三相橋式全控整流電路設(shè)計(jì)

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 三相橋式全控整流電路設(shè)計(jì)學(xué) 院： 專 業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 時(shí)間： 20三相橋式全控整流電路設(shè)計(jì)（第一組）目 錄一. 基本原理.21. 三相橋式全控整流電路特性分析.22. 三相橋式全控整流電路定量分析.63. 晶閘管額定電流、額定電壓的選擇.6二. 仿真實(shí)驗(yàn).71仿真電路中不含濾波電容和濾波電感72仿真電路中含濾波電容和濾波電感83仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)論10三. 硬件實(shí)驗(yàn)101.硬件電路（protel繪制）10（1）主電路10（2）觸發(fā)電路11（3）保護(hù)電路13（4）總硬件電路（主電路和控制電路）14（5）硬件電路pcb板.152.元器件選型及計(jì)算.1

2、7四. 課程設(shè)計(jì)總結(jié)18五. 元件清單報(bào)表. . 19六.三相橋式全控整流電路裝置的用途. 19七.設(shè)計(jì)任務(wù)書.21八.參考文獻(xiàn).22 一. 基本原理.三相橋式全控整流電路特性分析三相橋式全控整流電路圖是應(yīng)用最為廣泛的整流電路，其電路圖如下：圖1（1） 三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)：一般變壓器一次側(cè)接成三角型，二次側(cè)接成星型，晶閘管分共陰極和共陽極。一般1、3、5為共陰極，2、4、6為共陽極。2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器件。對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：1)按vt1-vt2-vt3-vt4-vt5-vt6的順序，相位依次差60。2)共陰極組vt1、vt3、vt5的脈沖

3、依次差120，共陽極組vt4、vt6、vt2也依次差120。3)同一相的上下兩個(gè)橋臂，即vt1與vt4，vt3與vt6，vt5與vt2，脈沖相差180。ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。（2）帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況：(1)當(dāng)a60時(shí)，ud波形均連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù) 波形圖：a =0（圖1）、a =30（圖2）、a =60（圖3） (2)當(dāng)a60時(shí)，ud波形每6

4、0中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值 波形圖： a =90（圖4） (3)帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120 （3）晶閘管及輸出整流電壓的情況如表1所示 ：表1時(shí)段iiiiiiivvvi共陰級(jí)組中導(dǎo)通的晶閘管vt1vt1vt3vt3vt5vt5共陰級(jí)組中導(dǎo)通的晶閘管vt6vt2vt2vt4vt4vt6整流輸出電壓ua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb 圖2 =0 圖3 =30 圖4 =60 圖5 =902. 三相橋式全控整流電路定量分析(1)當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載a60時(shí)）的平

5、均值為： (2)帶電阻負(fù)載且a 60時(shí)，整流電壓平均值為：輸出電流平均值為 ：id=ud /r 3、晶閘管額定電流、額定電壓的選擇晶閘管承受最大正向電壓為，為變壓器二次線電壓峰值，即 晶閘管陽極與陰極間的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即 輸出電壓ud為0200v，負(fù)載電阻r=2，輸出負(fù)載電流為：晶閘管上流過電流為： 選用晶閘管時(shí)，額定電壓要留有一定裕量通常取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓的23倍。額定電流也要留一定裕量，一般取額定電流為通態(tài)平均電流的1.52倍。二. 仿真實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)組:整流變壓器輸出相電壓為100v,負(fù)載r=2。輸出電壓為0200 v。 1 仿真電路中不含

6、濾波電容和濾波電感（1）仿真模型圖6（2）仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析（2組） =27 觸發(fā)脈沖波形、三相電源電壓波形、三相電源電流波形、負(fù)載電流波形、負(fù)載電壓波形，依次如下所示：圖7 =55 觸發(fā)脈沖波形、三相電源電壓波形、三相電源電流波形、負(fù)載電流波形、負(fù)載電壓波形，依次如下所示：圖82仿真電路中含濾波電容和濾波電感（1）仿真模型圖9（2）仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析（2組）=31 觸發(fā)脈沖波形、三相電源電壓波形、三相電源電流波形、負(fù)載電流波形、負(fù)載電壓波形，依次如下所示：圖10=55 觸發(fā)脈沖波形、三相電源電壓波形、三相電源電流波形、負(fù)載電流波形、負(fù)載電壓波形，依次如下所示：圖113仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過仿真實(shí)驗(yàn)

