三相全控橋式整流及有源逆變電路的設(shè)計(jì)-圖文(精)

1、 西安文理學(xué)院機(jī)械電子工程系 課程設(shè)計(jì)報(bào)告專業(yè)班級 自動化課 程 電力電子技術(shù)題 目 三相全控橋式整流及有源逆變 電路的設(shè)計(jì)學(xué) 號 000000000204 學(xué)生姓名 weitor 指導(dǎo)教師2010 年 12 月西安文理學(xué)院機(jī)械電子工程系課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué) 號指導(dǎo)教師 職 稱 講師 教研室 自動化課 程 電力電子技術(shù)題目三相全控橋式整流及有源逆變電路的設(shè)計(jì)任務(wù)與要求任務(wù):在已學(xué)的 電力電子技術(shù) 課程后, 為了進(jìn)一步加強(qiáng)對整流和有源逆變電路的認(rèn) 識。 可設(shè)計(jì)一個(gè)三相全控橋式整流電路及有源逆變電路。 分析兩種電路的工作原理及相應(yīng) 的波形。通過電路接線的實(shí)驗(yàn)手段來進(jìn)行調(diào)試,繪制相關(guān)

2、波形圖要求: a. 要有設(shè)計(jì)思想及理論依據(jù)b. 設(shè)計(jì)出電路圖即整流和有源逆變電路的結(jié)構(gòu)圖c. 計(jì)算晶閘管的選擇和電路參數(shù)d. 繪出整流和有源逆變電路的 u d (t、 i d (t、 u VT (t 的波形圖e. 對控制角 和逆變 的最小值的要求開始日期 2010.12.21 完成日期 2010.12.31 2010 年 12 月 21 日設(shè)計(jì)題目 三相全控橋式整流及有源逆變電路的設(shè)計(jì) 一.設(shè)計(jì)目的1.更近一步了解三相全控橋式整流電路的工作原理,研究全控橋式整流電 路分別工作在電阻負(fù)載、電阻 電感負(fù)載下 Ud, Id 及 Uvt 的波形,初步 認(rèn)識整流電路在實(shí)際中的應(yīng)用。2.研究三相全控橋式整

3、流逆變電路的工作原理,并且驗(yàn)證全控橋式電路在 有源逆變時(shí)的工作條件,了解逆變電路的用途。二.設(shè)計(jì)理念與思路晶閘管是一種三結(jié)四層的可控整流元件,要使晶閘管導(dǎo)通,除了要在陽極 陰極間加正向電壓外, 還必須在控制級加正向電壓, 它一旦導(dǎo)通后, 控制級就 失去控制作用,當(dāng)陰極電流下降到小于維持電流,晶閘管回復(fù)阻斷。因此,晶閘 管的這一性能可以充分的應(yīng)用到許多的可控變流技術(shù)中。在實(shí)際生產(chǎn)中,直流電機(jī)的調(diào)速、同步電動機(jī)的勵(lì)磁、電鍍、電焊等往往 需要電壓可調(diào)的直流電源, 利用晶閘管的單向可控導(dǎo)電性能, 可以很方便的實(shí)現(xiàn) 各種可控整流電路。 當(dāng)整流負(fù)載容量較大時(shí), 或要求直流電壓脈沖較小時(shí), 應(yīng)采 用三相整流

4、電路, 其交流側(cè)由三相電源提供。 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)用最廣泛的是三相橋式全控整流電路。 三相半波可控 電路 只用三 只晶閘管,接線簡單,但晶閘管承受的正反向峰值電壓較高,變壓 器二次繞組的導(dǎo)電角僅 120,變壓器繞組利用率較低,并且電流是單向的,會 導(dǎo)致變壓器鐵心直流磁化。而采用三相全控橋式整流電路, 流過變壓器繞組的電 流是反向電流, 避免了變壓器鐵芯的直流磁化, 同時(shí)變壓器繞組在一個(gè)周期的導(dǎo) 電時(shí)間增加了一倍,利用率得到了提高。逆變是把直流電變?yōu)榻涣麟? 它是整流的逆過程, 而有源逆變是把直流電經(jīng) 過直 -交變換,逆變成與交流電源同頻率的交流電反送

