電力電子課程設(shè)計(jì)--三相橋式全控整流電路設(shè)計(jì)

1、<p>　　電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　——三相橋式全控整流電路課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　、</b></p><p><b>　　姓名： </b></p><p>　　班級(jí)：自動(dòng)化11-1</p><p><b>　　學(xué)號(hào)： &l

2、t;/b></p><p><b>　　指導(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(shè)計(jì)及原理...............................................................2</p><p>　　工作特點(diǎn)............................................................................

5、...3</p><p>　　3.1阻感負(fù)載時(shí)的工作情況....................................3</p><p>　　定量分析與參數(shù)計(jì)算...........................................................6</p><p>　　保護(hù)電路設(shè)計(jì)......................

6、.................................................8</p><p>　　5.1晶閘管的保護(hù)設(shè)計(jì)..................................................................................8</p><p>　　5.1.1晶閘管的過電壓保護(hù)................

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

8、的保護(hù)設(shè)計(jì)..................................................................................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(gè)合適的輸入電壓，使晶閘管在較大的功率因數(shù)下運(yùn)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(jìn)入電網(wǎng)的諧波成分。保護(hù)電路采用RC過電壓抑制電路進(jìn)行過電壓保護(hù)，利用快速熔斷器進(jìn)行過電流保護(hù)。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?dòng)直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)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(gè)設(shè)計(jì)主要分為主電路、觸發(fā)電路、保護(hù)電路三個(gè)部分。當(dāng)接通電源時(shí)，三相橋式全控整流電路主電路通電，同時(shí)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(dǎo)通工作，經(jīng)過整流后的直流電通給直流電動(dòng)機(jī)，使其工作。</p><p><b>　　圖1-1結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　2. 主電路設(shè)計(jì)及原理</p><p>　　如圖2-1所示，為三相橋式全控帶阻感負(fù)載，根據(jù)要求要考慮電動(dòng)機(jī)的電樞電感與電樞電阻，故為阻感負(fù)載。習(xí)慣將其中陰極連接在一起的3個(gè)

12、晶閘管稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個(gè)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(gè)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(gè)晶閘管分別為VT4、VT6、VT2。晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)?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(fù)載</p><p><b>　　3. 工作特點(diǎn)</b></p><p>　　下面從觸發(fā)角時(shí)的情況可以總結(jié)出三相橋式全控整流電路的工作特點(diǎn)：</p><p>　?。?）每個(gè)時(shí)刻均需兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，其中共陰極組和共陽極組 各一個(gè)，且不能為同一相器件。</p><p>　　（2）

14、對(duì)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(gè)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(dòng)六次，每次脈動(dòng)的波形都一樣, 故該電路為六脈波整流電路。</p><p>　　（4）整流電路合閘啟動(dòng)過程中或電流連續(xù)時(shí)，為確保電路的正常工作，需保證同時(shí)導(dǎo)通的兩個(gè)晶閘管均有脈沖。</p><p>　　（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、反向電壓的關(guān)系也相同。</p><

16、;p>　　晶閘管導(dǎo)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(dǎo)通情況及整流輸出電壓情況</p><p>　　3.1阻感負(fù)載時(shí)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(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載供電（即用于直流電機(jī)傳動(dòng)），下面主要分析阻感負(fù)載時(shí)的情況，對(duì)于帶反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載的情況，只需在阻感負(fù)載的基礎(chǔ)上掌握其

17、特點(diǎn)，即可把握其工作情況。 </p><p>　　當(dāng)≤60度時(shí)，波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)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(fù)載不同時(shí)，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電流 波形不同，電阻負(fù)載時(shí) 波形與 的波形形狀一樣。而阻感負(fù)載時(shí)，由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，負(fù)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(fù)載=0度和=30度時(shí)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(fù)載時(shí)的情況進(jìn)行比較。由波形圖可見，在晶閘管VT1導(dǎo)通段，波形由負(fù)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(shí)的波形圖</p><p>　　圖3-1-2 觸發(fā)角=30時(shí)的波形圖</p><p>　　當(dāng)>60度時(shí)，阻感負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同，電阻負(fù)載時(shí)波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分，而阻感負(fù)載時(shí)，由于電感L的作用，波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。圖3-1-3給出了=90度時(shí)的波形。若電感L值足夠大，中正負(fù)面積將基本相等，

