1、精選優質文檔-傾情為你奉上 遼寧工程技術大學 電力電子課程設計報告題 目：三相橋式全控整流電路設計學 院：電氣與控制工程學院學生 姓名：劉嘉翔專 業：自動化班 級：自動化13-3學 號：指導 教師：張繼華完成 時間：2015.12.28 目 錄233456 2.4.1 晶閘管的保護電路.7 2.4.2 交流測保護電路.8 2.4.3直流側阻容保護電路.91111 3.2 KJ004 的工作原理.12 3.3 集成觸發器原理圖.15161617192021 第1章 概述整流電路就是把交流電能轉換為直流電能的電路。大多數整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動機的調速、發電機的勵磁

2、調節、電解、電鍍等領域得到廣泛應用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負載之間，用于濾除脈動直流電壓中的交流成分。變壓器設置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網與整流電路之間的電隔離（可減小電網與電路間的電干擾和故障影響）。整流電路的種類有很多，有半波整流電路、單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流電路、三相橋式半控整流電路、三相橋式全控整流電路等。把交流電變換成大小可調的單一方向直流電的過程稱為可控整流。整流器的輸入端一般接在交流電網上。為了適應負載對電源電壓大

3、小的要求，或者為了提高可控整流裝置的功率因數，一般可在輸入端加接整流變壓器，把一次電壓U1，變成二次電壓U2。由晶閘管等組成的全控整流主電路，其輸出端的負載，我們研究是電阻性負載、電阻電感負載。以上負載往往要求整流能輸出在一定范圍內變化的直流電壓。為此，只要改變觸發電路所提供的觸發脈沖送出的早晚，就能改變晶閘管在交流電壓U2一周期內導通的時間，這樣負載上直流平均值就可以得到控制。 第二章 主電路設計與分析2.1整流電路三相橋式全控整流電路圖如下：圖2.1三相橋式全控整流電路圖(1)三相橋式全控整流電路的特點：一般變壓器一次側接成三角型，二次側接成星型，晶閘管分共陰極和共陽極。一般1、3、5為共

4、陰極，2、4、6為共陽極。2管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器件。對觸發脈沖的要求：1)按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60°。2)共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120°，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120°。3)同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180°。UD一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。需保證同時導通的2個晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發一種是雙脈沖觸發。晶閘管承受的電

5、壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也相同。(2)帶電阻負載時的工作情況：1)當a60°時，UD波形均連續，對于電阻負載，id波形與UD波形狀一樣，也連續。 2)當a>60°時，UD波形每60°中有一段為零，UD波形不能出現負值3)帶電阻負載時三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120°(3)晶閘管及輸出整流電壓的情況如表1所示 ：表1 晶閘管及輸出整流電壓時段IIIIIIIVVVI共陰級組中導通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陰級組中導通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓ua-ub=uabu

6、a-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb2.2 三相橋式全控整流電路定量分析(1)當整流輸出電壓連續時（即帶阻感負載時，或帶電阻負載a60°時）的平均值為： (2)帶電阻負載且a >60°時，整流電壓平均值為：輸出電流平均值為 ：Id=UD/R (3)晶閘管承受最大正向電壓為，為變壓器二次線電壓峰值，即 URM=×110=269.4V輸出平均電壓202.6，負載R為5歐姆，則輸出電流Id及觸發角a，即Id=UDR=40.52 A 電阻負載，電感觸發角,則輸出平均電壓，即=128.7V2.3 參數設置晶閘管參數橋

7、臂數量：3緩沖電阻：1000歐姆緩沖電容：1e-6F晶閘管的內電阻:0.1歐姆晶閘管的內電感：1e-5H晶閘管正向管壓降：1V負載參數電阻負載 電感L=0電阻負載，電感2.4 保護電路 電力電子裝置可能的過電壓外因過電壓和內因過電壓，外因過電壓主要來自雷擊和系統操作過程等外因。分別介紹如下：操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起雷擊過電壓：由雷擊引起內因過電壓：主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯的二極管在換相結束后，反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應出過電壓。關斷過電壓：全控型器件關斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。

8、 為了保護設備安全，必須設置保護電路。保護電路包括過電流與過電流保護，大致可以分為兩種情況：一種是在適當的地方安裝保護器件，例如R-C阻容吸收回路、限流電感、快速熔斷器等；另一種則是采用電子保護電路，檢測設備的輸出電壓或輸入電流，當輸出電壓或輸入電流超過允許值時，借助整流觸發控制系統使整流橋短時內工作于有源逆變工作狀態，從而抑制過電壓或過電流的數值。 本例中設計的三相橋式全控整流電路為大功率裝置，故考慮第一種保護方案，分別對晶閘管、交流側、直流側進行保護設電路的設計。2.4.1 晶閘管的保護電路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