5、到電網(wǎng)上去。逆變在工農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、航空航天、辦公自動化等領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用,最多的是 交流電機(jī)的變頻調(diào)速。 另外在感應(yīng)加熱電源、 航空電源等方面也不乏逆變電路的 身影。在很多情況下,整流和逆變是有著密切的聯(lián)系,同一套晶閘管電路即可做整流,有能做逆變,常稱這一裝置為“變流器” 。三.關(guān)鍵詞晶閘管,三相全控橋式,整流,有源逆變,波形四.設(shè)計(jì)主要設(shè)備1.MCL 系列教學(xué)試驗(yàn)臺主控制屏;2. NMCL-002 電源控制屏;3.NMCL-001 交直流儀表;4.NMCL-33 觸發(fā)電路和晶閘管主回路;5.NMEL-03 三相電阻器;6.NMEL-05 開關(guān)板;7.NMCL-331 平波電抗器;

6、 8. 雙蹤示波器;9. 萬用電表。五.設(shè)計(jì)電路圖及工作原理1. 電路結(jié)構(gòu)三相全控橋式整流電路是利用晶閘管的單向可控導(dǎo)電性能, 實(shí)現(xiàn)直流電變交 流電, 電路結(jié)構(gòu)采用共陰極接法的三相半波 (VT1,VT3,VT5 和共陽極接法的三 相半波(VT4,VT6,VT2 的串聯(lián)組合,由于共陰極組在正半周導(dǎo)電,流經(jīng)變壓器 的是正向電流;而共陽極組在負(fù)半周導(dǎo)電, 流經(jīng)變壓器的是反向電流。 因此變壓 器繞組中沒有直流磁通, 且每相繞組正負(fù)半周都有電流通過, 提高了變壓器的利 用率。 共陰極組的輸出電壓是輸入電壓的正半周, 共陽極組的輸出電壓是輸入電 壓的負(fù)半周,總的輸出電壓是正負(fù)兩個(gè)輸出電壓的串聯(lián)。有源逆變是

7、將直流電變成和電網(wǎng)同頻率的交流電并送回到交流電網(wǎng)中去。 逆變的兩個(gè)條件, 一是要有直流電動勢, 其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致, 其值 應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓,因此主電路圖采用了一個(gè)用整流二極管 VD1VD6組成三相不可控整流電路來提供一個(gè)直流電動勢,為了保證其值大于 變流電路直流側(cè)的平均電壓,應(yīng)該給變流電路直流側(cè)加一個(gè)變壓器來滿足條件; 二是晶閘管的控制角 90(即 0Rd,在 =0時(shí),其對應(yīng)的 各電壓、電流波形如下圖所示:根據(jù)晶閘管的導(dǎo)通條件可知,對共陰極組來說,哪相電位較其他兩相高時(shí), 就觸發(fā)該相晶閘管使其導(dǎo)通; 對共陽極組來說, 哪相的電位較其他兩相低時(shí), 就 觸發(fā)該相晶閘管使

8、其導(dǎo)通。為保證整流電流 id 有通路,必須保證在同一時(shí)刻里 共陰極組和共陽極組中各有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通。 即電流的通路為:變壓器二次繞組 共陰極組的某相負(fù)載共陽極的某相變壓器二次繞組。整流輸出電壓為Ud=Ud1-Ud2 在一個(gè)周期內(nèi),晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)?VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6。在這里只分析 =0時(shí)的工作 情況如上圖所示, 將一個(gè)周期相電壓分為六 個(gè)區(qū)間:在 t1t2 區(qū)間:U 相電壓最高, VT1 被觸發(fā)導(dǎo)通。 V 相電壓最低, VT6 被觸發(fā)導(dǎo)通,加在負(fù)載上的輸出電壓 Ud=Uu-Uv=Uuv。在 t2t3 區(qū)間:U 相電壓最高, VT1 被觸發(fā)導(dǎo)通。 W 相電壓最低,

9、VT2 被觸發(fā)導(dǎo)通,加在負(fù)載上的輸出電壓 Ud=Uu-Uw=Uuw。在 t3t4 區(qū)間:V 相電壓最高, VT3 被觸發(fā)導(dǎo)通。 W 相電壓最低, VT2被觸發(fā)導(dǎo)通,加在負(fù)載上的輸出電壓 Ud=Uv-Uw=Uvw。在 t4t5 區(qū)間:V 相電壓最高, VT3 被觸發(fā)導(dǎo)通。 U 相電壓最低, VT4 被觸發(fā)導(dǎo)通,加在負(fù)載上的輸出電壓 Ud=Uv-Uu=Uvu。在 t56t 區(qū)間:W 相電壓最高, VT5 被觸發(fā)導(dǎo)通。 U 相電壓最低, VT4 被觸發(fā)導(dǎo)通,加在負(fù)載上的輸出電壓 Ud=Uw-Uu=Uwu。在 t6t7 區(qū)間:W 相電壓最高, VT5 被觸發(fā)導(dǎo)通。 V 相電壓最低, VT6 被觸發(fā)導(dǎo)通

