電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)三相半波整流電路的設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說明書 no.1課程設(shè)計(jì)題目：三相半波整流電路的設(shè)計(jì)一、課程設(shè)計(jì)的目的電力電子技術(shù)課程是一門學(xué)科必修課，電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電力電子技術(shù)課程理論教學(xué)之后的一個實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的是訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過的交流電路原理的基礎(chǔ)知識，獨(dú)立完成查找資料、選擇方案、設(shè)計(jì)電路、撰寫報告的能力。通過設(shè)計(jì)能夠使學(xué)生鞏固、加深對交流電路基本原理的理解，提高學(xué)生運(yùn)用電路基本理論分析和處理實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、主電路的選擇與設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)思路：主電路采用三相半波可控整流電路；采用正弦波同步觸發(fā)三個晶閘管，實(shí)現(xiàn)ac變dc，通過改變觸發(fā)電路的相角可以調(diào)

2、整dc電壓.；三相半波可控整流電路的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次電流中含有直流分量，因此其應(yīng)用較少。但其所用元件較少，所以采用三相半波可控整流電路為主電路。主電路的設(shè)計(jì)：1、 當(dāng)電路帶電阻負(fù)載時的工作情況（1）原理說明三相半波可控整流電路為得到零線，變壓器二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)接成三角形，避免3次諧波電流流人電網(wǎng)。三個晶閘管分別接入a、b、c三相電源，它們的陰極連接在一起，稱為共陰極接法，這種接法觸發(fā)電路有公共端，連線方便。假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，并用vd表示，該電路就成為三相半波不可控整流電路，以下首先分析其工作情況。此時，三個二極管對應(yīng)的相電壓中哪一個的值最大，則是該相所對應(yīng)的。

3、二極管導(dǎo)通，并使另兩相的二極管承受反壓關(guān)斷，輸出整流電壓即為該相的相電壓，在一個周期中，器件工作情況如下：在t1t2期間， 相電壓最高，vd1導(dǎo)通，ud= ua；在t2t3期間，b 相電壓最高，vd2導(dǎo)通，ud= ub；在t3t4期間，c 相電壓最高， 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 no.2vd3導(dǎo)通，ud= uc。此后，在下一周期相當(dāng)于t1的位置即t4時刻，vd1又導(dǎo)通，重復(fù)前一周期的工作情況。如此，一周期中vd1、vd2、vd3輪流導(dǎo)通，每管各導(dǎo)通120o。ud波形為三個相電壓在正半周期的包絡(luò)線。 在相電壓的交點(diǎn)t1、t2、t3處，均出現(xiàn)了二極管換相，即電流由

4、一個二極管向另一個二極管轉(zhuǎn)移，稱這些交點(diǎn)為自然換相點(diǎn)。對三相半波可控整流電路而言，自然換相點(diǎn)是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時刻，將其作為計(jì)算各晶閘管觸發(fā)角  的起點(diǎn)，即=0o，要改變觸發(fā)角只能是在此基礎(chǔ)上增大，即沿時間坐標(biāo)軸向右移。若在自然換相點(diǎn)處觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通，則電路的工作情況與以上分析的二極管整流工作情況一樣。由單相可控整流電路可知，各種單相可控整流電路的自然換相點(diǎn)是變壓器二次電壓u2的過零點(diǎn)。 當(dāng) = 0o時，變壓器二次側(cè) a 相繞組和晶閘管vt1的電流波形如圖所示，另兩相電流波形形狀相同，相位依次滯后120o，可見變壓器二

5、次繞組電流有直流分量。 vt1兩端的電壓波形，由3段組成：第1段, vt1導(dǎo)通期間，為一管壓降，可近似為uvt1=0；第2段，在vt1關(guān)斷后,，vt2導(dǎo)通期間，uvt1= uaub = uab ,為一段線電壓；第3段，在vt3 導(dǎo)通期間，uvt1= uauc = uac為另一段線電壓。即晶閘管電壓由一段管壓降和兩段線電壓組成。由圖可見， = 0o時，晶閘管承受的兩段線電壓均為負(fù)值，隨著  增大，晶閘管承受的電壓中正的部分逐漸增多。其他兩管上的電壓波形形狀相同，相位依次差120o。 增大  值，將脈沖后移，整流電路的工作情況相應(yīng)地發(fā)生變

6、化。    當(dāng)=30o時的波形。從輸出電壓、電流的波形可看出，這時負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)，各相仍導(dǎo)電120o。 如果 >30o，當(dāng)導(dǎo)通一相的相電壓過零變負(fù)時，該相晶閘管關(guān)斷。此時下一相晶閘管雖承受正電壓，但它的觸發(fā)脈沖還未到，不會導(dǎo)通，因此輸出電壓電流均為零，直到觸發(fā)脈沖出現(xiàn)為止。這種情況下，負(fù)載電流斷續(xù)，各晶閘管導(dǎo)通角為90o，小于120o 若角繼續(xù)增大，整流電壓將越來越小，150o時，整流輸出電壓為零。故電阻負(fù)載時  角的移相范圍為150o。 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 no.3（2）負(fù)載電壓整流電壓平均值的計(jì)算分兩種情況

7、：1)  30o時，負(fù)載電流連續(xù)，有當(dāng)  = 0 時，ud 最大，為 ud= ud01.17u2.2)   >30o 時,負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時有 udu2 隨  變化的規(guī)律如圖所示 見書53頁 負(fù)載電流平均值為：晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值，即       由于晶閘管陰極與零線間的電壓即為整流輸出電壓 ud,其最小值為零,而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

