電力電子課設(shè)-三相橋式半控整流

...wd......wd......wd...目錄前言類似于單相半控橋，三相半控橋式整流電路在帶大電感負(fù)載時(shí)，如負(fù)載端不加接續(xù)流二極管那么會出現(xiàn)失控的現(xiàn)象，在整流電路工作過程中，如突然切斷觸發(fā)信號或把控制角突然增大到180o時(shí)，電路中會發(fā)生某個(gè)導(dǎo)通著的晶閘管不關(guān)斷，而共陽極組的三個(gè)整流管輪流導(dǎo)通的現(xiàn)象。假定在VT3管導(dǎo)通時(shí)，觸發(fā)脈沖突然消失，那么VT1，VT5不可能再導(dǎo)通，整流輸出電壓。當(dāng)時(shí)，VD2自然換流至VD4、VD2關(guān)斷，VD4導(dǎo)通，.當(dāng)時(shí)，又從VD4換至VD6，電流通過VT3、VD6續(xù)流，，VT3沒方法繼續(xù)導(dǎo)通，整個(gè)電路的工作也就停頓。為解決失控問題，在負(fù)載兩端必須并接續(xù)流二極管，這樣電路在線電壓過零后，由續(xù)流二極管導(dǎo)通續(xù)流，晶閘管上電流為零關(guān)斷，輸出電壓波形與帶電阻性負(fù)載時(shí)一樣，不會出現(xiàn)負(fù)電壓。接有續(xù)流二極管的三相半控橋電路，只有在α>60o以后續(xù)流管才有電流流過。3.4主電路相關(guān)參數(shù)的計(jì)算〔1〕輸出電壓平均值的計(jì)算三相橋式半控整流電路阻感負(fù)載平均電壓的計(jì)算要分別考慮電壓波形連續(xù)和斷續(xù)的情況。當(dāng)電壓波形連續(xù)時(shí)(，)：當(dāng)電壓波形斷續(xù)時(shí)〔〕：由此可見，eq\o\ac(○,1)〔2〕的范圍的計(jì)算將，代入eq\o\ac(○,1)可得：當(dāng)時(shí)，=180°，當(dāng)時(shí)，=80.47°所以：80.47°<<180°eq\o\ac(○,2)〔3〕當(dāng)時(shí)的的計(jì)算：此時(shí)，由公式eq\o\ac(○,1)可得=143.68°eq\o\ac(○,3)〔4〕流過二極管、晶閘管的電流參數(shù)計(jì)算：流過整流二極管和晶閘管的平均電流：eq\o\ac(○eq\o\ac(○,4)電流有效值為：eq\o\ac(○,5)流過續(xù)流二極管電流的平均值和有效值分別為：eq\o\ac(eq\o\ac(○,7)〔5〕晶閘管的額定參數(shù)的計(jì)算晶閘管和二極管承受的最大電壓為：eq\o\ac(○,9)故晶閘管的額定電壓為：eq\o\ac(○,10)流過每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：故晶閘管的額定電流為：eq\o\ac(○,12)〔6〕變壓器參數(shù)計(jì)算變壓器二次電流有效值：eq\o\ac(○,13)eq\o\ac(○,8)eq\o\ac(○,11)變壓器容量：eq\o\ac(○,14)4整流器的相控觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)4.1觸發(fā)電路方案選擇同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路由脈沖形成環(huán)節(jié)，鋸齒波形成，脈沖移相，同步環(huán)節(jié)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。在本學(xué)期課程中我們學(xué)到的是三相全控橋的觸發(fā)電路。舉一反三的來說，三相半控橋的觸發(fā)和全控橋不同的是：全控橋在其合閘啟動過程中或電流斷續(xù)時(shí)，為確保電路在正常工作，需保證同時(shí)導(dǎo)通的兩個(gè)晶閘管均有脈沖，而半控橋中，只需觸發(fā)一組晶閘管，另一組二極管是自然導(dǎo)通。但兩者都是間隔120度觸發(fā)，故本次設(shè)計(jì)中仍可沿用三相全控橋的觸發(fā)電路，將多出的端口不接到二極管即可實(shí)現(xiàn)。下面分析全控橋觸發(fā)方式，對三相橋式全控整流電路，在其合閘啟動過程中或電流斷續(xù)時(shí)，為確保電路在正常工作，需保證同時(shí)導(dǎo)通的兩個(gè)晶閘管均有脈沖。為此，可采用兩種方法：一種是使脈沖寬度大于〔一般取～〕，稱為寬脈沖觸發(fā)；另一種方法是，在觸發(fā)某個(gè)晶閘管的同時(shí)，給前一個(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)窄脈沖的前沿相差，脈寬一般為～，稱為雙脈沖觸發(fā)。雙脈沖電路較復(fù)雜，但要求的觸發(fā)電路輸出功率小。寬脈沖觸發(fā)電路雖可少輸出一半脈沖，但為了不使脈沖變壓飽和，需將鐵心體積做得較大，繞組匝數(shù)較多，導(dǎo)致漏感增大。因此，常用的是雙脈沖觸發(fā)。所以本三相半控橋式整流電路也采用鋸齒波雙窄脈沖同步觸發(fā)電路。4.2常用的集成觸發(fā)電路常用的三相橋式整流電路的集成觸發(fā)電路是由三個(gè)KJ004集成塊和一個(gè)KJ041集成塊組成的，脈沖產(chǎn)生后由六個(gè)晶體管進(jìn)展放大。