10、,加在負(fù)載上的輸出電壓 Ud=Uw-Uu=Uwu。整流電路的工作特點(diǎn)任何時(shí)候共陰極和共陽極組各有一個(gè)元件同時(shí)導(dǎo)通才能形成電流通路。 每個(gè)晶閘管導(dǎo)通角為 120;共陰極組晶閘管 VT1,VT3,VT5,按相序依次觸發(fā)導(dǎo)通,相位相差 120, 共陽極組晶閘管 VT2, VT4,VT6, 相位相差 120, 也按相序依次觸發(fā)導(dǎo)通, 同一 相得晶閘管相位差 180.輸出電壓由六段電壓組成,每周期脈動六次。 晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同,它至于晶閘管的導(dǎo)通情況有 關(guān),其波形由三段組成。一段為零,兩段為線電壓。晶閘管承受最大正、反向電 壓的關(guān)系也相同。變壓器二次繞組流過正、負(fù)兩個(gè)方向的電流,消除了

11、變壓器的直流磁化, 提高了利用率。對觸發(fā)脈沖寬度的要求。 整流橋正常工作時(shí), 需保證同時(shí)導(dǎo)通的 2 個(gè)晶閘 管均有脈沖, 常用的方法有兩種:一種是寬脈沖觸發(fā), 它要求觸發(fā)脈沖的寬度大 于 60;另一種是雙窄脈沖觸發(fā),即觸發(fā)一個(gè)晶閘管時(shí),向小一個(gè)序號的晶閘 管補(bǔ)發(fā)一個(gè)脈沖。 寬脈沖觸發(fā)要求觸發(fā)功率大, 易使脈沖變壓器飽和, 所以采用 雙脈沖觸發(fā)。0時(shí), 晶閘管不在自然換相電換流, 而是從自然換相點(diǎn)后移 角度開始換 流,工作過程與 =0基本相同。電阻性負(fù)載 60時(shí)的 Ud 波形連續(xù),60時(shí) Ud 波形連續(xù), =120時(shí), 輸出電壓為零, 因此三相全控橋式整流電路電阻性 負(fù)載相移范圍為0 120。逆

12、變電路圖 1 為三相橋式有源逆變電路的原理圖。為滿足逆變條件,左端橋式不可 控整流電路為逆變提供了上正下負(fù)的電動勢。六.電路調(diào)試1. 校正雙蹤示波器, 兩個(gè)探頭同時(shí)夾在示波器自帶的方波發(fā)生器上, 如果方 波的正負(fù)面積相等,則示波器正常,否則就要校正好示波器。2. 按電路原理圖接線, 未上主電源前, 檢查電源相序及晶閘管的脈沖是否正常。.打開 NMCL-002 電源開關(guān),給定電壓有電壓顯示。 用示波器觀察每只晶閘管的控制極,陰極,應(yīng)有幅度為 1V-2V 的脈沖。3. 研究三相全控橋式整流電路供電給電阻負(fù)載時(shí)的工作 方，需要慎重考慮。否則，就可能走許多 彎路、費(fèi)許多周折，甚至南轅北轍，難以到達(dá)目的

13、地。因此，選題時(shí)一定要考慮 好了。第二，題目確定后就是找資料了。查資料是做課程設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作，好的開端就相當(dāng)于成功了一半，到圖書館、書店、資料室去，雖說是比較原始的方式，但也有可取之處的。總之，不管通過哪種方式查的資料都是有利用價(jià)值的，要一一記錄下來以備后用。 第三，通過上面的過程，已經(jīng)積累了不少資料，對所選的題目也大概有了一 些了解，這一步就是在這樣一個(gè)基礎(chǔ)上，綜合已有的資料來更透徹的分析題目。 第四，有了研究方向，就應(yīng)該動手實(shí)現(xiàn)了。其實(shí)以前的三步都是為這一步作 的鋪墊。 通過這次設(shè)計(jì)， 使我對三相全控橋式整流電路及有源逆變電路的工作原理了解 更加深刻了， 通過理論與實(shí)際的結(jié)合去分析問題， 如在理論上電感的值是無窮大， 脈沖角度為 90時(shí) Ud 的波形不會出現(xiàn)斷續(xù)，但在實(shí)際中，電感大會影響人身安 全，因此觀察的實(shí)際波形就會出現(xiàn)失真。 在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立創(chuàng)新的能力，相 信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使 我充分體會到了在創(chuàng)新過程中的探索的艱難和成功的喜悅。 雖然這個(gè)設(shè)計(jì)還