9、引起的較大的di/dt，可在晶閘管的陽極回路串聯入電感進行抑制；對于整流橋內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。如圖所示串聯電感及熔斷器抑制回路晶閘管的過電壓保護：晶閘管的過電壓保護主要考慮換相過電壓抑制。晶閘管元件在反向阻斷能力恢復前，將在反向電壓作用下流過相當大的反向恢復電流。電流變化率產生過電壓，即換相過電壓。為使元件免受換相過電壓的危害，一般在元件的兩端并聯RC電路。如圖所示：并聯RC電路阻容吸收回路2.4.2 交流側保護電路 晶閘管設備在運行過程中會受到由交流供電電網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

10、現，所以要進行過電壓保護，可采用如圖4-3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熱。過電壓出現時，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換為電場能量；過電壓消失后，電容經 、 放電，將儲存的電場能量釋放，逐漸將電壓恢復到正常值。反向阻斷式過電壓抑制RC電路2.4.3 直流側阻容保護電路直流側也可能發生過電壓，在圖4-4中，當快速熔斷器熔斷或直流快速開關由于直流側快速開關（或熔斷器）切斷負載電流時，變壓器釋放的儲能也產生過電壓，盡管交流側保護裝置能適當地保護這種過電

11、壓，仍會通過導通的晶閘管反饋到直流側來，為此，直流側也應該設置過電壓保護，用于抑制過電壓。直流側阻容保護 第3章 控制電路設計與分析3.1 觸發電路觸發脈沖的寬度應保證精華雜關可靠導通（門極電流應大于擎柱電流），觸發脈沖應有足夠的幅度，不超過門極電壓、電流和功率，且在可靠觸發區域之內，應有良好的抗干擾性能、溫度穩定性及與主電路的電氣隔離?？刂凭чl管的導通時間需要觸發脈沖，常用的觸發電路有單結晶體管觸發電路，設計利用KJ004構成的集成觸發器實現產生同步信號為鋸齒波的觸發電路。晶閘管可控整流電路，通過控制觸發角a的大小即控制觸發脈沖起始相位來控制輸出電壓大小。為保證相控電路正常工作，很重要的是應

12、保證按觸發角a的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發脈沖。晶閘管相控電路，習慣稱為觸發電路。大、中功率的變流器廣泛應用的是晶體管觸發電路，其中以同步信號為鋸齒波的觸發電路應用最多?？煽啃愿?，技術性能好，體積小，功耗低，調試方便。晶閘管觸發電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路。晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應用于可控整流、交流調壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電子電路中。晶閘管具有下面的特性：1） 當晶閘管承受反向電壓時，無論門極是否有觸發電流，晶閘管都不會導通。2） 晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下

13、晶閘管才導通。3） 晶閘管在導通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何變化，晶閘管都保持導通，即晶閘管導通后，門極失去作用。晶閘管在導通情況下，當主回路電壓（或電流）減小到接近于零時，晶閘管關斷。此處就是采用集成觸發產生觸發脈沖。本系統中選擇模擬集成觸發電路KJ004，KJ004可控硅移相觸發電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中，作可控硅的雙路脈沖移相觸發。KJ004器件輸出兩路相差180度的移相脈沖，可以方便地構成全控橋式觸發器線路。KJ004電路具有輸出負載能力大、移相性能好、正負半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、 對同步電壓要求低，有脈沖列調制輸出端等功能與特點。

14、KJ004組成分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環節。KJ004觸發電路為模擬的觸發電路,其組成如下圖：圖3.1 KJ004觸發電路原理圖3.2 KJ004的工作原理如圖3-1 KJ004的電路原理圖所示，點劃框內為KJ004的集成電路部分，它與分立元件的同步信號為鋸齒波的觸發電路相似。V1V4等組成同步環節，同步電壓US經限流電阻R20加到V1、V2基極。在US的正半周，V1導通，電流途徑為(+15VR3VD1V1地)；在US負半周，V2、V3導通，電流途徑為(+15VR3VD2V3R5R21(15V)。因此，在正、負半周期間。V4基本上處于截止狀態。只有

