220V／100A三相半控桥式整流电路

辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：220V／100A三相半控桥式整流电路院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2014.06.09-2014.06.22本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）：教研室：电气教研室注：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题目220V／100A三相半控桥式整流电路课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能直流电动机具有良好的启动性能和调速性能，在工业生产中获得广泛应用，本次设计的目的是为1台额定电压110V、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无级调速。设计任务与要求1、对设计方案进行经济技术论证。2、完成整流主电路设计。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、确定平波电抗器的参数。6、触发电路设计或选择。7、绘制相关电路图。8、在实验室进行模拟验证或matlab仿真。9、完成4000字左右的设计说明书。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、最小控制角取20～300左右。5、直流电动机额定电压110V、功率为20kW。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）II摘要电力电子学在工程应用中称为电力电子技术。电力电子学是应用于电力技术领域中的电子学，它以利用大功率电子器件对能量进行控制和变换为主要内容，是一门与电子、控制和电力紧密联系的边缘学科。随着电力电子器件及应用技术的不断发展，特别是大功率晶闸管元件的出现和成功应用，为交、直流电力变换带来了新的应用前景。现在广泛应用的大功率施动系统(如大型矿井提升机、大型轧机和直流输电等)都是现代电力电子器件成功应用的范例。由于电力电子装置便于控制。为其应用带来了方便。本文提出了三相半控桥整流电路基本设计思想，详细论述了三相全控桥整流电路的工作原理，较精确地计算了整流变压器的参数，确定晶闸管的定额，分别对晶闸管、直流侧、交流侧设计过电压、过电流保护，采用集成触发电路提供同步锯齿波信号脉冲，实现了三相半控桥变流器带电机负载运行，完成了整个设计。关键字：三相桥式半控整流集成触发电路保护参数计算元件选择本科生课程设计（论文）III目录第1章绪论..........................................................11.1电力电子技术的概况...........................................11.2本文设计内容.................................................1第2章三相桥式半控整流电路设计......................................22.1三相桥式半控整流电路总体设计方案.............................22.2主电路设计...................................................32.2.1三相半控桥的工作原理.......................................32.2.2工作原理及工作波形.....................................42.2.3分析结果...............................................52.3参数计算.....................................................62.3.1变压器参数计算.........................................62.3.2晶闸管的额定参数.......................................82.3.3平波电抗器的电参数.....................................9第3章触发电路的设计................................................93.1集成触发电路................................................103.2KJ004的工作原理.............................................103.3集成触发电路图..............................................11第4章保护电路的设计...............................................134.1晶闸管的保护电路............................................134.2交流侧阻容保护..............................................144.3直流侧阻容保护..............................................154.4带保护电路的主电路图........................................154.5总电路图....................................................16第5章课程设计总结.................................................17参考文献............................................................18本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1电力电子技术的概况电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。