8、峰值,即 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 no.4故有，晶閘管的重復(fù)峰值電壓為： 輸入電壓為380v；故有，晶閘管的重復(fù)峰值電壓為： =2.45×380=931v（3）電路圖及其波形=0o時的波形=30o時的波形 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 no.5=60o時的波形2、當(dāng)電路帶阻感負(fù)載是的工作情況：（1）原理說明 如果負(fù)載為阻感負(fù)載，且l值很大，整流電流id的波形基本是平直的，流過晶閘管的電流接近矩形彼。（2）負(fù)載電壓30o 時，整流電壓波形與電阻負(fù)載時相同，因?yàn)閮煞N負(fù)載情況下，負(fù)載電流均連續(xù)。>30 o時，當(dāng) u2 過零時,由于電感的存

9、在，阻止電流下降，因而vt1 繼續(xù)導(dǎo)通，直到下一相晶閘管 vt2 的觸發(fā)脈沖到來，才發(fā)生換流，由 vt2 導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時向 vt1 施加反壓使其關(guān)斷。這種情況下 ud 波形中出現(xiàn)負(fù)的部分, 若  增大，ud 波形中負(fù)的部分將增多,至  =90o時, ud波形中正負(fù)面積相等, ud的平均值為零?？梢娮韪胸?fù)載時 的移相范圍為90o.由于負(fù)載電流連續(xù)，可求出ud，即      ud / 

10、u2 成余弦關(guān)系，如圖曲線2所示。如果負(fù)載中的電感量不是很大，則當(dāng) >30o 后,與電感量足夠大的情況相比較, ud 中負(fù)的部分將會減少，整流電壓平均值ud 略為增加, ud / u2 與  的關(guān)系將介于曲線1和2之間，曲線3給出了這種的一個例子。 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 no.6變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為：     由此可求出晶閘管的額定電流為：      晶閘管兩端電壓波形由于負(fù)載電流連續(xù)，

11、因此晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值，即 ufmurm2.45 u2id 波形有一定的脈動，與分析單相整流電路阻感負(fù)載時的 id 波形有所不同。這是電路工作的實(shí)際情況，因?yàn)樨?fù)載中電感量不可能也不必非常大，往往只要能保證負(fù)載電流連續(xù)即可，這樣 id 實(shí)際上是有波動的，不是完全平直的水平線。通常，為簡化分析及定量計(jì)算，可以將 id 近似為一條水平線，這樣的近似對分析和計(jì)算的準(zhǔn)確性并不產(chǎn)生很大影響。（3）電路圖及其波形=0o時的波形 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 no.7=30o時的波形=60o時的波形三、參考參數(shù)

12、根據(jù)題目要求，輸入電壓為380伏、50赫茲 輸出功率為2kw故有，晶閘管的重復(fù)峰值電壓為： =2.45×380=931v四、觸發(fā)電路的選擇與設(shè)計(jì) 為了控制三相半波電路的導(dǎo)通角度，進(jìn)一步控制電路需要對觸發(fā)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，本電路采用kc04集成移相觸發(fā)電路，其原理如圖所示： 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 no.8五、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時，可能會發(fā)生過流。采用快速熔斷器、直流快速熔斷器和過流繼電器是較為常用的措施。采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過流保護(hù)措施。在選擇快速熔斷器是應(yīng)考慮：1、 電壓等級應(yīng)根據(jù)熔斷后快速熔斷器實(shí)際承受的電壓來確定。

13、2、 電流容量應(yīng)按起在主電路中的連接方式和主電路連接形式確定熔斷器與晶閘管串聯(lián)接入電路中。3、 熔斷其的i2t值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許值。4、 為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時間電流特性。因?yàn)檫@個電路功率較小所以采用全保護(hù)方式： 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 no.9六、思考題1. 每只晶閘管承受的正反電壓是否相同?不相同，最大反向電壓等于變壓器二次線電壓的峰值urm=2.45u2；最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值ufm=1.414u2。2. 電阻負(fù)載與阻感負(fù)載觸發(fā)角的移項(xiàng)范圍是多少?r ： 0o150o ； rl： 0o90o3. 阻感負(fù)載時，r由大變小電流的脈動情況如何變

14、化，為什么？由于負(fù)載中電感不可能也不必非常大，往往只要保證負(fù)載電流連續(xù)即可，因此電流是有脈動的，由于影響不大，可近似看作直線，所以根據(jù)歐姆定律得知，當(dāng)r由大變小時，脈動情況會變大。七、設(shè)計(jì)體會為期一周的把電力電子技術(shù)的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，通過這次課程設(shè)計(jì)使我認(rèn)識到：課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對我們實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，電力電子技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今諸多應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說得是無處不在。對于自動化專業(yè)的學(xué)生來說掌握電子的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 no.1

15、0課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，學(xué)以致用，才是真正的掌握了所學(xué)的知識，將知識融會貫通從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到很多困難，同時在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說集成電路的應(yīng)用，晶閘管的觸發(fā)和應(yīng)用，通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識重新溫故。同時，在老師的身上我學(xué)得到很多實(shí)用的知識！同時，對給過我?guī)椭睦蠋熀退型瑢W(xué)再次表示忠心的感謝！希望通過這次的設(shè)計(jì)提高了我的能力，使我自己能夠更好的了解電力電子技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用，為以后的學(xué)習(xí)和工作