三相桥式全控整流电路电力电子课程设计

辽宁工程技术大学电力电子课程设计报告题目：三相桥式全控整流电路设计学院：电气与控制工程学院学生姓名：刘嘉翔专业：自动化班级：自动化13-3学号：1305010312指导教师：张继华完成时间：2015.12.281目录第1章概述.................................................................................................................2第2章主电路设计与分析......................................................................................32.1整流电路...............................................................................................32.2三相桥式全控整流电路定量分析......................................................42.3参数设置..............................................................................................52.4保护电路..............................................................................................62.4.1晶闸管的保护电路............................................................................72.4.2交流测保护电路...............................................................................82.4.3直流侧阻容保护电路........................................................................9第3章控制电路设计与分析................................................................................113.1触发电路..........................................................................................113.2KJ004的工作原理...........................................................................123.3集成触发器原理图...........................................................................15第4章仿真实验......................................................................................................164.1仿真电路图........................................................................................164.2仿真参数及结果................................................................................17总结与心得....................................................................................................................19附录..................................................................................................................................20参考文献........................................................................................................................212第1章概述整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。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。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路的种类有很多，有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。整流器的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般可在输入端加接整流变压器，把一次电压U1，变成二次电压U2。由晶闸管等组成的全控整流主电路，其输出端的负载，我们研究是电阻性负载、电阻电感负载。以上负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。为此，只要改变触发电路所提供的触发脉冲送出的早晚，就能改变晶闸管在交流电压U2一周期内导通的时间，这样负载上直流平均值就可以得到控制。3第二章主电路设计与分析2.1整流电路三相桥式全控整流电路图如下：图2.1三相桥式全控整流电路图(1)三相桥式全控整流电路的特点：一般变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，晶闸管分共阴极和共阳极。一般1、3、5为共阴极，2、4、6为共阳极。①2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。②对触发脉冲的要求：1)按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。2)共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。3)同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。③UD一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。④需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发。4⑤晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。(2)带电阻负载时的工作情况：1)当a≤60时，UD波形均连续，对于电阻负载，id波形与UD波形状一样，也连续。2)当a60时，UD波形每60中有一段为零，UD波形不能出现负值3)带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120(3)晶闸管及输出整流电压的情况如表1所示：表1晶闸管及输出整流电压时段IIIIIIIVVVI共阴级组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阴级组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压ua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb2.2三相桥式全控整流电路定量分析(1)当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a≤60时）的平均值为：cos34.2)(sin63123232dUttdUU(2)带电阻负载且a60时，整流电压平均值为：)3cos(134.2)(sin63232dUttdUU输出电流平均值为：Id=UD/R(3)晶闸管承受最大正向电压为，为变压器二次线电压峰值，即5URM=×110=269.4V⑷输出平均电压202.6，负载R为5欧姆，则输出电流Id及触发角a，即Id=UD／R=40.52A38⑸电阻负载5R，电感0.01LH触发角060,则输出平均电压，即cos34.2)(sin63123232dUttdUU=128.7V2.3参数设置⑴晶闸管参数桥臂数量：3缓冲电阻：1000欧姆缓冲电容：1e-6F晶闸管的内电阻:0.1欧姆晶闸管的内电感：1e-5H晶闸管正向管压降：1V⑵负载参数①电阻负载5R电感L=0②电阻负载5R，电感0.01LH62.4保护电路电力电子装置可能的过电压——外因过电压和内因过电压，外因过电压主要来自雷击和系统操作过程等外因。分别介绍如下：操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起雷击过电压：由雷击引起内因过电压：主要来自电力电子装置内部器件的开关过程换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后，反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。为了保护设备安全，必须设置保护电路。保护电路包括过电流与过电流保护，大致可以分为两种情况：一种是在适当的地方安装保护器件，例如R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器等；另一种则是采用电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。本例中设计的三相桥式全控整流电路为大功率装置，故考虑第一种保护方案，分别对晶闸管、交流侧、直流侧进行保护设电路的设计。72.4.1晶闸管的保护电路⑴晶闸管的过电流保护：过电流可分为过载和短路两种情况，可采用多种保护措施。对于晶闸管初开通时引起的较大的di/dt，可在晶闸管的阳极回路串联入电感进行抑制；对于整流桥内部原因引起的过流以及逆变器负载回路接地时可以采用接入快速熔短器进行保护。如图所示串联电感及熔断器抑制回路⑵晶闸管的过电压保护：晶闸管的过电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。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。如图所示：并联RC电路阻容吸收回路82.4.2交流侧保护电路晶闸管设备在运行过程中会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭，同时设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现，所以要进行过电压保护，可采用如图4-3所示的反向阻断式过电压抑制RC保护电路。整流电路正常工作时，保护三相桥式整流器输出端电压为变压器次级电压的峰值，输出电流很小，从而减小了保护元件的发热。过电压出现时，该整流桥用于提供吸收过电压能量的通路，电容将吸取过电压能量转换为电场能量；过电压消失后，电容经、放电，将储存的电场能量释放，逐渐将电压恢复到正常值。反向阻断式过电压抑制RC电路92.4.3直流侧阻容保护电路直流侧也可能发生过电压，在图4-4中，当快速熔断器熔断或直流快速开关由于直流侧快速开关（或熔断器）切断负载电流时，变压器释放的储能也产生过电压，尽管交流侧保护装置能适当地保护这种过电压，仍会通过导通的晶闸管反馈到直流侧来，为此，直流侧也应该设置过电压保护，用于抑制过电压。直流侧阻容保护10第3章控制电路设计与分析3.1触发电路触发脉冲的宽度应保证精华杂关可靠导通（门极电流应大于擎柱电流）