20、平均值近似為零。這說明，帶阻感負(fù)載時(shí)，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(shí)的波形圖</p><p>　　4. 定量分析與參數(shù)計(jì)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(dòng)六次，且每次脈動(dòng)的波形相同，因此在計(jì)算其平均值時(shí)，只需對(duì)一個(gè)脈波（即1/6周期）進(jìn)行計(jì)算即可。此外，以線電壓的

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

22、正負(fù)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(shí)一致。 </p><p><b>　　晶閘管的參數(shù)：</b></p><p>　　①電壓額定：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(shí)所承受峰值電壓的2~3倍。即 。 </p><p>　　例如,輸出功率為2kw，負(fù)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>　?、陔娏黝~定：通態(tài)平均電流，, ?？紤]安全裕量，應(yīng)選用的通態(tài)平均電流為計(jì)算的倍。計(jì)算得</p><p><b>　　。</b&

24、gt;</p><p>　　③對(duì)于晶閘管我們選用可關(guān)斷晶閘管CTO。它是具有門極正信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通和門極負(fù)信號(hào)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(diǎn)，同時(shí)又具有GTR可關(guān)斷的優(yōu)點(diǎn)。</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(shí)間：<6us,m關(guān)斷時(shí)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(shí)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(shè)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(hù)電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1晶閘管的保護(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1.1晶閘管的過電壓保護(hù)</p><p>

27、　　晶閘管的過電壓能力較差，當(dāng)它承受超過反向擊穿電壓時(shí)，會(huì)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(huì)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(huì)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(hù)措施。</p><p>　　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)，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(hù)</p><p>　　5.1.2晶閘管的過電流保護(hù)</p><p>　　晶閘管的過電流保護(hù)：過電流可分為過載和短路兩種情況，可采用多種保護(hù) 措施。對(duì)于晶閘管初開通時(shí)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(jìn) 行抑制；對(duì)于整流橋內(nèi)部原因引起的過流以及逆變器負(fù)載回路接地時(shí)可以采用接入快 速熔短器進(jìn)行保護(hù)。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(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　晶閘管設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲，同時(shí)設(shè)備自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過電壓出現(xiàn)，所以要進(jìn)行過電壓保護(hù)?？刹捎萌鐖D5-2所示的反向阻斷式過電壓抑制RC保護(hù)電路。整流電路正常工作時(shí)，保護(hù)三相橋

30、式整流器輸出端電壓為變壓器次級(jí)電壓的峰值，輸出電流很小，從而減小了保護(hù)元件的發(fā)熱。過電壓出現(xiàn)時(shí)，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(chǔ)存的電場能量釋放，逐漸將電壓恢復(fù)到正常值。</p><p>　　圖5-2阻斷式過電壓抑制RC保護(hù)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(qiáng)的技術(shù)，本次課程設(shè)計(jì)不單單只是引用文獻(xiàn)，更應(yīng)該理解其原理，掌握其真諦，做到融會(huì)貫通。整流技術(shù)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，其中應(yīng)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(diǎn)，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(shè)計(jì)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(jìn)行了適當(dāng)?shù)母膶憽?lt;/p><p><b>　　個(gè)人體會(huì)</b></p><p>　　電力電子技術(shù)是一門基礎(chǔ)性和支持很強(qiáng)的技術(shù)，通過本次課程設(shè)計(jì) ，我對(duì)電力電子技術(shù)這門課有了更深的了解，對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)有了更好的掌握。 本次設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的是三相橋式全控整流電路

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