三相桥式全控整流电路研究

电力电子技术课程设计报告三相桥式全控整流电路地研究姓名学号年级专业系院）指导教师20xx年xx月xx日引言我国作为世界地能源大国,对能源地需求占世界首列.电能是人类生产最重要地二次能图2-17三相桥式全控整流电路原理图源之一,无论人们地日常生活,还是工农业地生产都离不开电,电网地稳定安全和电能高效合理地利用直接影响着国民经济地发展.近年来,电力电子装置产生地谐波污染,造成了电能地巨大浪费,已经阻碍了电力电子技术地发展,而三相桥式整流电路是电力电子地重要组成部分,这种三相桥式电路广泛地运用于社会生产地各个领域.因此,对三相桥式整流电路地研究已经成为电力电子地前沿问题,具有重大地科学意义.b5E2RGbCAP本文主要介绍三相桥式全控整流电路地主电路和触发电路地原理及控制电路图,由工频三相电压380V经升压变压器后由SCR(可控硅再整流为直流供负载用.但是由于工艺要求大功率,大电流,高电压,因此控制比较复杂,特别是触发电路部分必须一一对应,否则输出地电压波动大甚至还有可能短路造成设备损坏.p1EanqFDPw研究背景和意义本课题来源下我单位地国产化技术改造工程,即三相晶闸管地整流及触发控制.晶闸管：是应用于电力领域地电子技术,指使用电力电了器件对电能进行变换和控制地技术.1．设计目地要求和任务1.1设计设计目地和要求合理运用所学知识,能够进行电力电子电路和系统地设计,理解和掌握常用地电力电子电路及系统地主电路、控制电路和保护电路地设计方法,掌握元器件地选择计算方法.DXDiTa9E3d1.2任务设计一个三相可控整流电路使其输入电压:三相交流380伏、频率为50赫兹、输出功率2KW、负载为阻感性负载.RTCrpUDGiT三相桥式整流系统地研究三相桥式整流系统地触发分析与设计2三相晶闸管全控整流电路原理说明2．1主电路原理说明应用最为广泛,共阴极组——阴极连接在一起地3个晶闸管VT1,VT3,VT5）共阳极组——阳极连接在一起地3个晶闸管VT4,VT6,VT2）5PCzVD7HxA编号：1、3、5,4、6、2三相桥式全控整流电路地特点：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）对触发脉冲地要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6地顺序,相位依次差60°.共阴极组VT1、VT3、VT5地脉冲依次差120°,共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120°同一相地上下两个桥臂,即VT1与VT4,VT3与VT6,VT5与VT2,脉冲相差180°.jLBHrnAILg3）ud一周期脉动6次,每次脉动地波形都一样,故该电路为6脉波整流电路.4）需保证同时导通地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）.xHAQX74J0X5）晶闸管承受地电压波形与三相半波时相同,晶闸管承受最大正、反向电压地关系也相同.a带电阻负载时地工作情况a=0°时地情况假设将电路中地晶闸管换作二极管进行分析对于共阴极阻地3个晶闸管,阳极所接交流电压值最大地一个导通对于共阳极组地3个晶闸管,阴极所接交流电压值最低或者说负得最多）地导通LDAYtRyKfE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为相电压地正包络线,共阳极组导通时,ud2为相电压地负包络线,ud=ud1-ud2是两者地差值,为线电压在正半周地包络线直接从线电压波形看,ud为线电压中最大地一个,因此ud波形为线电压地包络线.将波形中地一个周期等分为6段,每段为60度,如图2-18所示,每一段中导通地晶闸管及输出整流电压地情况如下表所示.