電力電子課程設計--三相橋式全控整流電路設計

1、<p>　　電力電子技術(shù)課程設計</p><p>　　——三相橋式全控整流電路課程設計</p><p><b>　　、</b></p><p><b>　　姓名： </b></p><p>　　班級：自動化11-1</p><p><b>　　學號： &l

2、t;/b></p><p><b>　　指導教師： </b></p><p>　　完成日期：2014年01月7日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　整流電路就是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電的電路。整流電路技術(shù)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

3、源等。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。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。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電力電子 全控 整流</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　簡介及結(jié)構(gòu)框圖..............................................

4、.....................1</p><p>　　主電路設計及原理...............................................................2</p><p>　　工作特點............................................................................

5、...3</p><p>　　3.1阻感負載時的工作情況....................................3</p><p>　　定量分析與參數(shù)計算...........................................................6</p><p>　　保護電路設計......................

6、.................................................8</p><p>　　5.1晶閘管的保護設計..................................................................................8</p><p>　　5.1.1晶閘管的過電壓保護................

7、....................................................................8</p><p>　　5.1.2晶閘管的過電流保護....................................................................................8</p><p>　　5.2交流側(cè)

8、的保護設計..................................................................................9</p><p>　　6. 總接線圖..............................................................................10</p><p>　

9、　7. 總結(jié)......................................................................................11</p><p>　　1. 簡介及結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　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

10、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保護。采用晶閘管觸發(fā)裝置觸發(fā)晶閘管，使三相全控橋?qū)⒔涣髡鞒芍绷?，帶動直流電動機運轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖1-1為三相橋式全控整流電路結(jié)構(gòu)框圖。整個設計主要分為主電路、觸發(fā)電路、保護電路三個部分。當接通電源時，三相橋式全控整流電路主電路通電，同時通過同步電路連接的集成觸發(fā)電路也

11、通電工作，形成觸發(fā)脈沖，使主電路中晶閘管觸發(fā)導通工作，經(jīng)過整流后的直流電通給直流電動機，使其工作。</p><p><b>　　圖1-1結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　2. 主電路設計及原理</p><p>　　如圖2-1所示，為三相橋式全控帶阻感負載，根據(jù)要求要考慮電動機的電樞電感與電樞電阻，故為阻感負載。習慣將其中陰極連接在一起的3個

12、晶閘管稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個晶閘管稱為共陽極組。共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT1、VT3、VT5， 共陽極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT4、VT6、VT2。晶閘管的導通順序為 VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。變壓器為型接法。變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng),影響電網(wǎng)供電的質(zhì)量。</p><p>　　圖2-

13、1三相橋式全控帶阻感負載</p><p><b>　　3. 工作特點</b></p><p>　　下面從觸發(fā)角時的情況可以總結(jié)出三相橋式全控整流電路的工作特點：</p><p>　?。?）每個時刻均需兩個晶閘管同時導通，形成向負載供電的回路，其中共陰極組和共陽極組 各一個，且不能為同一相器件。</p><p>　?。?）

14、對觸發(fā)脈沖的要求：</p><p>　　按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差。</p><p>　　共陰極 組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差。</p><p>　　共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差。</p><p>　　同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6， VT5與VT2，脈沖相差

15、。</p><p>　?。?） 整流輸出電壓一周期脈動六次，每次脈動的波形都一樣, 故該電路為六脈波整流電路。</p><p>　?。?）整流電路合閘啟動過程中或電流連續(xù)時，為確保電路的正常工作，需保證同時導通的兩個晶閘管均有脈沖。</p><p>　?。?）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。</p><

16、;p>　　晶閘管導通情況及整流輸出電壓情況如表3-1所示：</p><p>　　表3-1晶閘管導通情況及整流輸出電壓情況</p><p>　　3.1阻感負載時的工作情況</p><p>　　三相橋式全控整流電路大多用于向阻感負載和反電動勢阻感負載供電（即用于直流電機傳動），下面主要分析阻感負載時的情況，對于帶反電動勢阻感負載的情況，只需在阻感負載的基礎(chǔ)上掌握其

