三相半波整流電路的設(shè)計

1、電子技術(shù)課程設(shè)計說明書學(xué)生姓名： 學(xué)號： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2011年 12 月目 錄 1 引言（意義及要求） 32 設(shè)計分析 43.1 主電路原理分析 53.2 主要元器件選擇 84.1 觸發(fā)電路的設(shè)計 94.2保護電路的設(shè)計 105通過MATLAB 11（略）心得體會 13參考文獻14致謝 三相半波整流電路的設(shè)計1設(shè)計意義及要求1.1設(shè)計意義整流電路是出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姡娐沸问蕉喾N多樣。當(dāng)整流負載容量較大，或要求直流電壓脈動較小時，應(yīng)采用三相整流電路。其交流側(cè)由三相電源供電。三相可控整流電路中，最基本的是三相半波可控整流電路，應(yīng)用最為廣泛的是三相橋式

2、全控整流電路、以及雙反星形可控整流電路、十二脈波可控整流電路等，均可在三相半波的基礎(chǔ)上進行分析。設(shè)計條件：1.電源電壓：三相交流U2：100V/50Hz 2.輸出功率：500W 3.觸發(fā)角 4.阻感負載根據(jù)課程設(shè)計題目和設(shè)計條件，說明主電路的工作原理、計算選擇元器件參數(shù)。設(shè)計內(nèi)容包括：1.整流變壓器額定參數(shù)的計算 2.晶閘管電流、電壓額定參數(shù)選擇 3.觸發(fā)電路的設(shè)計2方案設(shè)計分析本文主要完成三相半波整流電路的設(shè)計，通過MATLAB軟件的SIMULINK模塊建模并仿真，進而得到仿真電壓電流波形。分析采用三相半波整流電路反電動勢負載電路，如圖1所示。為了得到零線，變壓器二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)

3、接成三角形，避免3次諧波流入電網(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。圖1 三相半波整流電路共陰極接法反電動勢負載原理圖直流電動機負載除本身有電阻、電感外，還有一個反電動勢E。如果暫不考慮電動機的電樞電感時，則只有當(dāng)晶閘管導(dǎo)通相的變壓器二次電壓瞬時值大于反電動勢時才有電流輸出。此時負載電流時斷續(xù)的，這對整流電路和電動機負載的工作都是不利的，實際應(yīng)用中要盡量避免出現(xiàn)負載電流斷續(xù)的工作情況。3主電路原理分析及主要元器件選擇3.1主電路原理分析主電路理論圖如圖1所示。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

4、三相半波可控整流電路。此時，三個二極管對應(yīng)的相電壓中哪一個的值最大，則該相對應(yīng)的二極管導(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。在相電壓的交點處，均出現(xiàn)了二極管換相，即電流由一個二極管向另一個二極管轉(zhuǎn)移，稱這些交點為自然換相點。自然換相點是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時刻，將其作為計算各晶閘管觸發(fā)角的起點，即=0。，要改變觸發(fā)角只能是在此基礎(chǔ)上增大它，即沿時間坐標軸向右移。當(dāng)三個晶閘管的觸發(fā)角為0°時，相當(dāng)于三相半波可控整流電路的情況。增大值，將脈沖后移，整流電路的工作情況相應(yīng)的發(fā)生變化。設(shè)變壓器二次側(cè)電壓有效值為220V，則相電壓交點處的電壓為。若反電動勢小

5、于155.54V時，整流電路相當(dāng)于工作在阻感負載情況下nnom=1000r/min（因為在自然換相點處晶閘管導(dǎo)通，負載電壓等于相電壓）。根據(jù)任務(wù)書所給電機參數(shù)，當(dāng)電機空載轉(zhuǎn)速為，且穩(wěn)定運行時，反電動勢為。晶閘管的觸發(fā)角為0°時，波形圖如圖2所示，從上到下波形依次是三相交流電壓波形，觸發(fā)脈沖波形，負載電壓波形，晶閘管電壓波形。圖2 觸發(fā)角為0°時的波形觸發(fā)角較小時，在觸發(fā)脈沖發(fā)出時交流電壓還沒有達到196V，晶閘管不導(dǎo)通，到196V以后在觸發(fā)脈沖的作用下晶閘管導(dǎo)通；換相后VT1關(guān)斷，在VT2導(dǎo)通期間，uvt1= ua- ub= uab；VT3導(dǎo)通期間，uvt1= ua- uc

6、= uac。 觸發(fā)角變大后，可以實現(xiàn)在觸發(fā)脈沖發(fā)出時電壓達到196V，晶閘管直接導(dǎo)通，如圖3所示，觸發(fā)角為45°，從上到下波形依次是三相交流電壓波形，觸發(fā)脈沖波形，負載電壓波形，晶閘管電壓波形。圖3 觸發(fā)角為45°時的波形觸發(fā)角為當(dāng)45°時，當(dāng)U2過零時，由于電感的存在，阻止了電流的下降，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)通向負載供電，同時向VT1施加反相電壓使其關(guān)斷。這種情況下Ud波形中出現(xiàn)負的部分，若增大，Ud波形中負的部分將增多，至?xí)r，Ud波形中正負面積相等，Ud的平均值為零。由此可見阻感負載時的移相范圍為90&