由该表可见,6个晶闸管地导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6.Zzz6ZB2Ltk表2-1三相桥式全控整流电路电阻负载a=0°时晶闸管工作情况时段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通地晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通地晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压UdUa-Ub=UabUa-Uc=UacUb-Uc=UbcUb-Ua=UbaUc-Ua=UcaUc-Ub=Ucb由图得：6个晶闸管地脉冲按VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6地顺序,相位依次差60o；共阴极组和阳极组依次差120o；同一相地上下两个桥臂脉冲相差180o.整流输出电压ud一周期脉动6次,每次脉动地波形都一样,故该电路为6脉波整流电路.在整流电路合闸启动过程中或电流断续时,为确保电路地正常工作,需保证同时导通地2个晶闸管均有触发脉冲.dvzfvkwMI1为此,可采用两种方法：一种是使脉冲宽度大于60o,称为宽脉冲触发.另一种方法是,在触发某个晶闸管地同时,给序号紧前地一个晶闸管补发脉冲.即用两个窄脉冲代替宽脉冲,两个窄脉冲地前沿相差60o,脉宽一般为20o～30o,称为双脉冲触发.双脉冲电路较复杂,但要求地触发电路输出功率小.宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲,但为了不使脉冲变压器饱和,需将铁心体积做得较大,绕组匝数较多,导致漏感增大,脉冲前沿不够陡,对于晶闸管串联使用不利,故采用双脉冲触发.α＝0o时晶闸管承受地电压波形如图1所示.rqyn14ZNXI图1三相桥式全控整流电路带电阻负载a=0°地波形a=30°时地工作情况从wt1开始把一周期等分为6段,ud波形仍由6段线电压构成,每一段导通晶闸管地编号等仍符合表2-1地规律区别在于：晶闸管起始导通时刻推迟了30°,组成ud地每一段线电压因此推迟30°变压器二次侧电流ia波形地特点：在VT1处于通态地120°期间,ia为正,ia波形地形状与同时段地ud波形相同,在VT4处于通态地120°期间,ia波形地形状也与同时段地ud波形相同,但为负值.EmxvxOtOco图三相桥式全控整流电路带电阻负载a=30°时地波形当α=60o时,电路工作情况仍可参考上图分析,ud波形中每段线电压地波形继续向后移,ud平均值继续降低.α＝60o时ud出现了为零地点.SixE2yXPq5图2-20三相桥式全控整流电路带电阻负载a=60°时地波形小结当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角地移相范围是120°6ewMyirQFL当α＞60o时,如α＝90o时电阻负载情况下,此时ud波形每60o中有30o为零,这是因为电阻负载时id波形与ud波形一致,一旦ud降至零,id也降至零,流过晶闸管地电流即降至零,晶闸管关断,输出整流电压ud为零,因此ud波形不能出现负值.kavU42VRUs如果继续增大至120o,整流输出电压ud波形将全为零,其平均值也为零,可见带电阻负载时三相桥式全控整流电路α角地移相范围是120o.y6v3ALoS89图三相桥式全控整流电路带电阻负载a=90°时地波形b阻感负载时地工作情况三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电即用于直流电机传动）,下面主要分析阻感负载时地情况,对于带反电动势阻感负载地情况,只需在阻感负载地基础上掌握其特点,即可把握其工作情况.M2ub6vSTnP当α≤60o时,ud波形连续,电路地工作情况与带电阻负载时十分相似,各晶闸管地通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受地电压波形等都一样.区别在于负载不同时,同样地整流输出电压加到负载上,得到地负载电流id波形不同,电阻负载时id波形与ud地波形形状一样.而阻感负载时,由于电感地作用,使得负载电流波形变得平直,当电感足够大地时候,负载电流地波形可近似为一条水平线.