三相橋式整流電路的設(shè)計(jì)(帶反電動(dòng)勢的負(fù)載)

1、課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)（論文）題目三相橋式整流電路的設(shè)計(jì)（帶反電動(dòng)勢負(fù)載）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)課題完成的功能、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)整流電路就是把交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能的電路，多數(shù)由變壓器、整流主電路和濾波器等組成，在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電解及電鍍等領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。整流電路的種類很多，工業(yè)上廣泛應(yīng)用的三相橋式全控整流電路是從三相半波電路發(fā)展而來的。兩組三相半波整流電路，一組是共陰極，另一組是共陽極串聯(lián)組成。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，各器件的選型；2、設(shè)計(jì)主電路、觸發(fā)電路、保護(hù)電路；3、各參數(shù)

2、的計(jì)算（輸出平均電壓、平均電流、有功功率及波形分析）；4、建立仿真模型，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。5、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書一份；設(shè)計(jì)說明書應(yīng)在4000字以上。技術(shù)參數(shù)輸入電壓：三相交流380V，50HZ整流輸出電壓0110V，電流最大值10A，反電動(dòng)勢 40V，電阻10歐姆進(jìn)度計(jì)劃1、 布置任務(wù)，查閱資料，確定系統(tǒng)方案（1天）2、 系統(tǒng)功能分析（1天）3、 系統(tǒng)方案確定（1天）4、 主電路、觸發(fā)電路等設(shè)計(jì)（2天）5、 各參數(shù)計(jì)算（1天）6、 仿真分析與研究（2天）7、 撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書（1天）8、 答辯（1天）指導(dǎo)教師評語及成績平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績：

3、平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要整流電路就是把交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能的電路，大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成，在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電解及電鍍等領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。整流電路由主電路、濾波器和變壓器組成。本次三相橋式電路整流器的設(shè)計(jì)采用的是三相全控橋整流電路，電路設(shè)計(jì)在帶反電動(dòng)勢負(fù)載下完成。系統(tǒng)電路主要包括，三相橋式整流器主電路設(shè)計(jì)，晶閘管相控觸發(fā)電路設(shè)計(jì)，過電流和過電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)三個(gè)部分，因而整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)就大體從這三個(gè)電路部分來設(shè)計(jì)完成。關(guān)鍵詞：整流；變壓；觸發(fā)；保護(hù)電路。第1章 緒論電子技術(shù)包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。通常

4、所說的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)都屬于信息電子技術(shù)。電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。具體的說，就是使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。所用的電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故也稱為電力半導(dǎo)體器件。電力電子技術(shù)所變換的“電力”，功率可以大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下。信息電子技術(shù)主要用于信息處理，而電力電子技術(shù)則主要用于電力變換。電力電子涉及由半導(dǎo)體開關(guān)啟動(dòng)裝置進(jìn)行電源的控制與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。半導(dǎo)體整流控制、半導(dǎo)體硅整的小型化等的出現(xiàn)，產(chǎn)生一個(gè)新的電力電子應(yīng)用領(lǐng)域。半導(dǎo)體硅整流、汞弧整流器應(yīng)用于控制電源，但是這樣的整流回路只是工業(yè)電子的一部分，對于汞弧整流器應(yīng)用范圍而言是

5、有局限的。半導(dǎo)體硅整流的應(yīng)用涉及很多領(lǐng)域，如汽車、電站、航空電子、高頻變頻器等。整流電路就是把交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能的電路，大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成，在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)、電解及電鍍等領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。整流電路由主電路、濾波器和變壓器組成。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展人們對電路的要求越來越高，由于在生產(chǎn)實(shí)際中需要大小可調(diào)的直流電源，而相控整流電路結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、性能穩(wěn)定，利用它可方便得到大、中、小各種容量的直流電能，是目前獲得直流電能的主要方法，得到了廣泛應(yīng)用。在電能的生產(chǎn)和傳輸上，目前以交流電為主。電力網(wǎng)供給用戶的是交流電，而在許多場合，例如電解、蓄電池

