三相的橋式全控整流電路課程設(shè)計的

1、實用標準文案電力電子技術(shù)課程設(shè)計說明書三相橋式全控整流電路系、部： 電氣與信息工程系專 業(yè)：自動化精彩文檔實用標準文案目錄第1章緒論 11 .電子技術(shù)的開展趨勢 12 .本人的主要工作 2第2章主電路的設(shè)計及原理 31 .總體框圖 32 .主電路的設(shè)計原理 32.1 帶電阻負載時 42.2 阻感負載時 73 .觸發(fā)電路 84 .保護電路 95 .參數(shù)計算 105.1 整流變壓器的選擇 105.2 晶閘管的選擇 115.3 輸出的定量分析 11第3章MATLAB的仿真 121 . MATLAB仿真軟件的簡介 122 .仿真模擬圖 133 .仿真結(jié)果 13第4章結(jié)束語 15參考文獻 16精彩文檔實

2、用標準文案第1章緒論1 .電子技術(shù)的開展趨勢當今世界能源消耗增長十分迅速.目前,在所有能源中電力能源約占40%而電力能源中有40溢經(jīng)過電力電子設(shè)備的轉(zhuǎn)換才到使用者手中.預計十年后, 電力能源中的80%g經(jīng)過電力電子設(shè)備的轉(zhuǎn)換,電力電子技術(shù)在21世紀將起到更大作用.電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對電能進行限制和轉(zhuǎn)換的學科.它包括電力電子器件、變流電路和限制電路三個局部,是電力、電子、限制三大電氣工程 技術(shù)領(lǐng)域之間的交叉學科.隨著科學技術(shù)的開展,電力電子技術(shù)由于和現(xiàn)代限制 理論、材料科學、電機工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān),已逐步開展成為 一門多學科相互滲透的綜合性技術(shù)學科C電力電子技術(shù)作為一

3、門高技術(shù)學科,由于其在節(jié)能、減小環(huán)境污染、改善工 作條件等方面有著重要的作用,現(xiàn)在已廣泛的應用于傳統(tǒng)工業(yè) 例如：電力、機 械、交通、化工、冶金、輕紡等和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)例如：航天、現(xiàn)代化通信等. 下面著重討論電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的一些應用.在高壓直流輸電HVDC方面的應用直流輸電在技術(shù)方面有許多優(yōu)點：1不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題,可實現(xiàn)電網(wǎng)的 非同期互聯(lián)；2可以限制短路電流;3沒有電容充電電流;4線路有功損耗 小;5輸送相同功率時,線路造價低；6調(diào)節(jié)速度快,運行可靠;7適宜于海下 輸電.隨著大功率電子器件如：可關(guān)斷的晶閘管、MOS空制的晶閘管、絕緣門 極雙極性三極管等開斷水平不斷提升,新的大功率電力電

4、子器件的出現(xiàn)和投入 應用,高壓直流輸電設(shè)備的性能必將進一步得以改善,設(shè)備結(jié)構(gòu)得以簡化,從而減少換流站的占地面積、降低工程造價.在柔性交流輸電系統(tǒng)FACTS中的應用20世紀80年代中期,美國電力科學研究院EPRIN.G.Hingorani博士首次 提出柔性交流輸電技術(shù)的概念.近年來柔性交流輸電技術(shù)在世界上開展迅速, 已 被國內(nèi)外一些權(quán)威的輸電工作者預測確定為 “未來輸電系統(tǒng)新時代的三項支持技精彩文檔實用標準文案術(shù)(柔性輸電技術(shù)、先進的限制中央技術(shù)和綜合自動化技術(shù) )之一.現(xiàn)代電力電 子技術(shù)、限制理論和通訊技術(shù)的開展為 FACTS勺開展提供了條件.采用IGBT等 可關(guān)斷器件組成的FACTSE件可以

