三相橋式全控整流實驗裝置(遼寧工程技術大學電力電子課設,格式完全正確,10分下載即用)

1、課程設計名稱： 電力電子技術課程設計 題 目： 三相橋式全控整流實驗裝置 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學 號： 遼寧工程技術大學課程設計成績評定表學 期姓 名專 業(yè)班 級課程名稱電力電子課程設計論文題目三相橋式全控整流實驗裝置評定標準評定指標分值得分知識創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15結合實際性10知識掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績100評語：任課教師李國華時 間20年月日備 注課 程 設 計 任 務 書一、設計題目三相橋式全控整流實驗裝置二、設計任務1、方案的經(jīng)濟技術論證。2、主電路設計。3、通過計算選擇整流器件的具體型號。4、若采用整流變壓器，確定變壓器變比及容量。5、

2、觸發(fā)電路設計或選擇。三、設計計劃第1天：查閱相關材料，熟悉設計任務第2 3天：分析原始資料，擬定主接線方案 第4天：主電路設計，選擇器件第5 6天：觸發(fā)及保護電路設計第7天：答辯四、設計要求1、交流電源：三相380V。2、整流輸出電壓Ud在0110V連續(xù)可調(diào)。3、整流輸出電流最大值5A。4、負載：純電阻、阻感、直流電動機。5、根據(jù)實際工作情況，最小控制角取20300左右指導教師：王繼強 李國華 張繼華教研室主任：汪玉鳳時 間：20年月日摘 要整流電路就是把交流電轉換成直流電的電路。整流電路技術在工業(yè)生產(chǎn)中應用極其廣泛，如調(diào)壓調(diào)速直流電源、電解及電鍍的直流電源等。目前在各種整流電路中，應用最為廣

3、泛的是三相橋式全控整流電路。由于三相橋式全控整流電路的優(yōu)越性很明顯，故本課程選此為題。三相橋式全控整流電路系統(tǒng)通過變壓器與電網(wǎng)連接，經(jīng)過變壓器的耦合，晶閘管主電路得到一個合適的輸入電壓，使晶閘管在較大的功率因數(shù)下運行。變流主電路和電網(wǎng)之間用變壓器隔離，還可以抑制由變流器進入電網(wǎng)的諧波成分。保護電路采用RC過電壓抑制電路進行過電壓保護，利用快速熔斷器進行過電流   關鍵詞：三相整流；觸發(fā)電路；保護電路；目錄引言11 電路總體設計方案22 主電路設計32.1 阻感性負載32.2 純電阻負載53 各部分電路設計73.1 控制電路設計73.2驅動電路的設計73.2.1觸發(fā)

4、電路73.3保護電路的設計83.3.1過電壓保護電路設計83.3.2過電流保護電路設計94 整流電路元器件型號選擇104.1 晶閘管主要參數(shù)計算104.2 變壓器的選型10結論11設計體會12參考文獻13遼寧工程技術大學課程設計引言電子技術包括信息電子技術和電力電子技術兩大分支。通常所說的模擬電子技術和數(shù)字電子技術屬于信息電子技術。電力電子技術是應用于電力領域的電子技術，它是利用電力電子器件對電能進行變換和控制的新興學科。目前所用的電力電子器件采用半導體制成，故稱電力半導體器件。信息電子技術主要用于信息處理，而電力電子技術則主要用于電力變換。電力電子技術的發(fā)展是以電力電子器件為核心，伴隨變換技

5、術和控制技術的發(fā)展而發(fā)展的。自本世紀五十年代末第一支晶閘管問世以來，電力電子技術開始登上現(xiàn)代電氣傳動技術舞臺，以此為基礎開發(fā)的可控硅整流裝置，是電氣傳動領域的一次革命，使電能的變換和控制從旋轉交流機組和靜止離子交流器進入由電力電子器件構成的交流器時代，這標志著電力電子的誕生。目前，電力電子技術的應用已深入到工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟建設，交通運輸，空間技術，國防現(xiàn)代，醫(yī)療，環(huán)保，和億萬人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領域。進入21世紀后電力電子技術的應用更加廣泛，因此對電力電子技術的研究更為重要。本人主要介紹三相橋式全控整流電路的主電路和觸發(fā)電路的原理及控制電路圖，由工頻三相電壓380V經(jīng)升壓變壓器后由SCR（可控硅）在整