7、和多組仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析可知，當(dāng)觸發(fā)角發(fā)生改變時(shí)，電路的工作情況也發(fā)生變化。增大ud平均值降低，id也隨之降低，三相電源電流大小下降，三相電源電流波形、負(fù)載電流波形、負(fù)載電壓波形波紋變大。加入濾波電容和濾波電感，使得諧波含量減少，波形更加平緩光滑（尤其是=27時(shí)的兩種情況對(duì)比）。三. 硬件實(shí)驗(yàn)1.硬件電路（protel繪制）（1）主電路主電路為帶電阻負(fù)載的三相橋式電路, 用protel繪制如下所示:圖13（2）觸發(fā)電路觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證精華雜關(guān)可靠導(dǎo)通（門極電流應(yīng)大于擎柱電流），觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，不超過門極電壓、電流和功率，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)，應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主

8、電路的電氣隔離晶閘管可控整流電路，通過控制觸發(fā)角a的大小即控制觸發(fā)脈沖起始相位來控制輸出電壓大小。為保證相控電路正常工作，很重要的是應(yīng)保證按觸發(fā)角a的大小在正確的時(shí)刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。晶閘管相控電路，習(xí)慣稱為觸發(fā)電路。大、中功率的變流器廣泛應(yīng)用的是晶體管觸發(fā)電路，其中以同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路應(yīng)用最多?？煽啃愿?，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路。此處就是采用集成觸發(fā)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。kj004組成分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個(gè)環(huán)節(jié)。kj004觸發(fā)電路為模擬的觸發(fā)電路,其組成如下圖：圖143

9、個(gè)kj004集成塊和1個(gè)kj041集成塊，可形成六路雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大,即可得到完整的三相全控橋觸發(fā)電路,如下圖所示: 圖15用protel繪制的完整觸發(fā)電路如下所示：圖16（3）保護(hù)電路電力電子裝置可能的過電壓外因過電壓和內(nèi)因過電壓，外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)操作過程等外因。分別介紹如下：操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起雷擊過電壓：由雷擊引起內(nèi)因過電壓：主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后，反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓。關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩

10、端感應(yīng)出的過電壓。在抑制外因過電壓的措施中,采用rc過電壓抑電路最為常見。rc過電壓抑電路可接于供電變壓器的兩側(cè)（通常供電網(wǎng)一側(cè)稱為網(wǎng)側(cè)，電子電路一側(cè)稱閥側(cè)），或電力電子電路的直流側(cè)。本處采用反向阻斷式過電壓抑制用rc電路構(gòu)成保護(hù)電路, 用protel繪制如下所示:圖17（4）總硬件電路（主電路和控制電路）原理圖如下所示：圖18（5） 硬件電路pcb板如下所示：頂層視圖如下:圖19底層視圖如下：圖20頂層覆蓋圖如下：圖213d視圖如下：圖222.元器件選型及計(jì)算硬件電路所需元器件詳見元件清單報(bào)表。四課程設(shè)計(jì)總結(jié) 這是繼數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)之后的第二個(gè)學(xué)科課程設(shè)計(jì)。這次我的課程設(shè)計(jì)題目是三相橋式

11、全控整流電路的設(shè)計(jì)，由于這是上學(xué)期電力電子技術(shù)課程的重點(diǎn)，老師也反復(fù)強(qiáng)調(diào)的知識(shí)點(diǎn)，所以這個(gè)知識(shí)點(diǎn)我掌握的比較透徹，這次課程設(shè)計(jì)的基本原理自然也基本上理解了。整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過程中，重點(diǎn)難道還是在protel原理圖的繪制和pcb板的繪制。在弄懂了設(shè)計(jì)原理后，首先要用matlab進(jìn)行仿真，用simulink搭建模塊，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，根據(jù)要求設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)，模塊搭建好后，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)角得到了不同的波形。由于開始沒有加濾波裝置，所得仿真波形與理論結(jié)果還是有較大差別的，后來在老師的提醒后加入了濾波裝置，才得到比較理想的波形。由于觸發(fā)電路比較復(fù)雜，所以直接使用了simulink里面原有的脈沖發(fā)生模塊。在仿真實(shí)驗(yàn)

