三相橋式全控整流電路設計

1、電力電子技術課程設計報告題 目： 三相橋式全控整流電路設計學 院： 專 業(yè)： 學 號： 姓 名： 指導教師： 時間： 20三相橋式全控整流電路設計（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. 仿真實驗.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仿真實驗結(jié)論10三. 硬件實驗101.硬件電路（protel繪制）10（1）主電路10（2）觸發(fā)電路11（3）保護電路13（4）總硬件電路（主電路和控制電路）14（5）硬件電路pcb板.152.元器件選型及計算.1

2、7四. 課程設計總結(jié)18五. 元件清單報表. . 19六.三相橋式全控整流電路裝置的用途. 19七.設計任務書.21八.參考文獻.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：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)同一相的上下兩個橋臂，即vt1與vt4，vt3與vt6，vt5與vt2，脈沖相差180。ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。需保證同時導通的2個晶閘管均有脈沖，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相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也相同。（2）帶電阻負載時的工作情況：(1)當a60時，ud波形均連續(xù)，對于電阻負載，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a60時，ud波形每6

4、0中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負值 波形圖： a =90（圖4） (3)帶電阻負載時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時段iiiiiiivvvi共陰級組中導通的晶閘管vt1vt1vt3vt3vt5vt5共陰級組中導通的晶閘管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)當整流輸出電壓連續(xù)時（即帶阻感負載時，或帶電阻負載a60時）的平

5、均值為： (2)帶電阻負載且a 60時，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，負載電阻r=2，輸出負載電流為：晶閘管上流過電流為： 選用晶閘管時，額定電壓要留有一定裕量通常取額定電壓為正常工作時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. 仿真實驗基本參數(shù)組:整流變壓器輸出相電壓為100v,負載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）仿真實驗結(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、負載電流波形、負載電壓波形，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、負載電流波形、負載電壓波形，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）仿真實驗結(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、負載電流波形、負載電壓波形，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、負載電流波形、負載電壓波形，依次如下所示：圖113仿真實驗結(jié)論通過仿真實驗

7、和多組仿真實驗結(jié)果對比分析可知，當觸發(fā)角發(fā)生改變時，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、負載電流波形、負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時的兩種情況對比）。三. 硬件實驗1.硬件電路（protel繪制）（1）主電路主電路為帶電阻負載的三相橋式電路, 用protel繪制如下所示:圖13（2）觸發(fā)電路觸發(fā)脈沖的寬度應保證精華雜關可靠導通（門極電流應大于擎柱電流），觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度，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，很重要的是應保證按觸發(fā)角a的大小在正確的時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，習慣稱為觸發(fā)電路。大、中功率的變流器廣泛應用的是晶體管觸發(fā)電路，其中以同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路應用最多?？煽啃愿?，技術性能好，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kj004集成塊和1個kj041集成塊，可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進行脈沖放大,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，會由線路電感在器件兩端感應出過電壓。關斷過電壓：全控型器件關斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩

10、端感應出的過電壓。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.元器件選型及計算硬件電路所需元器件詳見元件清單報表。四課程設計總結(jié) 這是繼數(shù)字電子技術課程設計之后的第二個學科課程設計。這次我的課程設計題目是三相橋式

11、全控整流電路的設計，由于這是上學期電力電子技術課程的重點，老師也反復強調(diào)的知識點，所以這個知識點我掌握的比較透徹，這次課程設計的基本原理自然也基本上理解了。整個課程設計的過程中，重點難道還是在protel原理圖的繪制和pcb板的繪制。在弄懂了設計原理后，首先要用matlab進行仿真，用simulink搭建模塊，進行仿真實驗，根據(jù)要求設計相關參數(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。在仿真實驗

12、中比較關鍵的是參數(shù)的設置。仿真做完了之后是做硬件實驗，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計的重點難點，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，所以在接到任務后馬上去圖書館借了兩本關于protel速成使用的參考書。經(jīng)過突擊對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，布線時先手工布線得到一個電路的大體布局，再使用自動布線。這一步是在其他同學