5、快速、平滑地調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù),從而靈活、迅速 地改變系統(tǒng)的潮流分布.在電力諧波治理方面的應用有源濾波是治理日益嚴重的電力系統(tǒng)諧波的最理想方法之一.有源濾波器的概念最早是在20世紀70年代初提出來的,即利用可控的功率半導體器件向電網(wǎng) 注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流,使電源的總諧波電流為零,從 而實現(xiàn)實時補償諧波電流的目的. 隨著中國電能質(zhì)量治理工作的深入開展, 使用 以瞬時無功功率理論為理論根底的有源濾波器進行諧波治理將會有巨大的市場 潛力.在不間斷電源(UPS)中的應用UPSS急供電系統(tǒng)是電力自動化系統(tǒng)平安可靠運行的根本保證,是計算機、 通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可

6、靠、高性能的電源.現(xiàn)代UPS普遍采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率 M0SFETIGBT等現(xiàn)代電力電子器件,降低了電 源的噪聲,提升了效率和可靠性.電力電子技術(shù)已迅速開展成為一門獨立的技術(shù)、學科領(lǐng)域.它的應用領(lǐng)域幾 乎涉及到國民經(jīng)濟的各個工業(yè)部門. 毫無疑問,它將成為新世紀的關(guān)鍵支撐技術(shù) 之一.電力電子技術(shù)擁有許多微電子技術(shù)所具有的特征,比方開展迅速、滲透力強、生命力旺盛,并且能與其它學科相互融合和相互開展.2 .本人的主要工作(1)設(shè)計一個三相橋式全控整流電路.(2)把設(shè)計的電路圖進行仿真,分析并調(diào)試,使輸出得到所要求的到的值.(3)用軟件MATLAB,畫出設(shè)計原理圖.(4)完成設(shè)計報告.精彩文檔實用標

7、準文案第2章主電路的設(shè)計及原理1 .總體框圖圖2-1-1總電路的總體框圖2 .主電路的設(shè)計原理在三相橋式全控整流電路中,對共陰極組和共陽極組是同時進行限制的,控制角都是a.由于三相橋式整流電路是兩組三相半波電路的串聯(lián), 因此整流電壓 為三相半波時的兩倍.很顯然在輸出電壓相同的情況下,三相橋式晶閘管要求的 最大反向電壓,可比三相半波線路中的晶閘管低一半.為了分析方便,使三相全控橋的六個晶閘管觸發(fā)的順序是 1-2-3-4-5-6 ,晶 閘管是這樣編號的：晶閘管KP1和KP4接a相,晶閘管KP3和KP6接b相,品管 KP5和KP2接c相.圖1三相橋式全控整流電路晶閘管KP1、KP3 KP5組成共陰極

8、組,而晶閘管KP2 KP4 KP6組成共陽極組.精彩文檔實用標準文案為了搞清楚a變化時各晶閘管的導通規(guī)律,分析輸出波形的變化規(guī)那么,下面研究幾個特殊限制角,先分析a =0的情況,也就是在自然換相點觸發(fā)換相時 的情況.圖1是電路接線圖.為了分析方便起見,把一個周期等分 6段見圖2.在第1段期間,a相電壓最高,而共陰極組的晶閘管 KP1被觸發(fā)導通,b 相電位最低,所以供陽極組的晶閘管 KP6被觸發(fā)導通.這時電流由a相經(jīng)KP1 流向負載,再經(jīng)KP6流入b相.變壓器a、b兩相工作,共陰極組的a相電流為 正,共陽極組的b相電流為負.加在負載上的整流電壓為ud=ua-ub=uab經(jīng)過600后進入第2段時期

9、.這時a相電位仍然最高,晶閘管KPl繼續(xù)導 通,但是c相電位卻變成最低,當經(jīng)過自然換相點時觸發(fā) c相晶閘管KP2,電流a相流出經(jīng)KPl、負即從b相換至I c相,KP6承受反向電壓而關(guān)斷.這時電流由載、KP2流回電源c相.變壓器a、c 兩相工作.這時a相電流為正,c相 電流為負.在負載上的電壓為ud=ua-uc=uac再經(jīng)過60° ,進入第 段時期.這時b相電位最高,共陰極組在經(jīng)過 自然換相點時,觸發(fā)導通晶閘管KP3 電流即從a相換到b相,c相晶閘管 KP2因電位仍然最低而繼續(xù)導通.此 時變壓器bc兩相工作,在負載上的電壓為u2a b c a bIJdugug.1(1)1 ILl(2)

