1、電力電子學課程設計說明書電力電子學課程設計說明書題目： 三相橋式全控整流電路的設計 學生姓名 學號 專業 電氣工程及其自動化 班級 1003 指導教師 楊國慶 完成時間 2013-6-20 摘 要整流電路技術在工業生產上應用極廣，整流電路就是把交流電能轉換為直流電能的電路。本文主要介紹三相橋式全控整流電路的主電路和觸發電路的原理及控制電路圖,由工頻三相電壓380V經升壓變壓器后由SCR(可控硅)再整流為直流供負載用。但是由于工藝要求大功率,大電流,高電壓,因此控制比較復雜,特別是觸發電路部分必須一一對應,否則輸出的電壓波動大甚至還有可能短路造成設備損壞。 本電路圖主要由芯片C8051-F020

2、微控制器來控制并在不同的時刻發出不同的脈沖信號去控制6個SCR。在負載端取出整流電壓,負載電流到C8051-F020模擬口,然后由MCU處理后發出信號控制SCR的導通角的大小。 在本課題設計開發過程中,我們使用KEIL-C開發軟件,C8051開發系統及PROTEL-99,并最終實現電路改造設計,并達到預期的效果。關鍵字：KEIL-C；電力電子；三相；整流；目 錄摘要2第一章 課程設計要求 4第二章 主電路的設計及定量分析4 2.1 主電路設計4 2.3 參數分析6第三章 保護電路的設計7 3.1 晶閘管的過電壓保護7 3.2 晶閘管的過電流保護8 3.3 觸發電路與主電路的同步8第4章 器件參

3、數選擇9第5章 總電路圖10第6章 MATLAB 仿真10第七章 課程設計體會12 參考文獻13第一章 課程設計要求1、單相橋式相控整流的設計要求為： 負載為感性負載,L=500mH,R=100歐姆.2、技術要求:1)、電源電壓：交流380V/50Hz2)、整流功率：1KW按課程設計指導書提供的課題，根據基本要求及參數獨立完成設計。第二章 課程設計方案的選擇及分析2.1 整個設計主要分為主電路、觸發電路、保護電路三個部分。電源三相橋式全控整流電路直流電動機同步電路集成觸發器觸發信號觸發模塊圖1-1 三相橋式全控整流電路結構圖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

4、流電機傳動），下面主要分析阻感負載時的情況，因為帶反電動勢阻感負載的情況，與帶阻感負載的情況基本相同。 當60度時，ud波形連續，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ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。區別在于負載不同時，同樣的整流輸出電壓加到負載上，得到的負載電流 id 波形不同，電阻負載時 ud 波形與 id 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2-2和圖2-3分別給出了三相橋式全控整流電路帶阻感負載=0度和=30度的波形。 圖2-2中除給出ud波形和id波形外

5、，還給出了晶閘管VT1電流 iVT1 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，iVT1波形由負載電流 id 波形決定，和ud波形不同。 圖2-3中除給出ud波形和 id 波形外，還給出了變壓器二次側a相電流 ia 的波形，在此不做具體分析。 圖2-2 觸發角為0度時的波形圖 圖2-3 觸發角為30時的波形圖當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ud波形不會出現負的部分，而阻感負載時，由于電感L的作用，ud波形會出現負的部分。圖2-4給出了=90度時的波形。若電感L值足夠大，ud中正負面積將基本相等，ud平均值近似為零。這說明，帶阻感負載

6、時，三相橋式全控整流電路的角移相范圍為90度。圖2-4 觸發角為90時的波形圖 2.2定量分析在以上的分析中已經說明，整流輸出的波形在一周期內脈動6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，以線電壓的過零點為時間坐標的零點，于是可得當整流輸出電壓連續時（即帶阻感負載60o時）的平均值為 電阻負載且>60o時，整流電壓平均值為 輸出電流平均值為Id = Ud/R。 當整流變壓器為圖1中所示采用星形聯結，帶阻感負載時，變壓器二次側電流波形如圖7中所示，為正負半周各寬120o、前沿相差180o的矩形波，其有效值為 晶閘管電壓、電流等的定量

7、分析與三相半波時一致。 晶閘管的參數：（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Utn=U2考慮安全裕量，一般晶閘管的額定電壓為工作時所承受峰值電壓的23倍。即 U額=(23)Utn 。 根據要求，輸出功率為1kw，負載電阻為100歐姆，理想變壓器二次側電壓U2=330，所以晶閘管的額定電壓U額=(23)U2=(23)×330.（2）電流額定：通態平均電流IVT(AV)=0.368Id，Id=Ud/R, Ud=2.34 U2.考慮安全裕量，應選用的通態平均電流為計算的（1.52）倍。計算得IVT(AV)=2.45A.（3）對于晶閘管我們選用可關斷晶閘管CTO。它是具