6、流為直流供負載用。但是由于工藝要求大功率，大電流，高電壓，因此控制技術比較復雜，特別是觸發(fā)電路部分必須一一對應，否則輸出的電壓波動大甚至還有可能短路造成設備損壞。1 電路總體設計方案設計一個三相橋式可控整流電路，其交流電源為三相380V電壓源，經(jīng)過整流的輸出電壓在0110V連續(xù)可調(diào)。輸出電流最大值為5A,最小控制角為20300可調(diào)。通過對三相橋式全控電路的分析，選用晶體管的電力電子器件，其市場價格比較合適，而且比較耐用，其系統(tǒng)框架原理圖如下：保護電路三相交流電源三相橋式整流電路負載觸發(fā)電路圖1-1系統(tǒng)框架原理圖通過學生控制實驗裝置的控制端，改變輸入電壓，經(jīng)過三相橋式全控整流電路主電路整流，可以

7、通過示波器觀察不同輸入電壓下的不同輸出波形。2 主電路設計2.1 阻感性負載三相橋式全控整流電路主回路接線如圖2-1所示。三相整流變壓器/Y接法，以利減小變壓器磁通、電勢中的諧波。整流橋由6只晶閘管組成，以滿足整流元件全部可控的要求。由于習慣上希望晶閘管的導通按123456順序進行，則晶閘管應按圖示進行標號。分析中假定，Ld>>Rd，為大電感負載，負載電流id連續(xù)平直。(1) 0°圖2-2為0°時，大電感負載下的電壓、電流波形。三相橋式電路在任何時刻必須有兩個晶閘管同時導通，一個在共陰極組，一個在共陽極組以構成回路。這樣，負載上獲得的是相應相間的線電壓。比較相、

8、線電壓波形可以看出，相電壓的交點與線電壓的交點在同一位置上，使得線電壓的交點同樣也是自然換流點。這樣，分析三相橋式全控電路工作過程時，可以直接在線電壓波形上根據(jù)給定控制角來求取直流電壓波形。圖2-1 三相橋式全控整流電路圖2-2 三相橋式全控整流電路波形(阻感性負載，0）(2) 0° 60°圖2-3為30°時的整流電路電壓波形，其中直流電壓ud波形可以直接從線電壓u2l波形上分析求得。圖2-3還給出了負載電流id、晶閘管VT1上電流iT1及變壓器副邊a相電流ia的波形。圖2-3 三相橋式全控整流電路波形(電感性負載， =30°)(3) 60°6

9、0°后，線電壓瞬時值將過零變負，此時由于流過負載電感Ld中的電流有減小趨勢，使得Ld上感應出順晶閘管單向導電方向的自感電勢eL，這樣作用在導通晶閘管對上的陽極電壓為（u2LeL）。由于負載電感足夠大，使得在下一對晶閘管觸發(fā)導通之前能保證(u2LeL)0，盡管線電壓過零變負，仍能保證原導通的晶閘管對繼續(xù)導通，直流電壓ud中出現(xiàn)了負電壓波形。圖2-4為 = 90°時的ud與uT1電壓波形。圖2-4 三相橋式全控整流電路波形(阻感性負載，=90°) (4) 基本數(shù)量關系直流平均電壓Ud計算如下 由上式可見三相橋式全控整流電路帶電感負載時的移相范圍為90°。晶閘