通常所用的电力有交流和直流两种。从公用电网直接得到的电力是交流，从蓄电池和干电池得到的电力是直流。工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，为其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。1.2本文设计内容220V／100A三相半控桥式整流电路直流电动机具有良好的启动性能和调速性能，在工业生产中获得广泛应用，本次设计的目的是为1台额定电压110V、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无级调速。1、对设计方案进行经济技术论证。2、完成整流主电路设计。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、确定平波电抗器的参数。6、触发电路设计或选择。7、绘制相关电路图。8、在实验室进行模拟验证或matlab仿真。本科生课程设计（论文）2第2章三相桥式半控整流电路设计2.1三相桥式半控整流电路总体设计方案三相桥式半控整流电路系统通过变压器与电网连接，经过变压器的耦合，晶闸管主电路得到一个合适的输入电压，使晶闸管在较大的功率因数下运行。变流主电路和电网之间用变压器隔离，还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分。保护电路采用RC过电压抑制电路进行过电压保护，利用快速熔断器进行过电流保护。采用锯齿波同步KJ004集成触发电路，利用一个同步变压器对触发电路定相，保证触发电路和主电路频率一致，触发晶闸管，使三相半控桥将交流整流成直流，带动直流电动机运转，工作在电动状态。设计框图如图2.1所示。整个设计主要分为主电路、触发电路、保护电路三个部分。其中，由于保护电路分几个部分，在框图中没有表明。当接通电源时，三相桥式半控整流电路主电路通电，同时通过同步电路连接的集成触发电路也通电工作，形成触发脉冲，使主电路中晶闸管触发导通工作，经过整流后的直流电通给直流电动机，使之工作。本科生课程设计（论文）32.2主电路设计当整流负载容量较大（如直流电动机），或要求直流电压脉动较小时，应采用三相整流电路，交流测由三相电源供电。这个设计中，采用三相桥式半控整流电路。主电路采用晶闸管构成的三相半控桥，将三相桥式全控整流电路中的一组晶闸管用三只二极管代替，就构成了三相桥式半控整流电路。只要控制三相桥中一组晶闸管，就可控制三相桥式半控整流电路的输出电压，所以它的控制较全控桥简单、经济，在中等容量或不要求可逆运行的电力拖动装置中经常使用。同时要考虑晶闸管的过电压与过电流保护。2.2.1三相半控桥的工作原理如图2.2所示，为三相半控桥带阻感负载，根据要求要考虑电动机的电枢电感与电枢电阻，故为阻感负载。其电路工作特点是共阴极组晶闸管必须触发才能换流，而共阳极组二极管总是在自然换相点换流。所以，一周期中仍然换流六次，三次为自然换流，其余三次为触发换流，。变压器为Y型接法。变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。同步电路三相桥式半控整流电路直流电动机电源集成触发器触发信号图2.1三相桥式半控整流电路本科生课程设计（论文）4图2.2三相半控桥式整流电路带阻感负载2.2.2工作原理及工作波形三相桥式半控整流电路在感性负载情况下，当晶闸管在承受正向电压时触发导通，整流二极管承受正向电压自然导通；当线电压过零变负时，由于电感的存在，使晶闸管承受正向电压继续导通，与单相桥式半控整流电路相似，形成同相晶闸管与二极管同时导通自然换流，所以输出电压Ud形中不会出现负波形。当0o时，三相桥式半控整流电路的工作情况与三相桥式全控电路完全相同。当60o时，其工作波形如下图2.3所示，1t时刻触发晶闸管T1导通，此时共阳极组二极管D6阴极电位最低，所以T1、D6导通，负载电压dabuu。2t时刻共阳极组二极管自然换流，D2导通，D6关断，负载电压dacuu。3t时刻，虽然到了共阴极组自然换相点，但T3触发脉冲未到，所以T1继续导通，直到4t时刻为止。4t时刻触发T3导通，T1关断，负载电压dbcuu，以此类推。负载上得到的电压波形Ud一个周期内仍有6个波头，但6个波头形状不同。当60o时，波形总是连续的；当60o时，Ud的波形中就只剩下3个波头，所以60o是整流电压波形连续与断续的临界点。图2.4为60180o时的工作波形，此时电压波形已不再连续，1t时刻触发晶闸管T1导通时，共阳极组二极管D2阴极电位最低，所以T1、D2导通，负载电压dacuu。2t时刻虽然0au，但acu仍大于零，T1管继续导通，直到3t时刻0acu时T1关断。3t~4t期间，虽然T3承受正向电压但无触发不导通。4t时刻触发T3，二极管D4阴极电位最低而导通，dabuu，直到0abu为止。重复以上过程本科生课程设计（论文）5图2.3三相半控桥式整流电路60o图2.4三相半控桥式整流60180o时的波形时的波形由图2.4波形可见，随着触发角增大，晶闸管导通角度减小，输出整流电压du减小。因为三相桥式整流电路是对线电压的整流，工作电压为线电压，不是相电压，所以判断一个晶闸管能否被触发导通是根据其线电压是否过零来判断。例如150时，T1加触发脉冲，虽然此时a相电压0au，但因为0acu，所以T1、D2仍然能够导通，输出电压dacuu。到180时，T1的触发脉冲发出时0acu，则晶闸管T1不可能导通，0du。所以，三相桥式半控整流电路带阻感性负载时移相范围