三相橋式全控整流電路的設(shè)計(jì)

1、目 錄第1章 緒論11.1設(shè)計(jì)目的11.2設(shè)計(jì)意義1第2章 設(shè)計(jì)總體思路32.1設(shè)計(jì)思路32.2 基本原理32.3 基本框圖4第3章 單元電路設(shè)計(jì)53.1 主電路53.2 觸發(fā)電路63.3 保護(hù)電路9第4章 電路分析與仿真124.1 帶電阻負(fù)載電路分析與仿真124.2 帶阻感負(fù)載電路分析與仿真14 總結(jié)16 附錄一總電路圖17第1章 緒論1.1 設(shè)計(jì)目的1、通過對(duì)三相橋式電路的設(shè)計(jì),掌握整流電路的工作原理,提高我們的運(yùn)用科學(xué)理論知識(shí)能力、工程實(shí)踐能力2、通過系統(tǒng)建模和仿真，掌握和運(yùn)用MATLAB/SIMULINK工具分析系統(tǒng)的基本方法。1.2 設(shè)計(jì)意義 電力電子技術(shù)無論對(duì)改造傳統(tǒng)工業(yè)（電力、機(jī)

2、械、礦冶、交通、化工、輕紡等），還是對(duì)新建高技術(shù)產(chǎn)業(yè)（航天、激光、通信、機(jī)器人等）和高效利用能源均至關(guān)重要。我國(guó)目前仍舊是一個(gè)發(fā)展中的國(guó)家，尚處于前工業(yè)化階段，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)仍然是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主力軍，因此在近期或在較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和發(fā)展將在很大程度上決定著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而電力、機(jī)械、冶金、石油、化工、交通運(yùn)輸是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重要支柱，這些產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的高低直接關(guān)系到我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)的強(qiáng)弱。毫無疑問，電力電子技術(shù)是提高這些產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的重要手段，它是對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)技術(shù)改造、建立自動(dòng)化工業(yè)體系的關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)。下面就電力電子技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要討論。  概括

3、起來說，電力電子技術(shù)主要應(yīng)用于電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)、工業(yè)供電電源、電力輸配電和照明四大方面。自20世紀(jì)50年代末開始，電力電子技術(shù)在應(yīng)用需求的推動(dòng)下迅速發(fā)展成一門嶄新的技術(shù)?？梢灶A(yù)見，在21世紀(jì)，電力電子技術(shù)在現(xiàn)代化社會(huì)的建設(shè)中的應(yīng)用將起著重要作用并得到飛躍性的發(fā)展。中國(guó)是能耗大國(guó)，能源利用率很低，而能源儲(chǔ)備不足，直流電是一種能夠儲(chǔ)備的能源，它不僅用于一般工業(yè)，也廣泛用于交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)等，在照明、空調(diào)等家用電器及其他領(lǐng)域中也有著廣泛應(yīng)用。晶閘管在整流電路中充當(dāng)一個(gè)非常重要的角色，本次設(shè)計(jì)采用的主要器件就是晶閘管。第二章 設(shè)計(jì)總體思路2.1設(shè)計(jì)思路 三相橋式全控整流

4、電路的功能是將三相交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備。 三相橋式全控整流電路可分為三部分電路模塊：主電路模塊，觸發(fā)電路模塊，保護(hù)電路模塊。主電路模塊，主要由三組兩串聯(lián)晶閘管并聯(lián)而成。觸發(fā)電路模塊組成為，3個(gè)KJ004集成塊和1個(gè)KJ041集成塊，可形成流露雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大。保護(hù)電路模塊有過電流保護(hù)，過電壓保護(hù)。2.2 基本原理 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。（1）兩管同時(shí)形成供電回路，其中共陰極和共陽極組各一組，且不能為同一組器件。（2）對(duì)脈沖的要求：1）按的順序，相位依次差60°。

5、2）共陰極組、的脈沖依次差120°，共陽極組、也依次差120°3）同一相的上下兩個(gè)橋臂，即與、與、與，脈沖相差180°（3）一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。（4）需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈動(dòng)，可采取兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）。（5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的2.3 基本框圖圖2-1第三章 單元電路設(shè)計(jì)3.1 主電路1、三相橋式全控整流主電路運(yùn)用的開關(guān)器件為晶閘管。晶閘管為半控型器件，其主要控制方式為相控方式，并通過門極控制來使其導(dǎo)通或關(guān)斷。圖3-1為在阻感負(fù)載下三

6、相橋式全控整流主電路圖。圖3-12、晶閘管的選擇（1）晶閘管額定電壓的選擇在整流裝置中晶閘管額定參數(shù)的選擇，注意根據(jù)晶閘管整流裝置的工作條件，并適當(dāng)考慮一定的安全余量。晶閘管的額定電壓是指斷態(tài)重復(fù)峰值電壓和反向重復(fù)峰值電壓中較小的值。因?yàn)榫чl管在不同電路中所承受的峰值電壓，考慮電源電壓的波動(dòng)及過電壓保護(hù)等因素，選用時(shí)，額定電壓應(yīng)為事跡所承受的峰值電壓UTM的23倍。即： =(23) 式中 晶閘管額定電壓，V； 晶閘管實(shí)際所承受的峰值電壓，V。（2）晶閘管額定電流的選擇晶閘管的額定電流是按電流的平均值標(biāo)定的，它是通態(tài)平均電流的1.57倍。即 使用時(shí)，要求而定電流大于實(shí)際流過晶閘管電流的最大有效值