17、特點，即可把握其工作情況。 </p><p>　　當≤60度時，波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。區(qū)別在于負載不同時，同樣的整流輸出電壓加到負載上，得到的負載電流 波形不同，電阻負載時 波形與 的波形形狀一樣。而阻感負載時，由于電感的作用，使得負載電流波形變得平直，當電感足夠大的時候，負載電流的波形可近似為一條水平線。圖3-1

18、-1和圖3-1-2分別給出了三相橋式全控整流電路帶阻感負載=0度和=30度時的波形。 </p><p>　　圖3-1-1中除給出波形和波形外，還給出了晶閘管VT1電流的波形，可與帶電阻負載時的情況進行比較。由波形圖可見，在晶閘管VT1導通段，波形由負載電流 波形決定，和波形不同。 </p><p>　　圖3-1-2中除給出波形和 波形外，還給出了變壓器二次側(cè)a相電流 的波形，在此不做

19、具體分析。 </p><p>　　圖3 -1-1觸發(fā)角=0度時的波形圖</p><p>　　圖3-1-2 觸發(fā)角=30時的波形圖</p><p>　　當>60度時，阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同，電阻負載時波形不會出現(xiàn)負的部分，而阻感負載時，由于電感L的作用，波形會出現(xiàn)負的部分。圖3-1-3給出了=90度時的波形。若電感L值足夠大，中正負面積將基本相等，

20、平均值近似為零。這說明，帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的角移相范圍為90度。</p><p>　　圖3-1-3 觸發(fā)角=90時的波形圖</p><p>　　4. 定量分析與參數(shù)計算</p><p>　　在以上的分析中已經(jīng)說明，整流輸出的波形在一周期內(nèi)脈動六次，且每次脈動的波形相同，因此在計算其平均值時，只需對一個脈波（即1/6周期）進行計算即可。此外，以線電壓的

21、過零點為時間坐標的零點，于是可得當整流輸出電壓連續(xù)時（即帶阻感負載時，或帶電阻負載=90o時）的平均值為</p><p>　　電阻負載且α>60o時，整流電壓平均值為 </p><p><b>　　輸出電流平均值為。</b></p><p>　　當整流變壓器為圖1中所示采用星形聯(lián)結(jié)，帶阻感負載時，變壓器二次側(cè)電流波形如圖7中所示，為

22、正負半周各寬120o、前沿相差180o的矩形波，其有效值為 </p><p>　　晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。 </p><p><b>　　晶閘管的參數(shù)：</b></p><p>　?、匐妷侯~定：晶閘管在三相橋式全控整流過程中承受的峰值電壓:</p><p>　　考慮安全裕量，一般晶閘管的額定電壓為工

23、作時所承受峰值電壓的2~3倍。即 。 </p><p>　　例如,輸出功率為2kw，負載電阻為20，理想變壓器二次側(cè)電壓</p><p>　　所以晶閘管的額定電壓:</p><p>　　②電流額定：通態(tài)平均電流，, 。考慮安全裕量，應選用的通態(tài)平均電流為計算的倍。計算得</p><p><b>　　。</b&

24、gt;</p><p>　?、蹖τ诰чl管我們選用可關(guān)斷晶閘管CTO。它是具有門極正信號觸發(fā)導通和門極負信號關(guān)斷的全控型電力電子器件。她既具有普通晶閘管耐壓高、電流大的特點，同時又具有GTR可關(guān)斷的優(yōu)點。</p><p>　?、芫C上所述 ，我們選用國產(chǎn)50A GTO。參數(shù)如下.選用電阻20歐姆。</p><p>　　正向阻斷電壓:1000～1500Ⅴ,受反壓，陽極可關(guān)

25、斷電流：30、50A擎柱電流0.5～2.5正向觸發(fā)電流：200～800MA，反向關(guān)斷電流：6～10A，開通時間：<6us,m關(guān)斷時間:<10us,工作頻率：<3KHz,允許du/dt>500V/us,允許di/dt>100A/us,正管壓降2～4V關(guān)斷增益：</p><p>　?、菡髯儔浩鞯膮?shù)：很多情況下晶閘管整流裝置所要求的變流供電壓與電網(wǎng)電壓往往不能一致，同時又為了減少電網(wǎng)與