10、管電流與三相半波時相同，即晶閘管電流平均值為 晶閘管電流有效值為 變壓器次級繞組電流為正、負對稱的矩形波電流，其平均值為零，有效值為 晶閘管承受的最大正、反向峰值電壓與三相半波時相同，為線電壓峰值 2.2 純電阻負載 (1) 60設負載電阻大小為Rd。當60°時，直流電壓ud及直流電流id連續(xù)，每個晶閘管導通120°，直流電壓、晶閘管上承受的電壓與電感性負載時相同。圖2-4給出了60°時的波形圖?？梢钥闯?，60°是電阻負載下電流連續(xù)與否的臨界點。當60°后，由于線電壓過零變負時，無負載電感產(chǎn)生的自感電勢保證晶閘管繼續(xù)承受正向陽極電壓，元件即被阻

11、斷，輸出直流電壓為零，電流變?yōu)椴贿B續(xù)，不再出現(xiàn)電感負載時那種ud為負值的情況2-4 電阻性負載(60°)(2) 90°圖2-5給出了90°時的電壓波形、晶閘管VT1的電流iT1及電壓uT1波形。圖2-5 電阻性負載(90)3 各部分電路設計3.1 控制電路設計晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電子電路中。晶閘管具有下面的特性：（1）當晶閘管承受反向電壓時，無論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通。（2）晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘

12、管才導通。（3）晶閘管在導通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何變化，晶閘管都保持導通，即晶閘管導通后，門極失去作用。（4）晶閘管在導通情況下，當主回路電壓（或電流）減小到接近于零時，晶閘管關斷晶閘管在導通情況下，當主回路電壓（或電流）減小到接近于零時，晶閘管關斷。3.2驅動電路的設計對于使用晶閘管的電路，在晶閘管陽極加正向電壓后，還必須在門極與陰極之間加觸發(fā)電壓，使晶閘管在需要導通的時刻可靠導通。驅動電路亦稱觸發(fā)電路。根據(jù)控制要求決定晶閘管的導通時刻，對變流裝置的輸出功率進行控制。觸發(fā)電路是變流裝置中的一個重要組成部分，變流裝置是否能正常工作，與觸發(fā)電路有直接關系，因此，正確合

13、理地選擇設計觸發(fā)電路及其各項技術指標是保證晶閘管變流裝置安全，可靠，經(jīng)濟運行的前提。3.2.1觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、過零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。觸發(fā)電路對其產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖要求： （1）觸發(fā)信號可為直流、交流或脈沖電壓。（2）觸發(fā)信號應有足夠的功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流）。（3）觸發(fā)脈沖應有一定的寬度，脈沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導通后，陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導通。（4）觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。例如單相全控橋式整流電路帶電阻性負載時，要求觸發(fā)脈沖的移項范圍是0度180度，帶大電感負載時，要求移項范圍是0度90度；三相半波可控

14、整流電路電阻性負載時，要求移項范圍是0度90度。（5）觸發(fā)脈沖與主電路電源必須同步。為了使晶閘管在每一個周期都以相同的控制角被觸發(fā)導通，觸發(fā)脈沖必須與電源同步，兩者的頻率應該相同，而且要有固定的相位關系，以使每一周期都能在同樣的相位上觸發(fā)。觸發(fā)電路同時受控于電壓uc與同步電壓us控制。圖2-6觸發(fā)電路電路圖3.3保護電路的設計在電力電子器件電路中，除了電力電子器件參數(shù)要選擇合適，驅動電路設計良好外，采用合適的過電壓保護，過電流保護也是必不可少的。3.3.1過電壓保護電路設計所謂過壓保護，即指流過晶閘管兩端的電壓值超過晶閘管在正常工作時所能承受的最大峰值電壓Um都稱為過電壓。產(chǎn)生過電壓的原因一般