6、的充電、直流電動(dòng)機(jī)等，需要用直流電。要得到直流電，除了直流發(fā)電機(jī)外最普遍應(yīng)用的是利用各種半導(dǎo)體元件產(chǎn)生直流電。這個(gè)方法中，整流是最基礎(chǔ)的一步。整流，即利用具有單向?qū)щ娦缘钠骷?，把方向和大小交變的電流變換為直流電。本設(shè)計(jì)主要是對三相橋式全控整流電路（帶反電動(dòng)勢的負(fù)載）的研究。20世紀(jì)70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。整流電路的種類很多，有半波整流電路、單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流電路、三相橋式半控整流電路、三相橋式全控整流電路等。工業(yè)上廣泛應(yīng)用的三相橋式全控整流電路是從三相半波電路發(fā)展而來的。三相橋式全控整流電路與三相半波電路相比，輸出整流電壓提高一倍，輸出電壓的脈動(dòng)率

7、高，基波頻率為300HZ，在負(fù)載要求相同的直流電壓下，晶閘管承受的最大正方向電壓將比三相半波減少一半，變壓器的容量也比較小，同時(shí)三相電流平衡，無須中線。所以，三相橋式全控整流電路多用于直流電動(dòng)機(jī)或要求實(shí)現(xiàn)有源逆變的負(fù)載。第2章 課程設(shè)計(jì)的方案2.1 概述4-1. 本設(shè)計(jì)是三相全控橋式整流電路的設(shè)計(jì)。而三相橋式整流電路作用是給直流電動(dòng)機(jī)供電，可以知道這是一個(gè)交流到直流的變換電路，即整流電路。要求電路帶反電動(dòng)勢阻感負(fù)載，R=3, U2=240V,LB=2mH,EM=-400V，60°。然后分別對主電路及觸發(fā)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)是三相全控橋式整流電路的設(shè)計(jì)。主要由主

8、電路、觸發(fā)電路、保護(hù)電路三部分組成，主電路主要完成對交流電到直流電的整流過程，觸發(fā)電路控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷控制輸出電壓的大小，保護(hù)電路保護(hù)主電路中的元器件。總體框圖如圖2.1所示。觸發(fā)電路保護(hù)電路主電路三相交流電源負(fù)載圖2.1 系統(tǒng)總體框圖第3章 三相橋式全控整流的設(shè)計(jì)3.1 主電路設(shè)計(jì)及原理3.1.1 主電路設(shè)計(jì)將其中陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4、VT6、VT2）稱為共陽極組。習(xí)慣上我們希望晶閘管按從1至6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖示的順序編號(hào)，即共陰極組中與U、V、W三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT1、VT3、V

9、T5，共陽極組中與U、V、W三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT4、VT6、VT2,。又后面的分析可知，晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6圖3.1主電路原理圖3.1.2 主電路原理說明整流電路的負(fù)載為帶反電動(dòng)勢的阻感性負(fù)載。當(dāng)晶閘管觸發(fā)角=0°時(shí)，此時(shí)，對于共陰極組的3個(gè)晶閘管，陰極所接交流電壓值最高的一個(gè)導(dǎo)通。而對于共陽極組的3個(gè)晶閘管，則是陰極所接交流電壓值最低的一個(gè)導(dǎo)通。這樣任意時(shí)刻共陽極組和共陰極組中各有1個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，施加于負(fù)載上的電壓為某一線電壓。工作波形如圖3.2所示。圖3.2 反電動(dòng)勢=0°時(shí)的波形=0o時(shí)，各晶閘管均在自