8、有門極正信號觸發導通和門極負信號關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可關斷的優點。（4）總上述，我們選用國產50A GTO。參數如下.選用電阻20歐姆。正向阻斷電壓:10001500,受反壓，陽極可關斷電流：30、50A擎柱電流0.52.5正向觸發電流：200800MA，反向關斷電流：610A，開通時間：<6us,m關斷時間:<10us,工作頻率：<3KHz,允許du/dt>500V/us,允許di/dt>100A/us,正管壓降24V關斷增益：（5）整流變壓器的參數：很多情況下晶閘管整流裝置所要求的變流供電壓與電網電

9、壓往往不能一致，同時又為了減少電網與整流裝置的相互干擾，可配置整流變壓器。我們假設變壓器是理想的。U2=Ud/2.3485.5V.所以變壓器的匝數比為380/85.5=760/171.變壓器一、二次容量為S2=3 U2I2=3*85.5*0.816Id。第三章 保護電路的設計3.1 晶閘管的過電壓保護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，且多次硬開關也會損壞管子。因此必須抑制晶閘管可能出現的過電壓，常采用簡單有效的過電壓保護措施。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

10、阻容保護，電路圖如圖4圖43.2. 晶閘管的過電流保護 常見的過電流保護有：快速熔斷器保護，過電流繼電器保護，直流快速開關過電流保護。 快速熔斷器保護是最有效的保護措施；過電流繼電器保護中過電流繼電器開關時間長（只有在短路電流不大時才有用；直流快速開關過電流保護功能很好，但造價高，體積大，不宜采用。 因此，最佳方案是用快速熔斷器保護。如圖5 圖53.3觸發電路與主電路的同步所謂的同步，就是要求觸發脈沖和加于晶閘管的電源電壓之間必須保持頻率一致和相位固定。為實現這個，利用一個同步變壓器，將其一側接入為主電路供電的電網，其二次側提供同步電壓信號，這樣，由同步電壓決定的觸發脈沖頻率與主電路晶閘管電壓

11、頻率始終保持一致的。再是觸發電路的定相，即選擇同步電壓信號的相位，以保證觸發電路相位正確。第四章 參數的選擇我們選用國產50A GTO。參數如下.選用電阻20歐姆。正向阻斷電壓:10001500,受反壓，陽極可關斷電流：30、50A擎柱電流0.52.5正向觸發電流：200800MA，反向關斷電流：610A，開通時間：<6us,m關斷時間:<10us,工作頻率：<3KHz,允許du/dt>500V/us,允許di/dt>100A/us,正管壓降24V關斷增益：5.整流變壓器的參數：很多情況下晶閘管整流裝置所要求的變流供電壓與電網電壓往往不能一致，同時又為了減少電網與

12、整流裝置的相互干擾，可配置整流變壓器。我們假設變壓器是理想的。U2=Ud/2.3485.5V.所以變壓器的匝數比為380/85.5=760/171.變壓器一、二次容量為S2=3 U2I2=3*85.5*0.816Id。晶閘管阻容吸收元件參數可按下表所提供的經驗數據選取，電容耐壓一般選晶閘管額定電壓1.11.5倍。晶閘管額定電流IT(AV)/A1000 500 200 100 50 20 10電容C/UF 2 1 0.5 0.25 0.2 0.15 0.1電阻R/歐姆2510204080100由題意用電容為0.2UF，電容耐壓為900)V;電阻為40歐姆。 對于主電路的保護，電容C=6I0%S/

13、U2/U2,電阻R2.3 U2* U2 對于晶閘管的過電流保護，快速熔斷器的熔體采用一定的銀質熔絲，周圍充以石英砂填料，構成封閉式熔斷器。選擇快熔，要考慮一下幾點：（1）快熔的額定電壓應大于線路正常工作電壓；（2）快熔的額定電流應大于或等于內部熔體的額定電流；（3）熔體的額定電流是有效值。根據以上特點，我們選用國產RLS系列的RLS-50快速熔斷器。第五章 總電路圖第六章 MATLAB 仿真打開仿真參數窗口，選擇ode123tb算法，將相對誤差設置1e-3，仿真開始時間設置為0，停止時間設置為0.04秒。在下面的仿真圖中Ud、Id為負載電壓（V）和負載電流（A）。1 觸發角為0度是的波形圖5-

14、5 觸發角為0度時ud、id的波形圖 觸發角為30度時的波形圖5-6 觸發角為30度時ud、id的波形圖2 觸發角為90度時的波形第7章 體會與心得本次設計，我所設計的是三相橋式全控整流電路，開始設計時我遇到了很多的問題，特別是在用MTALAB對整流電路進行仿真時，我有種很深的無助感。好在后來經過仔細查閱資料，各類圖書，以及老師和同學的幫助，我順利完成了課設中的任務。我學到了不少東西，是我開闊了眼界，同時我也意識到到自己的不足，覺得應該好好學習，努力增加自己的知識含量。在設計中，我感到自己平時下功夫太少，以至于書到用時方恨少。我覺得，一次課程設計是我如此疲憊，所以應該珍惜別人勞動成果。還要感謝教我的老師，沒有他們，我這次課程設計無法完成。總之以后要好好學習，更加努力的汲取知識。 參考文獻1 潘湘高. 基于MATLAB的電力電子電路建模仿真方法的研究. 計算機仿真，第20