10、(3)(4)3 5|- 13 3WM4-JL13I 5 I 130L 62 ' ! 4 ' | 6i2|4H m m m圖2三相橋式整流電路的觸發(fā)脈沖ud=ub-uc=ubc2.1 帶電阻負載時a=0 0時的情況假設(shè)將電路中的晶閘管換做二極管驚醒分析對于共陰極組的三個晶閘管, 陽 極所接交流電壓值最大的一個導通對于共陽極組的三個晶閘管, 陰極所接交流電 壓值最低的導通熟悉時刻共陽極組和共陰極組中各有一個晶閘管處于導通狀態(tài).精彩文檔實用標準文案從相電壓波形看,共陰極組晶閘管導通時,Ud1為相電壓的正包絡(luò)線,共陽極組導通時,Ud2為相電壓的負包絡(luò)線,Ud=Ud1-Ud弊兩者的差值,

11、為為線電壓 在正半周的包絡(luò)線直接從線電壓波形看,Ud為線電壓中最大的一個,因此 Ud波形為線電壓的包絡(luò)線.圖2-2-1三項橋式全控整流電路帶電阻負載a=0時的波形由上述三相橋式全控整流電路的工作過程可以看出：1 .三相橋式全控整流電路在任何時刻都必須有兩個晶閘管導通, 而且這兩個 品閘管一個是共陰極組,另一個是共陽極組的,只有它們能同時導通,才能形成 導電回路.2 .三相橋式全控整流電路就是兩組三相半波整流電路的串聯(lián),所以與三相 半波整流電路一樣,對于共陰極組觸發(fā)脈沖的要求是保證品閘管 KPl、KP3和KP5 依次導通,因此它們的觸發(fā)脈沖之間的相位差應為120.對于共陽極組觸發(fā)脈沖的要求是保證

12、品閘管 KP2 KP4和KP6依次導通,因此它們的觸發(fā)脈沖之間的 相位差也是120°.3 .由于共陰極的晶閘管是在正半周觸發(fā), 共陽極組是在負半周觸發(fā),因此接 在同一相的兩個晶閘管的觸發(fā)脈沖的相位應該相差180°.4 .三相橋式全控整流電路每隔600有一個晶閘管要換流,由上一號晶閘管 換流到下一號晶閘管觸發(fā),觸發(fā)脈沖的順序是：1 一2一3一4一5一6一 1,依次下精彩文檔實用標準文案去.相鄰兩脈沖的相位差是60°.5.由于電流斷續(xù)后,能夠使晶閘管再次導通,必須對兩組中應導通的一對晶 閘管同時有觸發(fā)脈沖.為了到達這個目的,可以采取兩種方法；一種是使每個脈 沖的寬度大

13、于600 必須小于120° , 一般取80°100° ,稱為寬脈沖觸發(fā). 另一種是在觸發(fā)某一號晶閘管時,同時給前一號晶閘管補發(fā)一個脈沖,使共陰極 組和共陽極組的兩個應導通的晶閘管上都有觸發(fā)脈沖,相當于兩個窄脈沖等效地 代替大于60°的寬脈沖.這種方法稱雙脈沖觸發(fā).6、整流輸出的電壓,也就是負載上的電壓.整流輸出的電壓應該是兩相電 壓相減后的波形,實際上都屬于線電壓,波頭uab、uac、ubc、uba、uca、ucb均為線電壓的一局部,是上述線電壓的包絡(luò)線.相電壓的交點與線電壓的交點在 同一角度位置上,故線電壓的交點同樣是自然換相點,同時亦可看出,三相橋式