7、,即式中 k計(jì)算系數(shù)，； 電流波形系數(shù)，； 負(fù)載評(píng)價(jià)電流； 流過晶閘管的平均電流。由于晶閘管的過載能力差，因而選用晶閘管的值應(yīng)是實(shí)際流過晶閘管電流的最大有效值的1.52倍。即： =（1.52） 由上式可知，若已知的值則可確定的值；反之，若已知 的值，亦可確定的值。晶閘管電流的有效值=0.577晶閘管的額定電流 ）=0.3683.2 觸發(fā)電路 觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管開關(guān)可靠導(dǎo)通（門極電流應(yīng)大于擎柱電流），觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，不超過門極電壓、電流和功率，且在可靠出發(fā)區(qū)域之內(nèi)，應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及主電路的電器隔離。晶閘管可控整流電路，通過控制觸發(fā)角的大小即控制觸發(fā)脈沖起始相位來

8、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(yīng)保證按觸發(fā)角的大小在正確的時(shí)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(xí)慣稱為觸發(fā)電路。大、中功率的交流器廣泛應(yīng)用的是晶閘管觸發(fā)電路，其中以同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路應(yīng)用最多。可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功率低，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。此外就是采用集成觸發(fā)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。KJ004組成分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖分選及脈沖放大幾個(gè)環(huán)節(jié)。1、觸發(fā)電路圖圖3-22、KJ004可控硅移相電路KJ004 可控硅移相觸發(fā)電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中,作可控硅的雙路脈沖移相觸發(fā)。KJ0

9、04KJ004 器件輸出兩路相差180度的移相脈沖,可以方便地構(gòu)成全控橋式觸發(fā)器線路。KJ004KJ004 電路具有輸出負(fù)載能力大、移相性能好、正負(fù)半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對(duì)同步電壓要求低,有脈沖列調(diào)制輸出端等功能與特點(diǎn)。3、KJ041 可控硅移相觸發(fā)器KJ041六路雙脈沖形成器是三相全控橋式觸發(fā)線路中必備的電路,具有雙脈沖形成和電子開關(guān)控制封鎖功能。KJ041電路是脈沖邏輯電路。當(dāng)把移相觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖輸入到KJ041電器的16端時(shí),由輸入二極管完成“或”功能,形成雙脈沖,再由T1T6電流放大分六路輸出。T7是電子開關(guān),當(dāng)控制7端接邏輯“0電平時(shí)T7截止,各路輸出觸發(fā)脈沖。當(dāng)控制7

10、端接邏輯“1”電子(+15V)時(shí)T7導(dǎo)通,各路無輸出觸發(fā)脈沖。3.3 保護(hù)電路我們不可能從根本上消除生產(chǎn)過程中過電壓的根源，只能設(shè)法將過電壓的幅值抑制到安全限度之內(nèi)，這是過電壓保護(hù)的基本思想。抑制過電壓的方法不外乎三種：用非線性元件限制過電壓的幅度，用電阻消耗生產(chǎn)過電壓的能力，用儲(chǔ)能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量。對(duì)于非線性元件，不是額定電壓小，使用麻煩，就是不宜用于抑制頻繁出現(xiàn)過電壓的場(chǎng)合。所以我們選用儲(chǔ)能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量的保護(hù)。使用RC吸收電路，這種保護(hù)可以把變壓器繞組中釋放出的電磁能量轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存起來。由于電容兩端電壓不能突變，所以能有效的抑制過電壓，串聯(lián)電阻消耗部分產(chǎn)生

11、過電壓的能量，并抑制LC回路的震動(dòng)。圖3-31、晶閘管的過電壓保護(hù)晶閘管的過電壓能力比一般的電器元件差，當(dāng)它承受超過反向擊穿電壓時(shí)，也會(huì)被反向擊穿而損壞。如果正向超過管子的正向轉(zhuǎn)折電壓，會(huì)造成晶閘管硬開通，不僅使電路可能出現(xiàn)的過電壓，常采用簡(jiǎn)單有效的過電壓保護(hù)措施。對(duì)于晶閘管的過電壓保護(hù)可參考主電路的過電壓保護(hù)，我們使用阻容保護(hù)。圖3-42、晶閘管的過電流保護(hù)在整流中造成晶閘管過電流的主要原因是：電網(wǎng)電壓波動(dòng)太大負(fù)載超過允許值，電路中管子誤導(dǎo)通以及管子擊穿短路等。所以我們要設(shè)置保護(hù)措施，以避免損害管子。常見的過電流保護(hù)有：快速熔斷器保護(hù)，過電流繼電器保護(hù)，限流與脈沖移相保護(hù)，直流快速開關(guān)過電流