12、中比較關(guān)鍵的是參數(shù)的設(shè)置。仿真做完了之后是做硬件實(shí)驗(yàn)，由于條件所限老師只讓我們畫出電路板就可以了。硬件部分是這次課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn)，尤其是畫pcb板。畫pcb板一般是用protel軟件，由于之前沒有接觸過protel，所以在接到任務(wù)后馬上去圖書館借了兩本關(guān)于protel速成使用的參考書。經(jīng)過突擊對(duì)protel的使用基本上有了了解。首先是畫原理圖，原理圖中的觸發(fā)模塊和保護(hù)模塊都是直接使用課本上的。由于許多元件protel都沒有，還得自己畫，特別注意要封裝。關(guān)鍵是接下來把原理圖轉(zhuǎn)化為pcb板。這涉及到許多步驟，如敷銅走線等，布線時(shí)先手工布線得到一個(gè)電路的大體布局，再使用自動(dòng)布線。這一步是在其他同學(xué)

13、的幫助下完成的。通過此次課程設(shè)計(jì)，我從完全不懂到逐漸了解，再到基本學(xué)會(huì)使用matlab和protel,它們都是與我們專業(yè)密切聯(lián)系的軟件。其中掌握了用matlab對(duì)電力電子電路進(jìn)行仿真，觀察波形，調(diào)整參數(shù)等操作，也涉及了protel的使用，初步學(xué)會(huì)了原理圖schdoc的繪制，了解pcb板繪制的一般流程。當(dāng)然這次實(shí)驗(yàn)有遇到了不少的困難，也出現(xiàn)了不少的錯(cuò)誤，反映出基礎(chǔ)知識(shí)的某些地方還有薄弱的地方。通過自己查找資料，苦心探索實(shí)踐，與同學(xué)討論學(xué)習(xí)，使我進(jìn)步了許多，學(xué)到了很多東西。不論是在基礎(chǔ)理論上還是思維能力、動(dòng)手能力上都有了比較大的提高。此外，由于這次課程設(shè)計(jì)是兩人一組，經(jīng)過此次歷練后提高了我的協(xié)調(diào)合

14、作能力。很高興有這么一次課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，我想它將對(duì)以后的學(xué)習(xí)和今后的工作帶來一定的好處。五. 元件清單報(bào)表commentdescriptiondesignatorfootprintlibrefquantitycapcapacitorc1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、c9、c10、c11rad-0.3cap11dioded1、 d2、 d3、 d4、 d5、 d6、 d7、 d8、 d9、 d10 d11、 d12diode0.4adiode12kj004k1 、k2dip16kj0042-15vheader, 2-pinp1hdr1x2header 21+15vheader, 2

15、-pinp2hdr1x2header 21header 3hheader, 3-pin, right anglep3hdr1x3hheader 3h1npnnpn bipolar transistorq1、q2、q3、q4、q5、q6bcy-w3npn6scrsilicon controlled rectifierq7、q8、q9、q10、q11、q12sfm-t3/e10.7vscr6res2resistorr1、 r2、 r3、 r4、 r5、 r6axial0.5res26res adj2variable resistorr7 、r8 、r9 、r10 、r11 、r12axial-0.

16、6res adj21res2resistorr13 r14 r15 r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30axial0.5res218res2resistorr31axial-0.4res21res2resistorr32 、r33axial0.5res22header 6x2hheader, 6-pin, dual row, right anglet1hdr2x6hheader 6x2h1kj04u1dip16component_11kj04u2dip16component_11res taptapped res

17、istorvr1vr5res tap1res taptapped resistorvr2vr5res tap1六. 三相橋式全控整流電路裝置的用途當(dāng)整流負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小時(shí)，應(yīng)采用三相整流電路，其交流側(cè)由交流電源供電。應(yīng)用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路。三相橋式整流電路常見用在電鍍裝置、電解裝置、直流焊機(jī)、充電裝置等裝置上。一般工業(yè)：直流電動(dòng)機(jī)有良好的調(diào)速性能，給其供電的可控整流電源或直流斬波電源都是電力電子裝置；近年來電力電子變頻技術(shù)的迅速發(fā)展，使交流電機(jī)的調(diào)速性能可與直流電機(jī)媲美，交流調(diào)速技術(shù)大量應(yīng)用并占據(jù)主導(dǎo)地位。幾百w到數(shù)千kw的變頻調(diào)速裝置，軟起動(dòng)裝置等；電化學(xué)工

18、業(yè)大量使用直流電源，如電解鋁、電解食鹽水等。冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應(yīng)加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場合，需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源。交通運(yùn)輸：電氣機(jī)車中的直流機(jī)車中采用整流裝置，交流機(jī)車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術(shù)更是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。除牽引電機(jī)傳動(dòng)外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術(shù)電動(dòng)汽車的電機(jī)靠電力電子裝置進(jìn)行電力變換和驅(qū)動(dòng)控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺(tái)高級(jí)汽車中需要許多控制電機(jī)，它們也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動(dòng)并控制；飛機(jī)、船舶需要很多不同要求的電源，因此航空和航海都離不開電力電子技術(shù)；如果把電