10、然換相點(diǎn)處換相。在分析ud的波形時(shí)，既可從相電壓波形分析，也可以從線電壓波形分析。從相電壓波形看，以變壓器二次側(cè)的中點(diǎn)n為參考點(diǎn)，共陰極組晶閘管導(dǎo)通時(shí)，整流輸出電壓 ud1為相電壓在正半周的包絡(luò)線；共陽極組導(dǎo)通時(shí)，整流輸出電壓ud2為相電壓在負(fù)半周的包絡(luò)線，總的整流輸出電壓ud = ud1ud2是兩條包絡(luò)線間的差值，將其對應(yīng)到線電壓波形上，即為線電壓在正半周的包絡(luò)線。直接從線電壓波形看，由于共陰極組中處于通態(tài)的晶閘管對應(yīng)的最大（正得最多）的相電壓，而共陽極組中處于通態(tài)的晶閘管對應(yīng)的是最?。ㄘ?fù)得最多）的相電壓，輸出整流電壓 ud為這兩個(gè)相電壓相減，是線電壓中最大的一個(gè)，因此輸出整流電壓ud波形為

11、線電壓在正半周的包絡(luò)線。由于負(fù)載端接得有電感且電感的阻值趨于無窮大，當(dāng)電流增加時(shí)，它的極性阻止電流增加，當(dāng)電流減小時(shí)，它的極性反過來阻止電流減小。電感的這種作用使得電流波形變得平直，電感無窮大時(shí)趨于一條平直的直線。為了說明各晶閘管的工作的情況，將波形中的一個(gè)周期等分為6段，每段為60o，如圖2所示，每一段中導(dǎo)通的晶閘管及輸出整流電壓的情況如表所示。由該表可見，6個(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1VT2VT3VT4VT5VT6。表3 =0o時(shí)晶閘管工作情況時(shí)段共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6輸出電壓UdUabUacUbc

12、UbaUcaUcb圖3.3 給出了=30o時(shí)的波形。從t1角開始把一個(gè)周期等分為6段，每段為60o與0o時(shí)的情況相比，一周期中ud波形仍由6段線電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號(hào)等仍符合表1的規(guī)律。區(qū)別在于，晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30o,組成 ud 的每一段線電壓因此推遲30o，ud平均值降低。晶閘管電壓波形也相應(yīng)發(fā)生變化如圖所示。圖中同時(shí)給出了變壓器二次側(cè)a相電流 ia 的波形，該波形的特點(diǎn)是，在VT1處于通態(tài)的120o期間，ia為正，由于大電感的作用，ia波形的形狀近似為一條直線，在VT4處于通態(tài)的120o期間，ia波形的形狀也近似為一條直

13、線，但為負(fù)值。圖3.3 =30o時(shí)的波形由以上分析可見，當(dāng)60o時(shí)，ud波形均連續(xù)，對于帶大電感的反電動(dòng)勢，id波形由于電感的作用為一條平滑的直線并且也連續(xù)。當(dāng)60o時(shí)，如90o時(shí)電阻負(fù)載情況下的工作波形如圖3.4所示，ud平均值繼續(xù)降低，由于電感的存在延遲了VT的關(guān)斷時(shí)刻，使得ud的值出現(xiàn)負(fù)值，當(dāng)電感足夠大時(shí)，ud中正負(fù)面積基本相等，ud平均值近似為零。這說明帶阻感的反電動(dòng)勢的三相橋式全控整流電路的角的移相范圍為90度。圖3.4 90o時(shí)的波形3.1.3 輸出參數(shù)計(jì)算三相橋式全控整流電路中，整流輸出電壓Ud的波形在一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)6次，且每次脈動(dòng)的波形相同，因此在計(jì)算平均值時(shí)，只需要一個(gè)脈動(dòng)進(jìn)