26、整流裝置的相互干擾，可配置整流變壓器。</p><p>　　我們假設變壓器是理想的。.所以變壓器的匝數(shù)比為。變壓器一、二次容量為。</p><p><b>　　5. 保護電路設計</b></p><p>　　5.1晶閘管的保護設計</p><p>　　5.1.1晶閘管的過電壓保護</p><p>

27、　　晶閘管的過電壓能力較差，當它承受超過反向擊穿電壓時，會被反向擊穿而損壞。如果正向電壓超過管子的正向轉(zhuǎn)折電壓，會造成晶閘管硬開通，不僅使電路工作失常，且多次硬開關(guān)也會損壞管子。因此必須抑制晶閘管可能出現(xiàn)的過電壓，常采用簡單有效的過電壓保護措施。</p><p>　　對于晶閘管的過電壓保護可參考主電路的過電壓保護，我們使用阻容保護，電路圖如圖5-1-1所示。</p><p>　　圖5-1-

28、1晶閘管阻容過電壓保護</p><p>　　5.1.2晶閘管的過電流保護</p><p>　　晶閘管的過電流保護：過電流可分為過載和短路兩種情況，可采用多種保護 措施。對于晶閘管初開通時引起的較大的di/dt，可在晶閘管的陽極回路串聯(lián)入電感進 行抑制；對于整流橋內(nèi)部原因引起的過流以及逆變器負載回路接地時可以采用接入快 速熔短器進行保護。如圖5-1-2所示：&l

29、t;/p><p>　　圖5-1-2 串聯(lián)電感及熔斷器抑制回路</p><p>　　5.2交流側(cè)的保護設計</p><p>　　晶閘管設備在運行過程中會受到由交流供電電網(wǎng)進入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲，同時設備自身運行中以及非正常運行中也有過電壓出現(xiàn)，所以要進行過電壓保護?？刹捎萌鐖D5-2所示的反向阻斷式過電壓抑制RC保護電路。整流電路正常工作時，保護三相橋

30、式整流器輸出端電壓為變壓器次級電壓的峰值，輸出電流很小，從而減小了保護元件的發(fā)熱。過電壓出現(xiàn)時，該整流橋用于提供吸收過電壓能量的通路，電容將吸取過電壓能量轉(zhuǎn)換為電場能量。過電壓消失后，電容經(jīng)放電，將儲存的電場能量釋放，逐漸將電壓恢復到正常值。</p><p>　　圖5-2阻斷式過電壓抑制RC保護電路</p><p><b>　　6. 總接線圖</b></p>

31、;<p>　　圖5-2-2總接線圖</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　電力電子技術(shù)是一門基礎(chǔ)性和支持很強的技術(shù)，本次課程設計不單單只是引用文獻，更應該理解其原理，掌握其真諦，做到融會貫通。整流技術(shù)廣泛的應用于工業(yè)生產(chǎn)中，其中應用最廣泛的是三相橋式全控整流技術(shù)，其優(yōu)越性在于全控二字，由于這一特點，使其在工業(yè)生產(chǎn)生活中具有旺盛的生

32、命力。本次課程設計中的表格與電路圖均用繪圖軟件visio-2010繪制；原理及結(jié)構(gòu)的講解均引用于教材，為方便理解，進行了適當?shù)母膶憽?lt;/p><p><b>　　個人體會</b></p><p>　　電力電子技術(shù)是一門基礎(chǔ)性和支持很強的技術(shù)，通過本次課程設計 ，我對電力電子技術(shù)這門課有了更深的了解，對各個知識點有了更好的掌握。 本次設計，我設計的是三相橋式全控整流電路

33、，開始設計時我遇到了很多的問題，好在后來經(jīng)過仔細查閱資料，各類圖書，以及老師和同學的幫助，問題得到了很好的解決。在課程設計的過程中我培養(yǎng)了自己獨立工作的能力，增強了自信心，為我的畢業(yè)設計積累了寶貴的經(jīng)驗。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008 </p>