7、#176;。由于負載電流連續(xù)，Ud可由式（3-1）求出，即 （3-1） Ud/U2與成余弦關(guān)系，如圖4中曲線2所示。如果負載中的電感量不是很大，則當(dāng)>30°后，與電感量足夠大的情況相比較，ud中負的部分可能減少，整流電壓平均值ud略為增加，Ud/U2與的關(guān)系將介于圖4中的曲線1和2之間，曲線3給出了這種情況的一個例子。變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值I2可由式（3-2）求出，即 （3-2）由此晶閘管的額定電流IVT(AV)可由式（3-3）求出，即 （3-3）晶閘管兩端電壓波形如圖3所示，由于負載電流連續(xù)，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 （3-4） 圖4

8、三相半波可控整流電路Ud/U2與的關(guān)系id波形有一定的脈動，這是電路工作的實際情況，因為負載中電感量不可能也不必非常大，往往只要能保證負載電流連續(xù)即可，這樣id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算，可以將id近似為一條水平線，這與的近似對分析和計算的準確性并不產(chǎn)生很大影響。三相半波整流電路的主要缺點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。3.2主要元器件選擇 設(shè)變壓器原邊電壓U1=380V，副邊電壓U2=220V，根據(jù)要求電機的額定電壓為Unom=220V，由三相半波整流電路的工作原理知，故可得=31.3°。即當(dāng)觸發(fā)角為31.3°時，三相

9、半波整流電路輸出的電壓即為電機的額定電壓。1）變壓器參數(shù)選擇：如圖1所示，為了得到零線，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次諧波流入電網(wǎng)。變壓器采用三角形星形連接，一次側(cè)二次側(cè)變比1.73：1。電機正常運行時電流 故可知，故得變壓器原邊電壓為380V，副邊電壓為220V，容量46.043KW。2）晶閘管參數(shù)選擇：電動機正常工作時，Unom=220V，Inom=308A。由式（3-4）知晶閘管峰值電壓UFM=2.45220=539V，晶閘管電壓安全裕量需是峰值電壓的23倍，故U=（23）539V=10781617V。由式（3-2）知晶閘管電流有效值晶閘管電流安全裕量需是額定值的

10、1.52倍，故I=（1.52）IVT/1.57=170226.7A。故晶閘管的電壓范圍10781617V，電流范圍170226.7A。3）平波電抗器參數(shù)選擇：電抗值可由得到，Idmin為最小電流，即電動機空載時的電流，此時可得進而得到L=1.46220V/133.3A=2.4mH。4觸發(fā)電路與保護電路的設(shè)計4.1觸發(fā)電路的設(shè)計 如圖5所示為觸發(fā)電路。由三片集成觸發(fā)電路芯片KJ004和一片集成雙脈沖發(fā)生器芯片KJ041形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進行脈沖放大，即構(gòu)成完整的。觸發(fā)電路產(chǎn)生的觸發(fā)信號用接插線與主電路各晶閘管相連接。該電路可分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個

11、環(huán)節(jié)。圖5 三相半波整流電路觸發(fā)電路4.2保護電路的設(shè)計電力電子電路中保護電路包括過電壓保護和過電流保護。過電壓保護一般采用RC過電壓抑制電路，RC過電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩端或電力電子電路的直流側(cè)。過電流保護分為過載和短路兩種情況，一般過電流保護措施常采用快速熔斷器、直流快速熔斷器和電流繼電器。在本設(shè)計的保護電路中對變壓器一次側(cè)和二次側(cè)分別加上熔斷器對其進行保護，對電機加上一個過載保護熔斷器，如圖6所示。圖6 保護電路的設(shè)計5通過MATLAB仿真MATLAB仿真電路圖如圖7所示。圖7 三相半波整流電路MATLAB仿真圖設(shè)置三相交流電壓為100V，觸發(fā)角為45°，電抗值為2.

12、4mH，反電動勢為196V。得到仿真波形如圖8所示，從上到下波形依次是三相交流電壓波形，觸發(fā)脈沖波形，負載電壓波形，晶閘管電壓波形。圖8 MATLAB仿真波形圖所得波形基本與理論分析相符，觸發(fā)脈沖發(fā)出時，電壓已經(jīng)達到196V，在觸發(fā)脈沖的作用下晶閘管導(dǎo)通；換相后VT1關(guān)斷，在VT2導(dǎo)通期間，uvt1= ua- ub= uab；VT3導(dǎo)通期間，uvt1= ua- uc= uac。心得體會1.多學(xué)多問，學(xué)會他人技能。學(xué)問學(xué)問，無問不成學(xué)。知識和經(jīng)驗的收獲可以說與勤學(xué)好問是成正比的，要記住知識總是垂青那些善于提問的人。2.善于思考，真正消化知識。有知到識，永遠不是那么簡單的事，當(dāng)你真正學(xué)會去思考時，他人的知識才能變成你自己的東西。3.前人鋪路，后人修路。墨守陳規(guī)永遠不會有新的建樹，前人的道路固然重要，但是學(xué)會另辟蹊徑更為重要。4.獨立而不孤立。學(xué)會獨立思考，獨立實驗，但要記住與他人的交流也是非常重要的，實驗和實驗事