三相晶闸管全控整流电路

锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路湖南工学院电气0504班许锦辉4010504361摘要本次设计的内容为锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路。其包括三个主要部分：主电路、触发电路、同步变压器。整流电路是将交流电能转换为直流电能AC/DC。对晶闸管组成的整流器实施相移控制技术可将不变的交流电压变换为大小可控的直流电压，实现相控整流。晶闸管相控整流能取代传统的直流发电机组实现直流电机的调速，它具有结构简单、控制方便、性能稳定，利用它可方便得到大、中、小各种容量的直流电能，广泛应用于机床、轧钢、造纸、纺织、电解、电镀等领域。但是，晶闸管相控整流电路的输入电流滞后于电压，其滞后角随着触发延迟角α的增大而增大，输入电流中谐波分量相当大，因此功率因数很低。AbstractThecontentthattheabstractdesignsoriginallytimechargescommutationcircuitforthesawtoothwavemovestriggeringthree-phasecrystalbrakeGuanQuaneachother.Thepersonincludesthreemajorcomponents:Betokencircuit,triggercircuit,synchrotransformer..Thecommutationcircuitbeingoneofmajorcomponentcircuitistochangetoexchangingelectricenergyintodirectcurrentenergy,implementslookingatandappraisingcontrollabledirectcurrentpressure,realizationchangingcontroltechniquebuttheinvariantalternatingvoltagebeingshiftedforsizechargingcommutationeachothertotherectifierthatcrystalbrakeiscomposedof.Itcansubstitutethetraditiondirect-currentgeneratingsetrealizingthecontinuouscurrentdynamospeedregulation.CrystalbrakeGuanXiangchargescommutationforhavingthestructuresimplicity,controlsthecharacteristicthatthefunctionstabilizesconveniently,makeuseofitmaygetthebig,smallandmedium,variouscapacitiesdirectcurrentenergyconveniently,thequiltappliestofieldssuchasmachinetool,steelrolling,papermaking,spinningandweaving,electrolysis,electroplatingthereforebroadly.锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路湖南工学院电气0504班许锦辉4010504362前言电力电子课程设计是电气自动化专业学生在整个学习过程中一项综合性实践环节，是走向工作岗位、从事专业技术之前的一项综合性技能训练，对学生的职业能力培养和实践技能训练具有相当重要的意义。主要目的在于通过设计提高学生综合运用知识的能力，巩固和扩展学生的知识领域、培养学生严谨的科学态度和提高独立工作的能力；、通过设计使学生初步掌握电力电子系统设计方法，熟悉国家有关技术和经济方面的方针政策和安全规程，训练使用设计手册的技术资料的能力，培养学生利用计算机编写技术和绘制设计图样的能力.由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换和控制，而构成的一门完整的学科。故其学习方法与电子技术和控制技术有很多相似之处，因此要学好这门课就必须做好实验和课程设计，因而我们进行了此次课程设计。又因为整流电路应用非常广泛，而锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路又有利于夯实基础，故我们锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路这一课题作为这一课程的课程设计的课题。本课程设计说明书主要包括三相晶闸管全控整流电路的触发电路设计方案的选择；三相晶闸管全控整流主电路原理及单元电路原理的说明；参数计算；适用范围及使用注意事项等内容。本课程设计说明书在编写过程中参考了许多有的关图书、电力电子课件和课程设计资料，并引用了有关章节内容，在此表示感谢。锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路湖南工学院电气0504班许锦辉4010504363课程设计任务1、设计目的：1.进一步掌握晶闸管相控整流电路的组成、结构、工作原理；2.重点理解移相电路的功能、结构、工作原理；3.理解同步变压器的功能2、设计要求1.根据课题正确选择电路形式；2.绘制完整电气原理图（包括主要电气控制部分）；3.详细介绍整体电路和各功能部件工作原理并计算各元、器件值；4.编制使用说明书，介绍适用范围和使用注意事项。3.设计要求：1.根据课题正确选择电路形式；2.绘制完整电气原理图（包括主要电气控制部分）；3.详细介绍整体电路和各功能部件工作原理并计算各元、器件值；4.编制使用说明书，介绍适用范围和使用注意事项；4.设计任务：1：所选电路原理说明；2.触发电路设计3：电路参数计算及元件选取；4：保护电路的设计；锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路湖南工学院电气0504班许锦辉40105043641.方案的选择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。在电子设备中有时也会遇到功率较大的电源，例如几百瓦甚至超过1—2kw的电源，这时为了提高变压器的利用率，减小波纹系数，也常采用三相整流电路。另外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。