14、行計(jì)算即可。應(yīng)為<60°時(shí)輸出波形是連續(xù)的，以線電壓的過零點(diǎn)為時(shí)間坐標(biāo)的零點(diǎn)，可得到整流輸出電壓的平均值。輸出電流平均值電壓器二次側(cè)電流 3.2 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)3.2.1 電路圖的選擇晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高壓。大電流下工作，且工作過程可以控制。被廣泛應(yīng)用與可控整流、交流調(diào)壓、無觸點(diǎn)電子開光、逆變變頻等電子電路中晶閘管具有以下特性：（1） 當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，無論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。（2） 晶閘管承受正向陽極電壓時(shí)，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通。（3） 晶閘管在導(dǎo)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(dǎo)

15、通，即晶閘管導(dǎo)通后，門極失去作用。（4） 晶閘管在導(dǎo)通的情況下，當(dāng)主回電壓減小到接近于零時(shí)，晶閘管關(guān)斷。根據(jù)晶閘管的這種特性，通過控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)刻，就能控制整流電路的觸發(fā)角的大小。在整流電路合閘啟動(dòng)中或電流斷續(xù)時(shí)，為確保電路的正常工作，需保證導(dǎo)通的兩個(gè)晶閘管均有觸發(fā)脈沖。在觸發(fā)某個(gè)晶閘管的同時(shí)，給序號(hào)的前一個(gè)晶閘管補(bǔ)發(fā)脈沖。即用兩個(gè)窄脈沖代替寬脈沖，兩個(gè)脈沖前沿相差60度，脈沖一般為20度到30度，稱為雙脈沖觸發(fā)。觸發(fā)電路如圖3.5所示。3.2.2 觸發(fā)電路原理說明3.3 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)較之電工產(chǎn)品，電力電子器件承受過電壓、過電流的能力要弱的多，極短時(shí)間的過電壓和過電流就會(huì)導(dǎo)致器件永

16、久性損壞。因其電力電子電路中過電壓過電流的保護(hù)裝置時(shí)必不可少的。3.3.1 過流保護(hù)電路電力電子電路中的電流瞬時(shí)值超過設(shè)計(jì)的最大值，即為過電流。過電流有過載荷短路兩種情況。常用的過電路保護(hù)措施如圖所示。負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路電流檢測電路過流繼電器電力電子裝置斷路器電流互感器熔斷器撬杠器3.3.2 過壓保護(hù)電路第四章 三相橋式整流電路的仿真第五章 課程總計(jì)本次課程設(shè)計(jì)，做的是三相橋式整流電路設(shè)計(jì)。從本次課程設(shè)計(jì)的目的來看，收獲是不少的。通過仔細(xì)審題和思考，我發(fā)現(xiàn)有很多東西要做，首先要解決的問題就是變壓器的選擇，因?yàn)橹皩ψ儔浩鞯膶W(xué)習(xí)大多是理論很少涉及具體應(yīng)用選型，為此我從圖書館借了關(guān)于變壓器應(yīng)用的書籍彌補(bǔ)

17、了自己在這反面的缺憾，再者主要就是保護(hù)電路的設(shè)計(jì)部分，之前學(xué)習(xí)的保護(hù)電路大多是理論方面，而針對具體電路各種保護(hù)器件的選擇方法較少提到，所以我還是求助于圖書館同時(shí)也在網(wǎng)上論壇向別人求助解答，雖然得到的很多東西對現(xiàn)在的課程設(shè)計(jì)并不是很有用，我最終也找到了自己想要學(xué)習(xí)的部分知識(shí)。同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)還遇到很多小的問題因?yàn)樽约褐R(shí)不牢固或者自己根本不懂在此去回顧課本或者借書或者求助于同學(xué)或則網(wǎng)絡(luò)。最終都解決掉了自己的疑惑。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)后，覺得自己有一個(gè)不小的進(jìn)步。雖然有些方面有些不足，但通過閱讀相關(guān)書籍，學(xué)到了更好更多的東西。他們從另一個(gè)方面透析了自己的不足，這是很重要的，它讓我學(xué)會(huì)了怎樣學(xué)習(xí)別人的長處并把它變成自己的長處?？傊n程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了好多能力，這些能力不是學(xué)習(xí)理論知識(shí)的時(shí)候