14、全控的整流電壓在一個周期內(nèi)脈動六次,脈動頻率為6 X 50=300赫,比三相半波時大一倍.7、品閘管所承受的電壓.三相橋式整流電路在任何瞬間僅有二臂的元件導 通,其余四臂的元件均承受變化著的反向電壓.例如在第 段時期,KP1和KP6導通,此時 KP3和KP4,承受反向線電壓 uba=ub-ua.KP2承受反向線電壓 ubc=ub-uc.KP5承受反向線電壓uca=uc-ua.晶閘管所受的反向最大電壓即為線 電壓的峰值.當a從零增大的過程中,同樣可分析出品閘管承受的最大正向電壓 也是線電壓的峰值.當a=60o時的情況：當觸發(fā)角a改變時,電路的工作情況將發(fā)生變化.從wt1角開始把一周期等 分為六段

15、,每段60度.在VT1處于通態(tài)的120度期間,ia為正,ia波形的形狀 與同時段的Ud波形相同,在VT4處于通態(tài)的120度期間,ia波形的形狀也與同 時段的Ud波形相同,但為負值.當a<60°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).Ud波形每600中有一段為零,Ud波形不能出現(xiàn)負值.帶電阻負載時三 項橋式全控整流電路a角的移相范圍是120. - i F三-1-二. ： .實用標準文案圖2-2-2三相橋式全控整流電路帶電阻負載a=60度時的波形2.2阻感負載時當a<60°時,U波形連續(xù),電路的工作情況與帶電阻負載時十分相似,個晶 閘

16、管的通斷情況、輸出整流電壓 U波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣.區(qū) 別在于負載不同,同樣的整流輸出電壓加到負載上,得到的負載電流id波形不同,電阻負載時id波形與U波形形狀一樣.而足感負載時,由于電感的作用, 似的負載電流波形變得平直,當電感足夠大的時候,負載電流的波形可近似的為 一條水平線.圖2-2-3為三相橋式全控整流電路帶阻感負載 a=00時的波形.I rl當a>60時,阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同,電阻負載時Ud波形精彩文檔實用標準文案不會出現(xiàn)負的局部,而阻感負載時,由于電感L的作用,波形會出現(xiàn)負的局部 圖2-2-4為三相橋式全控整流電路帶阻感負載 a=90°

17、時的波形.圖2-2-4三相橋式全控整流電路帶阻感負載a=90.時的波形3.觸發(fā)電路觸發(fā)脈沖的寬度應保證品閘管開關(guān)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)定性及與主電路的電氣隔離品閘管可控整流電路,通過限制觸發(fā)角a的大小即限制觸發(fā)脈沖起始相位來限制 輸出電壓大小.為保證相控電路正常工作,很重要的是應保證接觸發(fā)角a的大小 在正確的時刻向電路中的品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.可靠性高,

18、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環(huán)節(jié).KJ004觸發(fā)電路為模擬的觸發(fā)電路,具組成為：3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.三相全控橋整流電路的集成精彩文檔實用標準文案觸發(fā)電路如圖2-3-1所示rtujcR-15V1518RRKJOJ136543;orCMRD.4MSK,32,15 c ImOJ16c lu-.cwRo123456圖2-3

19、-1三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路4 .保護電路為了保護設(shè)備的平安,必須設(shè)置保護電路.此設(shè)計電路必須對經(jīng)品閘管、交 流側(cè)、直流側(cè)進行電路的保護設(shè)計.1、品閘管的過電流保護：過電流可分為過載和短路兩種情況, 可采用多種 保護舉措.對于晶閘管初開通引起的較大電流上升率, 可在晶閘管的陽極回流申 聯(lián)電感進行抑制；對于整流橋內(nèi)部原因引起的過流以及逆變器負載回路接地時可 以采用接入熔斷器進行保護.圖2-4-1串聯(lián)電感及熔斷器抑制回路2、晶閘管的過電壓保護：晶閘管的過電壓保護主要考慮換相過電壓抑制.品閘管元件在反向阻斷水平恢復前,將在反向電壓作用下流過相當大的反向恢復 電流.當阻斷水平恢復時,因反向恢復

