三相桥式全控整流电路的设计

目录第1章绪论..............................................................................................11.1设计目的........................................................................................11.2设计意义........................................................................................1第2章设计总体思路..............................................................................32.1设计思路........................................................................................32.2基本原理.......................................................................................32.3基本框图.......................................................................................4第3章单元电路设计............................................................................53.1主电路...........................................................................................53.2触发电路.......................................................................................73.3保护电路.......................................................................................9第4章电路分析与仿真........................................................................124.1带电阻负载电路分析与仿真.....................................................124.2带阻感负载电路分析与仿真...................................................14总结......................................................................................................16附录一总电路图.............................................................................................17第1章绪论1.1设计目的1、通过对三相桥式电路的设计,掌握整流电路的工作原理,提高我们的运用科学理论知识能力、工程实践能力2、通过系统建模和仿真，掌握和运用MATLAB/SIMULINK工具分析系统的基本方法。1.2设计意义电力电子技术无论对改造传统工业（电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等），还是对新建高技术产业（航天、激光、通信、机器人等）和高效利用能源均至关重要。我国目前仍旧是一个发展中的国家，尚处于前工业化阶段，传统产业仍然是我国国民经济的主力军，因此在近期或在较长一段时期内，传统产业的改造和发展将在很大程度上决定着我国经济的发展。而电力、机械、冶金、石油、化工、交通运输是传统产业的重要支柱，这些产业技术水平的高低直接关系到我国工业基础的强弱。毫无疑问，电力电子技术是提高这些产业技术水平的重要手段，它是对我国传统产业实现技术改造、建立自动化工业体系的关键应用技术。下面就电力电子技术在国民经济各部门的应用进行简要讨论。概括起来说，电力电子技术主要应用于电机调速传动、工业供电电源、电力输配电和照明四大方面。自20世纪50年代末开始，电力电子技术在应用需求的推动下迅速发展成一门崭新的技术。可以预见，在21世纪，电力电子技术在现代化社会的建设中的应用将起着重要作用并得到飞跃性的发展。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。晶闸管在整流电路中充当一个非常重要的角色，本次设计采用的主要器件就是晶闸管。第二章设计总体思路2.1设计思路三相桥式全控整流电路的功能是将三相交流电能变为直流电能供给直流用电设备。三相桥式全控整流电路可分为三部分电路模块：主电路模块，触发电路模块，保护电路模块。主电路模块，主要由三组两串联晶闸管并联而成。触发电路模块组成为，3个KJ004集成块和1个KJ041集成块，可形成流露双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大。保护电路模块有过电流保护，过电压保护。2.2基本原理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。（1）两管同时形成供电回路，其中共阴极和共阳极组各一组，且不能为同一组器件。（2）对脉冲的要求：1）按64321VT-VT-VT-VT-VT-VT5的顺序，相位依次差60°。