15、由靜電感應、雷擊或突然切斷電感回路電流時電磁感應所引起。其中，對雷擊產(chǎn)生的過電壓，需在變壓器的初級側接上避雷器，以保護變壓器本身的安全；而對突然切斷電感回路電流時電磁感應所引起的過電壓，一般發(fā)生在交流側、直流側和器件上，因而，下面介紹單相橋式全控整流主電路的電壓保護方法。（1）.交流側過電壓保護過電壓產(chǎn)生過程：電源變壓器初級側突然拉閘，使變壓器的勵磁電流突然切斷，鐵芯中的磁通在短時間內(nèi)變化很大，因而在變壓器的次級感應出很高的瞬時電壓。保護方法：阻容保護（2）.直流側過電壓保護過電壓產(chǎn)生過程：當某一橋臂的晶閘管在導通狀態(tài)突然因果載使快速熔斷器熔斷時，由于直流住電路電感中儲存能量的釋放，會在電路的

16、輸出端產(chǎn)生過電壓。保護方法：阻容保護（如圖2-7） 圖2-7主電路的過電壓保護3.3.2過電流保護電路設計電力電子電路運行不正常或者發(fā)生故障時，可能會發(fā)生過電流現(xiàn)象。過電流分載和短路兩種情況。一般電力電子均同時采用幾種過電壓保護措施，怪提高保護的可靠性和合理性。在選擇各種保護措施時應注意相互協(xié)調(diào)。通常，電子電路作為第一保護措施，快速熔斷器只作為短路時的部分區(qū)斷的保護，直流快速斷路器在電子電力動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器在過載時動作。在選擇快熔時應考慮：1、電壓等級應根據(jù)快熔熔斷后實際承受的電壓來確定。2、電流容量應按照其在主電路中的接入方式和主電路連接形式確定?？烊垡话闩c電力半導體體器件串聯(lián)

17、連接，在小容量裝置中也可串接于閥側交流母線或直流母線中。3、快熔的It值應小于被保護器件的允許It值。4、為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應考慮其時間電流特性。快熔對器件的保護方式分為全保護和短保護兩種。全保護是指無論過載還是短路均由快熔進行保護，此方式只適用于小功率裝置或器件使用裕量較大的場合。短路保護方式是指快熔只要短路電流較大的區(qū)域內(nèi)起保護作用，此方式需與其他過電流保護措施相配合。熔斷器是最簡單的過電流保護元件，但最普通的熔斷器由于熔斷特性不合適，很可能在晶閘管燒壞后熔斷器還沒有熔斷，快速熔斷器有較好的快速熔斷特性，一旦發(fā)生過電流可及時熔斷起到保護作用。最好的辦法是晶閘管元件上直接串快

18、熔，因流過快熔電流和晶閘管的電流相同，所以對元件的保護作用最好。4 整流電路元器件型號選擇4.1 晶閘管主要參數(shù)計算在選用晶閘管時，額定電壓應為正常工作峰值電壓的23倍。根據(jù)三相橋式可控整流工作原理，晶閘管所承受的最大反向電壓為2.34U2Ud=2.34U2U2=Ud/2.34U2=54.282VUmax=*54.282=132.968V晶閘管的額定電壓UN =（23）Umax =（23）*132.968=265.936V398.904V額定電流INUd=110V時，控制角量按=30º計算，已知整流輸出電壓Ud在0110V連續(xù)可調(diào)、整流輸出電流最大值5A：當=5時，流過每個晶閘管的電

19、流有效值為： =5A=2.89AIN =（1.52）It/1.57=2.76A3.68A晶閘管額定電流It(AV)=It/1.57=2.89/1.57=1.84A通過以上計算分析，在本次課程設計中所采用的晶閘管類型為T21210螺栓型普通晶閘管。4.2 變壓器的選型若將變壓器看作是理想變壓器，不計變壓器的勵磁電流，根據(jù)變壓器的磁動勢平衡原理，得 I1N1=I2N2 變壓器的變比K= N1/N2 =U1/U2 =380/54.282=7考慮到安全性以及損耗問題，變壓器應選變比為7。結論目前在各種整流電路中，應用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路。三相橋式全控整流電路系統(tǒng)通過變壓器與電網(wǎng)連接，經(jīng)過變