15、在同步電壓|US|0.7V時，V1V3截止，V4從電源十15V經R3、R4取得基極電流才能導通。 電容C1接在V5的基極和集電極之間，組成電容負反饋的鋸齒波發生器。在V4導通時，C1經V4、VD3迅速放電。當V4截止時，電流經(+15VR6C1R22RP1(15V)對C1充電，形成線性增長的鋸齒波，鋸齒波的斜率取決于流過R22、RP1的充電電流和電容C1的大小。根據V4導通的情況可知，在同步電壓正、負半周均有相同的鋸齒波產生，并且兩者有固定的相位關系。 V6及外接元件組成移相環節。鋸齒波電壓uC5、偏移電壓UB、移相控制電12 壓UC分別經R24、R23、R26在V6基極上疊加。當ube6&g

16、t;+0.7V時，V6導通。設uC5、UB為定值，改變UC，則改變了V6導通的時刻，從而調節脈沖的相位。 V7等組成了脈沖形成環節。V7經電阻R25獲得基極電流而導通，電容C2由電源+15V經電阻R7、VD5、V7基充電。當 V6由截止轉為導通時，C2所充電壓通過 V6成為 V7基極反向偏壓，使V7截止。此后C2經 （+15VR25V6地）放電并反向充電，當其充電電壓uc2+1.4V時，V7又恢復導通。這樣，在V7集電極就得到固定寬度的移相脈沖，其寬度由充電時間常數R25和C2決定。 V8、V12為脈沖分選環節。在同步電壓一個周期內，V7集電極輸出兩個相位差為180°的脈沖。脈沖分選

17、通過同步電壓的正負半周進行。如在us正半周V1導通，V8截止，V12導通，V12把來自V7的正脈沖箝位在零電位。同時，V7正脈沖又通過二極管VD7，經V9V11放大后輸出脈沖。在同步電壓負半周，情況剛好相反，V8導通，V12截止，V7正脈沖經 V13V15放大后輸出負相脈沖。說明： 1) KJ004中穩壓管VS6VS9可提高V8、V9、V12、V13的門限電壓，從而提高了電路的抗干擾能力。二極管VD1、VD2、VD6VD8為隔離二極管。 2) 采用KJ004元件組裝的六脈沖觸發電路，二極管VD1VD12組成六個或門形成六路脈沖，并由三極管V1V6進行脈沖功率放大。 3) 由于 V8、V12的脈

18、沖分選作用，使得同步電壓在一周內有兩個相位上相差 的脈沖產生，這樣，要獲得三相全控橋式整流電路脈沖，需要六個與主電路同相的同步電壓。因此主變壓器接成D，yn11及同步變壓器也接成D，yn11情況下，集成觸發電路的同步電壓USA、USB、USC分別與同步變壓器的USA、USB、USC相接 RP1RP3為鋸齒波斜率電位器，RP4RP6為同步相位3.3 集成觸發器電路圖 三相橋式全控觸發電路由3個KJ004集成塊和1個KJ041集成塊（KJ041內部是由12個二極管構成的6個或門）及部分分立元件構成，可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進行脈沖放大即可，分別連到VT1，VT2，VT3，VT4，VT5，V

19、T6的門極。6路雙脈沖模擬集成觸發電路圖如圖3-2所示圖3-2 集成觸發電路圖第4章 仿真實驗4.1 仿真模型圖圖4.1 仿真模型圖4.2 仿真參數及結果(1)整流變壓器輸出為110V相電壓，電阻負載，整流器輸出電壓平均為202.6V。輸出電壓波形、輸出電流波形，整流器交流側電流波形，觸發脈沖波形，整流交流測電壓波形，輸出平均電壓的測量。圖4.2 阻性負載 (2)三相橋式全控整流電路，電源相電壓為220V，整流變壓器輸出為110V相電壓，電阻負載，電感，觸發角。則輸出電壓波形、輸出電流波形，整流器交流側電流波形，觸發脈沖波形，整流交流測電壓波形，輸出平均電壓的測量如下圖：圖4.3 阻

20、感性負載 總結與心得在大學有這種機會很好，課程設計給我一個自學的好機會。這是繼數字電子技術課程設計和單片機原理與應用課程設計之后的第三個學科課程設計，這次我的課程設計題目是三相橋式全控整流電路的設計。通過對三相橋式全控整流電路的研究，更了解了整流電路的線路、原理，我知道了許多觸發電路，加深了對觸發電路的功能了解。還有保護電路，認識了保護電路的重要，并對其深入了研究。在這次電力電子技術課程設計，我們通過對知識的綜合利用，進行必要的分析，比較，從而進一步驗證了所學的理論知識，檢驗了我們平時的學習效果。雖然此次課程設計與實際操作分析還有很大的差距，但是它提高了我們綜合解決問題的能力，為我們以后的學習打下了基礎。通過電力電子技術課程設計，我加深了對課本專業知識的理解，平常都是理論知識的學習，在