19、梯也算做交通運(yùn)輸，那么它也需要電力電子技術(shù)。以前的電梯大都采用直流調(diào)速系統(tǒng)，近年來交流變頻調(diào)速成為主流。電力系統(tǒng)：電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中有非常廣泛的應(yīng)用。最終用戶在使用電能時(shí)常常需要進(jìn)行預(yù)處理。如降壓、濾波、無功補(bǔ)償?shù)?。?jù)估計(jì)，發(fā)達(dá)國家在用戶最終使用的電能中有60%以上至少經(jīng)過一次電力電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)在通向現(xiàn)代化的進(jìn)程中，電力電子技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一。毫不夸張地說，離開電力電子技術(shù)，電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化是不可想象的；直流輸電(hvdc)在長距離、大容量輸電時(shí)有很大的優(yōu)勢(shì)，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置；近年發(fā)展起來的柔性交流輸電(facts)可以大幅度提高電網(wǎng)輸電

20、能力和穩(wěn)定性；快速、精確、連續(xù)地控制大容量有功和無功等參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)潮流變化、功率流向、輸送能力、阻尼振蕩的性能加以改進(jìn)和提高。如有源濾波器(apf active power filter)可進(jìn)行用戶端的無功補(bǔ)償和諧波抑制。不間斷電源(ups)和各種開關(guān)電源：這一類的應(yīng)用最為普遍各種電子裝置一般都需要不同電壓等級(jí)的直流電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機(jī)所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現(xiàn)在己改為采用全控型器件的高頻開關(guān)電源。大型計(jì)算機(jī)所需的工作電源、微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開關(guān)電源。在各種電子裝置中，以前大量采用線性穩(wěn)壓電源供電，由于高頻開關(guān)電源體積小、重量輕、效率高，現(xiàn)在己逐漸取

21、代了線性電源。 家用電器：照明在家用電器中有十分突出的地位。由于電力電子照明電源體積小、發(fā)光效率高、可節(jié)省大量能源，通常被稱為“節(jié)能燈”，傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈；頻空調(diào)器是家用電器中應(yīng)用電力電子技術(shù)的典型例子之一。電視機(jī)、音響設(shè)備、家用計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的電源部分也都需要電力電子技術(shù)。此外，有些洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐等電器也應(yīng)用了電力電子技術(shù)。新能源的開發(fā)和利用：統(tǒng)的發(fā)電方式是火力發(fā)電、水力發(fā)電以及后來興起的核能發(fā)電。能源危機(jī)后，各種新能源、可再生能源及新型發(fā)電方式越來越受到重視。其中太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展較快，燃料電池更是備受關(guān)注。太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電受環(huán)境的制約，發(fā)出的電力質(zhì)量較差，常需要

22、儲(chǔ)能裝置緩沖，需要改善電能質(zhì)量，這就需要電力電子技術(shù)。當(dāng)需要和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，也離不開電力電子技術(shù)；了合理地利用水力發(fā)電資源，近年來抽水儲(chǔ)能發(fā)電站受到重視。其中的大型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速都需要電力電子技術(shù)。超導(dǎo)儲(chǔ)能是未來的一種儲(chǔ)能方式，它需要強(qiáng)大的直流電源供電，這也離不開電力電子技術(shù)；聚變反應(yīng)堆在產(chǎn)生強(qiáng)大磁場和注入能量時(shí)，需要大容量的脈沖電源，種電源就是電力電子裝置。科學(xué)實(shí)驗(yàn)或某些特殊場合，常常需要一些特種電源，這也是電力電子技術(shù)的用武之地。七. 設(shè)計(jì)任務(wù)書1. 設(shè)計(jì)目的通過對(duì)三相橋式全控整流電路的設(shè)計(jì),掌握三相橋式全控整流電路的工作原理,綜合運(yùn)用所學(xué)只是,進(jìn)行三相橋式全控整流電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。了解與熟悉三相橋式全控整流電路電路拓?fù)?、控制方法。理解和掌握三相橋式全控整流電路及系統(tǒng)的主電路、控制電路和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)方法，掌握元器件的選擇計(jì)算方法。具有一定的電力電子電路及系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和調(diào)試