圖5KJ004電路原理圖KJ004電路由同步檢測電路、鋸齒波形成電路、偏形電壓、移相電壓及鋸齒波電壓綜合比較放大電路和功率放大電路四局部組成。電原理見圖5：鋸齒波的斜率決定于外接電阻R6、RW1，流出的充電電流和積分電容C1的數(shù)值。對不同的移相控制電壓VY，只有改變權(quán)電阻R1、R2的比例，調(diào)節(jié)相應(yīng)的偏移電壓VP。同時(shí)調(diào)整鋸齒波斜率電位器RW1，可以使不同的移相控制電壓獲得整個(gè)移相范圍。觸發(fā)電路為正極性型，即移相電壓增加，導(dǎo)通角增大。R7和C2形成微分電路，改變R7和C2的值，可獲得不同的脈寬輸出。KJ004的同步電壓為任意值。雙脈沖信號的形成與控制用KJ041六路雙脈沖形成器完成，KJ041是三相橋式觸發(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。實(shí)用塊有電子開關(guān)控制的KJ041電路組成邏輯控制。集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便，隨著集成電路制作技術(shù)的提高，晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸取代分立式電路。圖6三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路4.3觸發(fā)電路的定相向晶閘管整流電路供電的交流側(cè)電源通常來自電網(wǎng)，電網(wǎng)的頻率不是固定不變的，而是會在允許內(nèi)有一定的波動。觸發(fā)電路除了應(yīng)當(dāng)保證工作頻率與主電路交流電源的頻率一致外，還應(yīng)保證每個(gè)晶閘管觸發(fā)脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系。圖7三相全控橋中主電路電壓與同步電壓關(guān)系示意圖圖7三相全控橋中主電路電壓與同步電壓關(guān)系示意圖為保證觸發(fā)電路和主電路頻率一致，利用一個(gè)同步變壓器，將一次側(cè)接入為主電路供電的電網(wǎng)，由其二次側(cè)提供同步電壓信號，這樣，由同步電壓決定的觸發(fā)脈沖頻率與主電路晶閘管電壓頻率始終是一致的。接下來就是觸發(fā)電路的定相，即選擇同步電壓信號的相位，以保證觸發(fā)脈沖相位正確。觸發(fā)電路的定相由多方面的因素確定，主要包括相控電路的主電路構(gòu)造、觸發(fā)電路構(gòu)造等。觸發(fā)電路定相的關(guān)鍵是確定同步信號與晶閘管陽極電壓的關(guān)系。主電路電壓與同步電壓的關(guān)系如圖7所示。對于晶閘管VT1，其陽極與交流側(cè)電壓相接，可簡單表示為VT1所接主電路電壓為+，VT1的觸發(fā)脈沖從至的范圍為～。采用鋸齒波同步的觸發(fā)電路時(shí)，同步信號負(fù)半周的起點(diǎn)對應(yīng)于鋸齒波的起點(diǎn)，通常使鋸齒波的上升段為，上升段起始的和終了的線性度不好，舍去不用，使用中間的。鋸齒波的中點(diǎn)與同步信號位置對應(yīng)。對于其它兩個(gè)晶閘管，也存在同樣的對應(yīng)關(guān)系，即同步電壓應(yīng)滯后于主電路電壓。以上分析了同步電壓與主電路電壓的關(guān)系，一旦確定了整流變壓器和同步變壓器的接法，即可選定每一個(gè)晶閘管的同步電壓信號。接法如圖8所示。圖8同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖圖8同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖5保護(hù)電路的設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算5.1過電流保護(hù)當(dāng)電力電子變流裝置內(nèi)部某些器件被擊穿或短路；驅(qū)動、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障；外部出現(xiàn)負(fù)載過載；直流側(cè)短路；可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)產(chǎn)生逆變失??；以及交流電源電壓過高或過低；均能引起裝置或其他元件的電流超過正常工作電流，即出現(xiàn)過電流。因此，必須對電力電子裝置進(jìn)展適當(dāng)?shù)倪^電流保護(hù)。熔斷器是最簡單的過電流保護(hù)元件，但最普通的熔斷器由于熔斷特性不適宜，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(shí)熔斷起到保護(hù)作用。于是常用的是快速熔斷器作過電流保護(hù)，其過流保護(hù)電路原理圖如圖9所示。圖9過流保護(hù)原理圖此外，在選擇快速熔斷器時(shí)應(yīng)考慮以下四點(diǎn)：〔1〕電壓等級應(yīng)根據(jù)熔斷后快熔實(shí)際承受的電壓來確定?！?