20、電流很快截止,通過恢復電流的電感會因 高電流變化率產(chǎn)生過電壓,即換相過電壓.為使元件免受換相過電壓的危害,-精彩文檔實用標準文案股在元件的兩端并聯(lián)RC電路5 .參數(shù)計算5.1 整流變壓器的選擇由系統(tǒng)要求可知,整流變壓器一、二次線電壓分別為380V和220M由變壓器三角形一心形接法可知變壓器二次側(cè)相電壓為:U2220V127V(2-1)變化為:380127： 3.0變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的相電流計算公式為:而在三相橋式全控中:所以變壓器的容量分別如下 變壓器次級容量為：變壓器初級容量為:器容量Knld1 1 = K 121dK11 = K12 = 2 = 0816 , 3ld =305 AS1 =

21、3U2I2S2 -3U1I1S1 S2S2(2-2)(2-3)(2-4)(2-5)(2-6)精彩文檔實用標準文案3*127* 0816* 305 3* 380* 305* 0816S 二30 9.46989kW2變壓器參數(shù)歸納如下：初級繞組三角形接法Ui=380V.I i=82.96A;次級繞組星形接法,U2=127V,I2=248.88A:容量選擇為 10Kw5.2 晶閘管的選擇1、品閘管的額定電壓由三相全控橋整流電路的波形分析知,晶閘管最大正反向電壓峰值均為 變壓器二次線電壓峰值：U FM = U rm = <6U 2( 2-7 )故橋臂的工作幅值為：Um - <6*127 =

22、 311.1V考慮欲量,那么額定電壓為：UN =(2 3)Um = (2 3)* 311.1 =(622.2 933.3)V2、品閘管的額定電流品閘管電流的有效值為：I VTIdmax =600 .33:346.44A(2-8)考慮欲量,故品閘管的額定電流為：IVT =(1.5 2)' =(330.97 441.30)A1.575.3 輸出的定量分析在以上的分析中已經(jīng)說明,整流輸出電壓 Ud的波形在一周期內(nèi)脈動六次,且每次脈動的波形相同,因此在計算其平均值時,只需對一個脈沖進行計算即可. 此 外,以線電壓的過零點為時間坐標的零點, 于是可得到整流輸出電壓連續(xù)時(即 帶阻感負載時,或帶電

23、阻負載 a<60口時)的平均值為：(2-9)(2-10)1 多吐-U d 二 .二3,_ 、6U 2 sin td ( t) = 2.34U 2 cos 二一 1 -3帶電阻負載且a>60"時,整流電壓平均值為3.：-“服Ud =二二,_ 6U2Sin td( t) =2.34U2 1 cos(一二)二號-3精彩文檔實用標準文案輸出電流的平均值為:第3章MATLAB的仿真1 . MATLAB仿真軟件的簡介Matlab限制系統(tǒng)仿真軟件是當今國際限制界公認的標準軟件,1999年春Matlab5.3版問世,使Matlab擁有更豐富的數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu),更友善的面向?qū)?象、更加快速精

24、良的圖形可視、更廣博的數(shù)學和數(shù)據(jù)分析資源、更多的應用開發(fā)精彩文檔實用標準文案工具,特別是SIMULINKS一個交互式操作的動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán) 境的出現(xiàn),使人們有可能考慮許多以前不得不做簡化假設(shè)的非線性因素、隨機因素,從而及時學生沒有對非線性動態(tài)系統(tǒng)進行分析研究的數(shù)學根底,仍可通過仿真來認知非線性對系統(tǒng)動態(tài)的影響.2 .仿真模擬圖Senes RLC Branch圖3-2-1仿真模擬圖3 .仿真結(jié)果此仿真結(jié)果都為組感性負載時的仿真時運行的結(jié)果,且電感的阻值很大.此設(shè)計的仿真結(jié)果仿真了 0 口、30 口、90©時的U、Id的波形圖,分別如圖3-3-1、 3-3-2、3-3-3所示,其中上面的圖形為Ud的輸出波形圖,下面的圖形為I