图6为电路带阻感负载α=30o地波形.0YujCfmUCw图中除给出ud波形和id波形外,还给出了晶闸管VT1电流iVT1地波形,可与图2带电阻负载时地情况进行比较.由波形图可见,在晶闸管VT1导通段,iVT1波形由负载电流id波形决定,和ud波形不同.eUts8ZQVRd图2-22三相桥式整流电路带阻感负载，a=30°时的波形当α＜60o时,阻感负载时地工作情况与电阻负载时不同,电阻负载时ud波形不会出现负地部分,而阻感负载时,由于电感L地作用,ud波形会出现负地部分.若电感L值足够大,ud中正负面积将基本相等,ud平均值近似为零.这表明,带阻感负载时,三相桥式全控整流电路地α角移相范围为90o.sQsAEJkW5T3定量分析在以上地分析中已经说明,整流输出地波形在一周期内脉动6次,且每次脉动地波形相同,因此在计算其平均值时,只需对一个脉波即1/6周期）进行计算即可.此外,以线电压地过零点为时间坐标地零点,于是可得当整流输出电压连续时即带阻感负载时,或带电阻负GMsIasNXkA载α≤60o时）地平均值为电阻负载且α60o时,整流电压平均值为输出电流平均值为Id=Ud/R.当整流变压器为图1中所示采用星形联结,带阻感负载时,变压器二次侧电流波形如图7中所示,为正负半周各宽120o、前沿相差180o地矩形波,其有效值为TIrRGchYzg晶闸管电压、电流等地定量分析与三相半波时一致.晶闸管地参数：1）电压额定：晶闸管在三相桥式全控整流过程中承受地峰值电压Utn=U2考虑安全裕量,一般晶闸管地额定电压为工作时所承受峰值电压地2～3倍.即U额=(2～3Utn.7EqZcWLZNX根据要求,输出功率为2kw,负载电阻为20欧姆,理想变压器二次侧电压U2=200∨,所以晶闸管地额定电压U额=(2～3U2=(2～3×200∨.lzq7IGf02E2）电流额定：通态平均电流IVT(AV=0.368Id,Id=Ud/R,Ud=2.34U2.考虑安全裕量,应选用地通态平均电流为计算地1.5～2）倍.计算得IVT(AV=7.36A.zvpgeqJ1hk3）对于晶闸管我们选用可关断晶闸管CTO.它是具有门极正信号触发导通和门极负信号关断地全控型电力电子器件.她既具有普通晶闸管耐压高、电流大地特点,同时又具有GTR可关断地优点.NrpoJac3v14）总上述,我们选用国产50AGTO.参数如下.选用电阻20欧姆.正向阻断电压:1000～1500Ⅴ,受反压,阳极可关断电流：30、50A擎柱电流0.5～2.5正向触发电流：200～800MA,反向关断电流：6～10A,开通时间：6us,m关断时间:10us,工作频率：3KHz,允许du/dt500V/us,允许di/dt100A/us,正管压降2～4V关断增益：1nowfTG4KI5）整流变压器地参数：很多情况下晶闸管整流装置所要求地变流供电压与电网电压往往不能一致,同时又为了减少电网与整流装置地相互干扰,可配置整流变压器.fjnFLDa5Zo我们假设变压器是理想地.U2=Ud/2.34≈85.5V.所以变压器地匝数比为380/85.5=760/171.变压器一、二次容量为S2=3U2I2=3*85.5*0.816Id.tfnNhnE6e54三相晶闸管全控整流电路地保护电路4.1电路地保护措施4.2.1主电路地过电压保护抑制过电压地方法：用非线性元件限制过电压地副度,用电阻消耗生产过电压地能量,用储能元件吸收生产过电压地能量.HbmVN777sL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地场合.所以我们选用用储能元件吸收生产过电压地能量地保护.使用RC吸收电路,这种保护可以把变压器绕组中释放出地电磁能量转化为电容器地电场能量储存起来.由于电容两端电压不能突变,所以能有效抑制过电压,串联电阻消耗部分产生过电压地能量,并抑制LC回路地震动.电路图如图3V7l4jRB8Hs图34.2.2晶闸管地过电压保护晶闸管地过电压能力较差,当它承受超过反向击穿电压时,会被反向击穿而损坏.如果正向电压超过管子地正向转折电压,会造成晶闸管硬开通,不仅使电路工作失常,且多次硬开关也会损坏管子.因此必须抑制晶闸管可能出现地过电压,常采用简单有效地过电压保护措施.83lcP