〕電流容量應(yīng)按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定?？烊垡话闩c電力半導(dǎo)體器件串聯(lián)連接，在小容量裝置中也可串接于閥側(cè)交流母線或直流母線中?！?〕快熔的值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許值、〔4〕為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)中晶閘管的額定電流為0.31-0.41A,快速熔斷器的熔斷電流大于1.5倍的晶閘管額定電流，所以快速熔斷器的熔斷電流為0.615.2過電壓保護(hù)電力電子裝置可能的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等，操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起；雷擊過電壓：由雷擊引起。內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，包括：〔1〕換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相完畢后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，該反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓；〔2〕關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。過電壓保護(hù)的第一種方法是并接R-C阻容吸收回路，以及用壓敏電阻或硒堆等非線性元件加以抑制。見圖10和圖11。圖10阻容三角抑制過電壓圖11壓敏電阻過壓過電壓保護(hù)的第二種方法是采用電子電路進(jìn)展保護(hù)。常見的電子保護(hù)原圖如圖12所示：圖12過電壓保護(hù)電路在此我們采用儲能元件保護(hù)即阻容保護(hù)。根據(jù)阻容保護(hù)電路，，其中S為變壓器每相平均計(jì)算容量值，U為相電壓有效值，為變壓器短路電壓百分值，為短路電流百分值，取Ra=1KΩ，Ca=0.1uF。6應(yīng)用舉例可以設(shè)計(jì)成一個(gè)給直流電動機(jī)供電的可調(diào)速裝置，設(shè)計(jì)圖如圖13所示。圖13當(dāng)我們調(diào)節(jié)得大小由0到180度，我們可以得到不同輸出電壓，可以用于電動機(jī)的調(diào)速，由于負(fù)載電壓不能為負(fù)，故無法實(shí)現(xiàn)逆變，但是，正向的調(diào)速還是很經(jīng)濟(jì)簡單方便的。7心得體會電力電子一直是自己比較喜歡的一門學(xué)科，拿到課程設(shè)計(jì)的題目也想著可以好好檢驗(yàn)自己的學(xué)習(xí)成果，一直認(rèn)為，期末考試是所謂的應(yīng)試教育，而課程設(shè)計(jì)似乎更加地考驗(yàn)所學(xué)的知識，所謂實(shí)踐與理論相結(jié)合就是這個(gè)道理吧。課程設(shè)計(jì)總能讓我有一種我站在山面前的感覺，看上去比較陌生高大，但是攀登的技巧早已在平時(shí)的學(xué)習(xí)中習(xí)得，不斷地去攀登，不斷地在回味課堂上教師講的東西，書本上的東西，這是一種奇妙的體驗(yàn)。這次的課設(shè)，題目看上去不難，三相橋式整流，是平時(shí)學(xué)習(xí)教學(xué)的重點(diǎn)，可是設(shè)計(jì)過程也是充滿曲折。首先是題目下發(fā)的時(shí)候電阻的數(shù)值有誤，致我百思不得其解，后來在教師的幫助下，才得到解決，仔細(xì)看看題目之后又發(fā)現(xiàn)這并不是書本課堂上常規(guī)的三相全控橋式整流，由于負(fù)載電壓的范圍并不滿足要求，而這種電路，教材上并沒有介紹，我一時(shí)沒有頭緒，不知該怎么辦。但是我馬上冷靜下來，想到教師建議我們的做課設(shè)的步驟和方法。于是首先我在網(wǎng)上查詢相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)相關(guān)的信息較少，再去圖書館中查閱書籍，終于知道這是一種典型的三相半控橋，然后我仔細(xì)研讀，終于弄清楚電路的原理，為之后的設(shè)計(jì)掃清了障礙，然后經(jīng)過與同學(xué)的討論，對題目有了進(jìn)一步的了解。從中我了解到遇到的電路或者課題并一定是你見過的，而面對新的東西，我們要冷靜地去尋求解決之道，結(jié)合自己所學(xué)來吃透理解那些未知的東西，這樣就會覺得學(xué)到了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過課堂的東西，但是卻源于課堂。之后就根據(jù)題目的要求進(jìn)展設(shè)計(jì)了且到達(dá)所有要求，這個(gè)課題在網(wǎng)上能找的有效資源特別少，所以寫起來過程有點(diǎn)辛苦，但是覺得收獲很多，對知識理解加深。參考文獻(xiàn)[1]王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，