220V／100A三相桥式可控整流电路14

辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：220V／100A三相桥式可控整流电路院（系）：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2010-12-27至2011-1-7本科生课程设计（论文）III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220V／100A三相桥式可控整流电路课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能为1台额定电压220V、功率为20kW的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调速。设计任务1、方案的经济技术论证。2、主电路设计。3、通过计算选择整流器件的具体型号。4、若采用整流变压器，确定变压器变比及容量。5、触发电路设计或选择。6、绘制相关电路图。7、完成4000字左右说明书。要求1、1、文字在4000字左右。2、2、文中的理论分析与计算要正确。3、3、文中的图表工整、规范。4、元器件的选择符合要求。技术参数1、交流电源：三相380V。2、整流输出电压Ud在0～220V连续可调。3、整流输出电流最大值100A。4、直流电动机负载。5、根据实际工作情况，最小控制角取20～300左右。进度计划第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：主电路设计；第5天：选择器件；第6天：确定变压器变比及容量；第7天：确定平波电抗器；第8天：触发电路设计；第9天：总结并撰写说明书；第10天：答辩。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）IV摘要将交流电变换为直流电称为AC/DC变换，这正变换的功率流向是由电源传向负载，称之为整流。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。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。整流电路的种类有很多，有单相半波整流电路、单相全波整流电路、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。本设计采用三相桥式可控整流（既三相桥式全控整流），从而实现为1台额定电压220V、功率为20kW的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调速。关键词：整流电路；变压器；晶闸管；触发电路。本科生课程设计（论文）V目录第1章绪论..........................................................11.1电力电子技术概况.............................................11.2本文研究内容.................................................1第2章三相桥式可控整流电路设计......................................32.1三相桥式可控整流电路总体设计方案.............................32.2具体电路设计.................................................52.2.1主电路设计............................................................................................52.2.2控制设计................................................................................................62.2.3保护电路设计........................................................................................92.3元器件型号选择..............................................102.4系统调试或仿真、数据分析....................................12第3章课程设计总结..................................................9参考文献............................................................15本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1电力电子技术概况电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。它是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅；它的理论基础为半导体物理学；它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。利用这些电路，根据应用对象的不同，组成了各种用途的整机，称为电力电子装置。这些装置常与负载、配套设备等组成一个系统。电子学、电工学、自动控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。它的应用十分广泛，例如直流电动机，电镀，电解电源，同步发电机励磁，通信系统电源等。1.2本文研究内容将380V三相交流电源通过三相桥式可控整流电路为1台额定电压为220V，功率为20KW的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调速。设计任务包括以下几点：1.方案的经济技术论证2.主电路设计本科生课程设计（论文）23.通过计算选择整流器件的具体型号4.若采用整流变压器，确定变压器变比及容量5.触发电路设计或选择6.绘制相关电路图技术参数：1.交流电源：三相380V2.整流输出电压Ud在0～220V连续可调3.整流输出电流最大值100A4.直流电动机负载5.根据实际工作情况，最小控制角取20～300左右本科生课程设计（论文）3第2章三相桥式可控整流电路设计2.1三相桥式可控整流电路总体设计方案一．方案的选择三相可控整流电路有三相半波可控整流电路，三相半控桥式整流电路，三相全控桥式整流电路。因为三相整流裝置三相平衡的，输出的直流电压和电流脉动小，对电网影响小，同时三相可控整流电路的控制量可以很大，输出电压脉动较小，易滤波，控制滞后时间短，因此在工业中几乎都是采用三相可控整流电路。由于三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次侧电流中含有直流分量，为此在应用中较少，所以采用三相桥式全控整流电路，可以有效的避免直流磁化作用。虽然三相桥式全控整流电路的晶闸管的数目比三相半波可控整流电路的少，但是三相桥式全控整流电路的输出电流波形便得平直，当电感足够大时，负载电流波形可以近似为一条水平线。在实际应用中，特别是小功率场合，较多采用单相可控整流电路。当功率超过4KW时，考虑到三相负载的平衡，因而采用三相桥式全控整流电路。三相全控桥整流电路的输出电压脉动小、脉动频率高，和三相半波电路相比，在电源电压相同、控制角一样时，输出电压又提高了一倍。又因为整流变压器二次绕组电流没有直流分量，不存在铁心被直流磁化问题，故绕组和铁心利用率高，所以被广泛应用在大功率直流电动机可调速系统，以及对整流的各项指标要求较高的整流装置上。本科生课程设计（论文）4380V三相交流电源整流电路触发电路二．系统原理方框图图2.1系统原理方框图整流电路主要由驱动电路、保护电路和整流主电路组成。根据设计任务，在此设计中采用三相桥式可控整流电路接阻感性负载。保护电路负载电路本科生课程设计（论文）52.2具体电路设计2.2.1主电路设计一，三相桥式可控整流电路的原理图2.2三相桥式可控整流电路根据本次设计要求，采用负载为阻感的主电路图如下：根据设计要求，输出电压Ud在0～220V连续可调。根据三相桥式全控整流电路计算公式：Ud=2.34U2cosα当α=30时，使电压Ud有最大值Ud=2.34U2cos30=220V，从而得出U2=109V，可通过变压器获得。当α=90时，使电压Ud有最小值Ud=2.34U2cos90=0V，从而实现输出电压Ud在0～220V连续可调。整流输出电流最大值100A，Idmax=Umax/R=100A，所以R=220/100=2.2Ω。综上可得触发角α取值为30～90。下图为三相桥式整流电路带阻感负载α=30和90的波形图。当a≤60，Ud波形连续，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：由于负载不同，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。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，负载电流的波形可近似为一条水平线。本科生课程设计（论文）6图2.3三相桥式全控整流电路阻感负载30度的波形当a60时阻感负载时的工作情况与电阻负载时，不同电阻负载时Ud波形不会出现负的部分而阻感负载时，由于电感L的作用，Ud波形会出现负载带阻感负载时，三相全控桥式整流电路的角移相的范围是90。图2.4三相全控桥式整流电路带阻感负载90度时的波形ud1=30°ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥtOtOtOtOidiat1uaubuc=90°ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabⅠⅡⅢⅣⅤⅥuduacuabuactOtOtOubucuat1uVT1本科生课程设计（论文）72.2.2控制电路设计控制晶闸管的导通时间需要触发脉冲，常用的触发电路有单结晶体管触发电路，设计利用KJ004构成的集成触发器实现产生同步信号为锯齿波的触发电路。根据设计要求及其分析，选择模拟集成触发电路KJ004，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。一．KJ004的工作原理KJ004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。KJ004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。原理图如下图2.5KJ004的电路原理图如图KJ004的电路原理图所示，点划框内为KJ004的集成电路部分，它与分立元件的同步信号为锯齿波的触发电路类似。V1～V4等组成同步环节，同步电压uS经限流电阻R20加到V1、V2基极。在uS的正半周，V1导通，电流途径为(+15V－R3－VD1－V1－地)；在uS负半周，V2、V3导通，电流途径为(+15V－R3－VD2－V3－R5－R21―(―15V))。因此，在正、负半周期间。V4基本上处于截止状态。只有在同步电压|uS|＜0.7V时，V1～V3截止，V4从电源十15V经R3、R4取得基极电流才能导通。1112161151413943578R23+15V+15V+15VRP1R24R2R20RP4R5R1R3R4R6R7R8R12R10R11R14R19R13R25R26R27R28R20R22R16R17R21R18R15V3V2V1V18V19V20V4V5V6V12V13V14V15V16V9V10V11V8V7V