别应到导通的一对晶闸管同时加触发脉冲，所以触发脉冲的宽度应大于π／3的宽脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以可以采用脉冲列代替双窄脉冲；每隔π／3换相一次，换相过程在共阴极组和共阳极组轮流进行，但只在同一组别中换相。接线图中晶闸管的编号方法使每个周期内6个管子的组合导通顺序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；共阴极组T1，T3，T5的脉冲依次相差2π／3；同一相的上下两个桥臂，即VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2的脉冲相差π，给分析带来了方便；当α=O时，输出电压Ud一周期内的波形是6个线电压的包络线。所以输出脉动直流电压频率是电源频率的6倍，比三相半波电路高l倍，脉动减小，而且每次脉动的波形都一样，故该电路又可称为6脉动整流电路。同理，三相半波整流电路称为3脉动整流电路。α0时，Ud的波形出现缺口，随着α角的增大，缺口增大，输出电压平均值降低。当α=2π／3时，输出电压为零，所以电阻性负载时，α的移相范围是O～2π／3；当O≤α≤π／3时，电流连续，每个晶闸管导通2π／3；当π／3≤α≤2π／3时，电流断续，个晶闸管导通小于2π／3.23α=π／3是电阻性负载电流连续和断续的分界点。3.1.2整流变压器的设计三相桥式全控整流电路应选用三相变压器星形接法如图1所示。主电路种影响整流变压器次级电压2U精确计算的主要因素是2U值的大小要保证满足负载所要求的最大平均电压dU，当整流输出电压连续时（即带阻感负载时）的平均值为232.34303.972dUUV第页32）二次电流2I和一次电流1I的计算直流输出平均电流为303.96630.396610ddUIAR3）变压器容量的计算变压为20.81624.804dIIA2233*150*24.80411.1618SUIkw3.1.3晶闸管的选择合理地选择晶闸管，可以在保证晶闸管装置可靠运行的前提下降低成本，获得较好的技术经济指标。在采用普通型（KP型）晶闸管的整流电路种，应正确选择晶闸管的额定电压与额定电流参数。1晶闸管额定电压（TNU）晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压，考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素，还要设置2到3倍的安全系数，即TNTMU=2~3U由理论分析可得，当可控整流电路接成三相全控电路形式时，每个晶闸管所承受的正、反向电压均为整流变压器次级线电压的峰值，即TMU=UFM由三相全控整流电路的波形分析可知，晶闸管最大正向电压峰值均为变压器二次线电压峰值：2U6FMUTMU=6U400FMV2晶闸管额定电流（TNI）晶闸管的电流定额要按照有效值相等的原则来选取，并应留一定裕量。一般取其额定电流为按此原则计算结果的1.5到2倍，即第页4TNI(1.5~2)1.57TI1I3选择晶闸管的型号三相桥式全控整流电路应选择KP30-4型晶闸管，共六只4晶闸管的图片图2.晶闸管3.2.保护电路的设计3.2.1变压器二次侧过压保护该变压器为初级绕组三角形接法1U=380V,1I=82.96A；次级绕组星形接法2U=150V，2I=24.804A，容量为12KV的变压器，RC过电压抑制电路可接于供电变压器的两端（供电网一侧称网测，电力电子电路一侧称阀测），或电力电子电路的直流侧。图3.二次侧过压保护第页53.2.2晶闸管的过压保护：主要考虑换相过电压抑制。晶闸管元件在反向阻断能力恢复前，将在反向电压作用下流过相当大的反向恢复电流。当阻断能力恢复时，因反向恢复电流很快截止，通过恢复电流的电感会因高电流变化率产生过电压，即换相过电压。为使元件免受换相过电压的危害，一般在元件的两端并联RC电路。即图4.晶闸管过压保护3.2.3过流保护电路1主电路保护电子电路作为第一保护措施，快速熔断器仅作为短路时的部分区段的保护，支流快速熔断器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。2晶闸管过流保护对重要的且易发生短路的晶闸管设备，需采用电子电路进行过电流保护。常在全控型器件的驱动电路种设置过电流保护环节，响应最快。图5.晶闸管过流保护3.3触发电路的选择设计驱动电路位于主电路和控制电路之间，用来对控制电路的信号进行放大的中间电路（即放大控制电路的信号使其能够驱动功率晶体管），称为驱动电路，驱动电路的基本任务。就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。对半控型器件只需提供开通控制信号，对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号，以保证器件按要求可靠导通或关断。触发电路由三片集成触第页6发电路芯片KJ004和一片集成双脉冲发生器芯片KJ041形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，即构成完整的。触发电路产生的触发信号用接插线与主电路各晶闸管相连接。该电路可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。图6.触发电路3.4总设计图图7.总设计图第页74调试与总结分析4.1三相桥式全控整流电路的仿真模拟根据三相桥式全控整流电路的原理可以利用Simulink内的模块建立仿真模型如图2所示，设置三个交流电压源Va，Vb，Vc相位角依次相差120°，得到整流桥的三相电源。用6个Thyristor构成整流桥，实现交流电压到直流电压的转换。6个PULSEgenerator产生整流桥的触发脉冲，且从上到下分别给1～6号晶闸管触发脉冲。图8.仿真模拟电路4.2仿真结果与分析当α=60度时，ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于负载不同时，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id波形不同，电阻负载时ud波形与id的波形形状一样。而阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可第页8近似为一条水平线。图9.触发角为α=60°时的波形图图10.触发角为α=60°时的仿真波形图5设计总结第页96参考文献【1】王兆安，黄俊，电力电子技术（第四版），北京：机械工业出版社；【2】康华光，电子技术基础，北京：高等教育出版社；【3】谭立新，刘觉民，三相桥式全控整流电路设计期刊论文，湖南文理学院学报（自然科学报）；【4】李自成，许丽，电力电子技术及应用，西北工业大学出版社；