12、保護(hù)?？焖偃蹟嗥鞅Ｗo(hù)是最有效，使用最廣泛的一種措施;快速熔斷器的接法有三種：橋臂串快熔，這是一種最直接可靠的保護(hù)；交流側(cè)快熔，直流側(cè)快熔，這兩種保護(hù)接法雖然簡(jiǎn)單，但保護(hù)效果不好。過電流繼電器保護(hù)中過電流繼電器開關(guān)時(shí)間長(zhǎng)（約幾百毫秒）只有在短路電流不大時(shí)才有用。限流與脈沖移相保護(hù)電路保護(hù)比較復(fù)雜。直流快速開關(guān)過電流保護(hù)功能好，但造價(jià)高，體積大，不宜采用。因此，最佳方案是選用快速熔斷器保護(hù)，并采用橋串快熔接法。圖3-5第4章 電路分析與仿真主電路負(fù)載有電阻負(fù)載和阻感負(fù)載兩種。因?yàn)殡娮铻榫€性負(fù)載，其輸出電壓和電流波形形狀應(yīng)該一致切電壓和電流大俠突變顯著。電感為儲(chǔ)能元件，在阻感負(fù)載的情況下，電流突變不

13、明顯。下面為用MATLAB對(duì)在兩種不同負(fù)載下的三相全控整流電路電路進(jìn)行仿真。4.1 帶電阻負(fù)載電路分析與仿真（1）參數(shù)：電源相電壓為220V，整流變壓器輸出為110V相電壓，電阻負(fù)載，整流器輸出電壓平均為202.6V。（2）參數(shù)分析：由整流器輸出電壓平均值：可得觸發(fā)角=38°（3）仿真模型：因?yàn)榭紤]到變壓器漏感對(duì)整流電路的影響，所以在設(shè)計(jì)仿真模型時(shí)直接給整流器輸入110V的相電壓。圖4-1（4）仿真波形：分別為整流器交流側(cè)電流波形、輸出電壓波形、輸出電流波形和輸出電流平均值波形圖4-24.2 帶阻感負(fù)載電路分析與仿真（1）參數(shù)：電源相電壓為220V，整流變壓器輸出為110V相電壓，電

14、阻負(fù)載，電感觸發(fā)角。（2）參數(shù)分析由整流器輸出電壓平均值：可得=128.7V（3）仿真模型：因?yàn)榭紤]到變壓器漏感對(duì)整流電路的影響，所以在設(shè)計(jì)仿真模型時(shí)直接給整流器輸入110V的相電壓。圖4-3（4）仿真波形分別為整流器交流側(cè)電流波形、輸出電壓波形、輸出電流波形和輸出電流平均值波形圖4-4總結(jié)隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異，電子技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今世界空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的我們來說掌握電子的開發(fā)技術(shù)是十分重要的?；厥走@兩周的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)自己還是收獲頗豐。通過對(duì)課題的研究，讓自己不只是對(duì)本門學(xué)科的知識(shí)有了更加深刻的印象，課題中涉及到一些我們學(xué)過的知識(shí)，也有還未

15、曾接觸的學(xué)科，讓我們有機(jī)會(huì)復(fù)習(xí)了以前的知識(shí)，也主動(dòng)去了解相關(guān)的一些的資料，將不同書本上的知識(shí)結(jié)合到了一起。然而要完成課題團(tuán)隊(duì)的合作也是必不可少的，設(shè)計(jì)的過程中也遇到了很多問題都是一個(gè)人解決不了的，在最初的課題思路的設(shè)計(jì)中就感覺到課題有一定的難度，覺得無從下手，相關(guān)的知識(shí)也不知道要怎樣融合，所以久久沒有開始。之后在老師的指導(dǎo)下，組員們發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，分工合作，將問題逐個(gè)解決，最后完成了任務(wù)。通過本學(xué)期對(duì)電力電子基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)以及此次為期兩周的課程設(shè)計(jì)，讓我們這門學(xué)科有了更好的掌握，在實(shí)踐的過程中，培養(yǎng)我的綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題,鍛煉自己的實(shí)踐能力，也讓我體會(huì)到了團(tuán)體合作的重要性?？偟膩碚f這個(gè)設(shè)計(jì)還是比較順利的，在這里要感謝老師的指導(dǎo)，感謝同學(xué)們的幫助。正是有了這樣一個(gè)機(jī)會(huì)才讓我不僅在學(xué)識(shí)和能力上有了提高，也讓同學(xué)之間有了好的默契和合作。附錄總電路圖1、主2、觸發(fā)電路圖3、總電路圖參考文獻(xiàn)1石玉 栗書賢電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)計(jì)指導(dǎo)機(jī)械工業(yè)出版社，1998 2王兆安 黃俊電力電子技術(shù)（第4版）機(jī)械工業(yè)出版社，20003浣喜明 姚為正電力電子技術(shù)高等教育出版社，2