而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。对于三相晶闸管全控整流电路的触发电路可用锯齿波移相电路触发，也可用单片机电路来触发，还可用PLC电路来触发。但由于锯齿波电路输出的为直流电压信号，且触发信号有足够的功率及脉冲有一定的宽度，脉冲的前沿较陡。故我们选择锯齿波移相触发电路来作为三相晶闸管全控整流电路的触发电路。锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路湖南工学院电气0504班许锦辉40105043652.三相晶闸管全控整流电路原理说明2.1主电路原理说明（图1三相桥式相控整流电路主电路）共阴极组——阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组——阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）编号：1、3、5，4、6、2锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路湖南工学院电气0504班许锦辉40105043662.1.1三相桥式相控整流电路带电阻性负载电路（图2三相桥式相控整流电路带电阻性负载电路）假设将电路中的晶闸管换作二极管进行分析对于共阴极阻的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通对于共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的导通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从相电压波形看，共阴极组晶闸管导通时，ud1为相电压的正包络线，共阳极组导通时，ud2为相电压的负包络线，ud=ud1-ud2是两者的差值，为线电压在正半周的包络线直接从线电压波形看，ud为线电压中最大的一个，因此ud波形为线电压的包络线。主要特点：（1）2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：锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路湖南工学院电气0504班许锦辉4010504367按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60°。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°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°。（3）ud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。图3三相桥式全控整流电路带电阻负载a=0°时的波形锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路湖南工学院电气0504班许锦辉4010504368（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：一种是宽脉冲触发另一种方法是双脉冲触发（常用）。图4三相桥式全控整流电路带电阻负载a=30°时的波形锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路湖南工学院电气0504班许锦辉4010504369（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、反向电压的关系也相同a=30°时的工作情况从wt1开始把一周期等分为6段，ud波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等仍符合表1的规律区别在于：晶闸管起始导通时刻推迟了30°，组成ud的每一段线电压因此推迟30°变压器二次侧电流ia波形的特点：在VT1处于通态的120°期间，ia为正，ia波形的形状与同时段的ud波形相同，但为负值。a=60°时工作情况ud波形中每段线电压的波形继续后移，ud平均值继续降低。a=60°时ud出现为零的点。图5三相桥式全控整流电路带电阻负载a=60°时的波形锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路湖南工学院电气0504班许锦辉40105043610由此可见：当a≤60°时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续图6三相桥式全控整流电路带电阻负载a=90°时的波形锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路湖南工学院电气0504班许锦辉40105043611当a60°时，ud波形每60°中有一段为零，ud波形不能出现负值。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°2.1.2三相桥式相控整流电路带阻感性负载电路（图7三相桥式相控整流电路带阻感性负载电路）a≤60°时，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。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波形会出现负的部分带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为90°。锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路湖南工学院电气0504班许锦辉40105043612（图8三相桥式全控整流电路带阻感负载a=30时的波形）ud1=30°ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥtOtOtOtOidiat1uaubuc锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路湖南工学院电气0504班许锦辉40105043613（图9三相桥式全控整流电路带阻感负载a=90时的波形）在ωt1~ωt2期间，A相电压为正最大值，ωt1时刻触发T1，则T1导通，T5截止，此时变成T1和T6同时导通，电流从A相流出，经T1负载、T6流回B相，负载上得到A、B线电压uAB。在ωt2~ωt3期间，C相电压变为负最大值，A相电压保持正最大值，ωt2时刻触发T2，则T2导通，T