13、的幫助下完成的。通過此次課程設計，我從完全不懂到逐漸了解，再到基本學會使用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對電力電子電路進行仿真，觀察波形，調(diào)整參數(shù)等操作，也涉及了protel的使用，初步學會了原理圖schdoc的繪制，了解pcb板繪制的一般流程。當然這次實驗有遇到了不少的困難，也出現(xiàn)了不少的錯誤，反映出基礎知識的某些地方還有薄弱的地方。通過自己查找資料，苦心探索實踐，與同學討論學習，使我進步了許多，學到了很多東西。不論是在基礎理論上還是思維能力、動手能力上都有了比較大的提高。此外，由于這次課程設計是兩人一組，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計的機會，我想它將對以后的學習和今后的工作帶來一定的好處。五. 元件清單報表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整流負載容量較大，或要求直流電壓脈動較小時，應采用三相整流電路，其交流側(cè)由交流電源供電。應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、充電裝置等裝置上。一般工業(yè)：直流電動機有良好的調(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的迅速發(fā)展，使交流電機的調(diào)速性能可與直流電機媲美，交流調(diào)速技術大量應用并占據(jù)主導地位。幾百w到數(shù)千kw的變頻調(diào)速裝置，軟起動裝置等；電化學工

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。交通運輸：電氣機車中的直流機車中采用整流裝置，交流機車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術更是一項關鍵技術。除牽引電機傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術電動汽車的電機靠電力電子裝置進行電力變換和驅(qū)動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺高級汽車中需要許多控制電機，它們也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動并控制；飛機、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；如果把電

19、梯也算做交通運輸，那么它也需要電力電子技術。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)：電力電子技術在電力系統(tǒng)中有非常廣泛的應用。最終用戶在使用電能時常常需要進行預處理。如降壓、濾波、無功補償?shù)?。?jù)估計，發(fā)達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)代化的進程中，電力電子技術是關鍵技術之一。毫不夸張地說，離開電力電子技術，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、大容量輸電時有很大的優(yōu)勢，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)實現(xiàn)對系統(tǒng)潮流變化、功率流向、輸送能力、阻尼振蕩的性能加以改進和提高。如有源濾波器(apf active power filter)可進行用戶端的無功補償和諧波抑制。不間斷電源(ups)和各種開關電源：這一類的應用最為普遍各種電子裝置一般都需要不同電壓等級的直流電源供電。通信設備中的程控交換機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電源。大型計算機所需的工作電源、微型計算機內(nèi)部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開關電源。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)器是家用電器中應用電力電子技術的典型例子之一。電視機、音響設備、家用計算機等電子設備的電源部分也都需要電力電子技術。此外，有些洗衣機、電冰箱、微波爐等電器也應用了電力電子技術。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、風力發(fā)電的發(fā)展較快，燃料電池更是備受關注。太陽能發(fā)電和風力發(fā)電受環(huán)境的制約，發(fā)出的電力質(zhì)量較差，常需要

22、儲能裝置緩沖，需要改善電能質(zhì)量，這就需要電力電子技術。當需要和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時，也離不開電力電子技術；了合理地利用水力發(fā)電資源，近年來抽水儲能發(fā)電站受到重視。其中的大型電動機的起動和調(diào)速都需要電力電子技術。超導儲能是未來的一種儲能方式，它需要強大的直流電源供電，這也離不開電力電子技術；聚變反應堆在產(chǎn)生強大磁場和注入能量時，需要大容量的脈沖電源，種電源就是電力電子裝置。科學實驗或某些特殊場合，常常需要一些特種電源，這也是電力電子技術的用武之地。七. 設計任務書1. 設計目的通過對三相橋式全控整流電路的設計,掌握三相橋式全控整流電路的工作原理,綜合運用所學只是,進行三相橋式全控整流電路和系統(tǒng)設計能力。了解與熟悉三相橋式全控整流電路電路拓撲、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、控制電路和保護電路的設計方法，掌握元器件的選擇計算方法。具有一定的電力電子電路及系統(tǒng)實驗和調(diào)試