2）共阴极组1VT、3VT、5VT的脉冲依次差120°，共阳极组4VT、6VT、2VT也依次差120°3）同一相的上下两个桥臂，即1VT与4VT、3VT与6VT、5VT与2VT，脉冲相差180°（3）dU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个晶闸管均有脉动，可采取两种方法：一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发（常用）。（5）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2.3基本框图图2-1第三章单元电路设计3.1主电路1、三相桥式全控整流主电路运用的开关器件为晶闸管。晶闸管为半控型器件，其主要控制方式为相控方式，并通过门极控制来使其导通或关断。图3-1为在阻感负载下三相桥式全控整流主电路图。图3-12、晶闸管的选择（1）晶闸管额定电压的选择在整流装置中晶闸管额定参数的选择，注意根据晶闸管整流装置的工作条件，并适当考虑一定的安全余量。晶闸管的额定电压是指断态重复峰值电压DSRU和反向重复峰值电压RRMU中较小的值。因为晶闸管在不同电路中所承受的峰值电压TMU，考虑电源电压的波动及过电压保护等因素，选用时，额定电压应为事迹所承受的峰值电压UTM的2～3倍。即：TNU=(2～3)TMU式中TNU——晶闸管额定电压，V；TMU——晶闸管实际所承受的峰值电压，V。（2）晶闸管额定电流的选择晶闸管的额定电流是按电流的平均值标定的，它是通态平均电流AVTI的1.57倍。即AVTTN1.57II使用时，要求而定电流大于实际流过晶闸管电流的最大有效值TI,即ddddTfTTAVTIKIII1.57KII式中k——计算系数，ddTfT1.57IIKK；fTK——电流波形系数，dfKIITT；dI——负载评价电流；dTI——流过晶闸管的平均电流。由于晶闸管的过载能力差，因而选用晶闸管AVTI的值应是实际流过晶闸管电流的最大有效值TI的1.5～2倍。即：AVTI=（1.5～2）TI由上式可知，若已知dI的值则可确定AVTI的值；反之，若已知AVTI的值，亦可确定dI的值。晶闸管电流的有效值2I=0.577dI晶闸管的额定电流AVVTI）=0.368dI3.2触发电路触发脉冲的宽度应保证晶闸管开关可靠导通（门极电流应大于擎柱电流），触发脉冲应有足够的幅度，不超过门极电压、电流和功率，且在可靠出发区域之内，应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及主电路的电器隔离。晶闸管可控整流电路，通过控制触发角α的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角α的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。大、中功率的交流器广泛应用的是晶闸管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。可靠性高，技术性能好，体积小，功率低，调试方便。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。此外就是采用集成触发产生触发脉冲。KJ004组成分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲分选及脉冲放大几个环节。1、触发电路图123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:5-Jul-2010SheetofFile:E:\xy\MyDesign1.ddbDrawnBy:89710611512413314215116KJ00489710611512413314215116KJ041C4RP1R16R7R13R1R4R10R19C7C1RP489710611512413314215116KJ004C5RP2R17R8R14R2R5R11R20C8C1RP589710611512413314215116KJ004C6RP6R18R9R15R3R6R12R21C9C3RP3ucoup-15+15usbuscusaVT1VT2VT3VT4VT5VT6图3-22、KJ004可控硅移相电路KJ004可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中,作可控硅的双路脉冲移相触发。KJ004KJ004器件输出两路相差180度的移相脉冲,可以方便地构成全控桥式触发器线路。KJ004KJ004电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低,有脉冲列调制输出端等功能与特点。3、KJ041可控硅移相触发器KJ041六路双脉冲形成器是三相全控桥式触发线路中必备的电路,具有双脉冲形成和电子开关控制封锁功能。KJ041电路是脉冲逻辑电路。当把移相触发器的触发脉冲输入到KJ041电器的1～6端时,由输入二极管完成“或”功能,形成双脉冲,再由T1～T6电流放大分六路输出。T7是电子开关,当控制7端接逻辑“0’’电平时T7截止,各路输出触发脉冲。当控制7端接逻辑“1”电子(+15V)时T7导通,各路无输出触发脉冲。3.3保护电路我们不可能从根本上消除生产过程中过电压的根源，只能设法将过电压的幅值抑制到安全限度之内，这是过电压保护的基本思想。抑制过电压的方法不外乎三种：用非线性元件限制过电压的幅度，用电阻消耗生产过电压的能力，用储能元件吸收生产过电压的能量。对于非线性元件，不是额定电压小，使用麻烦，就是不宜用于抑制频繁出现过电压的场合。所以我们选用储能元件吸收生产过电压的能量的保护。使用RC吸收电路，这种保护可以把变压器绕组中释放出的电磁能量转化为电容器的电场能量储存起来。由于电容两端电压不能突变，所以能有效的抑制过电压，串联电阻消耗部分产生过电压的能量，并抑制LC回路的震动。图3-31、晶闸管的过电压保护晶闸管的过电压能力比一般的电器元件差，当它承受超过反向击穿电压时，也会被反向击穿而损坏。如果正向超过管子的正向转折电压，会造成晶闸管硬开通，不仅使电路可能出现的过电压，常采用简单有效的过电压保护措施。对于晶闸管的过电压保护可参考主电路的过电压保护，我们使用阻容保护。图3-42、晶闸管的过电流保