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1、目 录1. 绪论.12. 系统总体方案.22.1 电路介绍.22.2 总体框架图.23. 主体电路设计.3 3.1三相桥式全控整流电路.3 3.2 三相桥式全控整流电路定量分析.54. 单元电路设计.74.1 主电路.74.2 触发电路.74.3 保护电路.84.4 硬件电路PCB版图.114.4.1 顶层视图.114.4.2 底层视图.124.4.3 顶层覆盖图.124.4.4 3D视图.135 .电路分析与仿真.145.1 三相桥式全控整流电路控制参数分析.145.2 仿真实验.165.3 仿真结果分析.196. 总结与体会.207. 参考文献.228. 附录.23第一章 绪论整流电路技术
2、在工业生产上应用极广。如调压调速直流电源、电解及电镀的直流电源等。整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路的种类有很多，有半波整流电路、单相桥式半控
3、整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。整流器的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般可在输入端加接整流变压器，把一次电压U1，变成二次电压U2。由晶闸管等组成的全控整流主电路，其输出端的负载，我们研究是电阻性负载、电阻电感负载（如直流电动机的励磁绕组，滑差电动机的电枢线圈等）。以上负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。为此，只要改变触发电路所提供的触发脉冲送出的早晚，就能改变晶闸管在交流电压U2一周期内导通的时间，这样负载上
4、直流平均值就可以得到控制。第二章 主电路设计及原理2.1 电路介绍1） 电路由主电路与控制电路组成，主电路主要环节：整流电路及保护电路；控制电路主要环节：触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电路。2） 主电路电力电子开关器件采用晶闸管、IGBT或MOSFET。3） 系统具有完善的保护功能。2.2 总体框架图交流源220V主变压器触发脉冲主电路保护电路图2.1 总体框架图此方案明确对触发脉冲的要求，便于观察在电阻负载、电阻电感负载和反电动势负载情况下电路的输出电压和电流的波形。第三章 主体电路设计3.1三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路图如下：(1)三相桥式全控整流电路的特
5、点：一般变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，晶闸管分共阴极和共阳极。一般1、3、5为共阴极，2、4、6为共阳极。2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。对触发脉冲的要求：1)按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。2)共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。3)同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。Ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是
6、宽脉冲触发一种是双脉冲触发。晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。(2)带电阻负载时的工作情况：(1)当a60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续。波形图：a =0（图3.1）；a =30（图3.2）；a =60（图3.3） （2)当a60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值。波形图： a =90（图3.4） (3)带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120 （4）晶闸管及输出整流电压的情况如表3-1所示 ：表3-1时段IIIIIIIVVVI共阴级组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5V
7、T5共阴级组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压ua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb图3.1 =0图3.2 =30 图3.3 =60 图3.4 =903.2 三相桥式全控整流电路定量分析(1)当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a60时）的平均值为： (2)带电阻负载且a 60时，整流电压平均值为：输出电流平均值为 ：Id=Ud /R （3）晶闸管额定电流、额定电压的选择晶闸管承受最大正向电压为，为变压器二次线电压峰值，即 晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，
8、即 输出电压Ud平均为202.6V，负载电阻R=5，输出负载电流为：晶闸管上流过电流为： 选用晶闸管时，额定电压要留有一定裕量通常取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的23倍。额定电流也要留一定裕量，一般取额定电流为通态平均电流的1.52倍。第四章单元控制电路设计4.1 主电路主电路为带电阻负载的三相桥式电路，图如下所示:4.2 触发电路触发脉冲的宽度应保证晶闸管开关可靠导通（门极电流应大于擎柱电流），触发脉冲应有足够的幅度，不超过门极电压、电流和功率，且在可靠触发区域之内，应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始
9、相位来控制输出电压大小。为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。此处就是采用集成触发产生触发脉冲。KJ004组成分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。KJ004触发电路为模拟的触发电路,如下图：3个KJ004集成块和1个KJ041集成块，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大
10、,即可得到完整的三相全控桥触发电路, 用protel绘制的完整触发电路如下所示：4.3 保护电路我们不可能从根本上消除生产过程过电压的根源，只能设法将过电压的副值抑制到安全限度之内，这是过电压保护的基本思想。抑制过电压的方法不外乎三种：用非线性元件限制过电压的副度，用电阻消耗生产过电压的能量，用储能元件吸收生产过电压的能量。 对于非线性元件，不是额定电压小，使用麻烦，就是不宜用于抑制频繁出现过电压的场合。所以我们选用用储能元件吸收生产过电压的能量的保护。使用RC吸收电路，这种保护可以把变压器绕组中释放出的电磁能量转化为电容器的电场能量储存起来。由于电容两端电压不能突变，所以能有效抑制过电压，串
11、联电阻消耗部分产生过电压的能量，并抑制LC回路的震动。如图3.3.1图 RC吸收电路(1)晶闸管的过电压保护晶闸管的过电压能力比一般的电器元件差，当它承受超过反向击穿电压时，也会被反向击穿而损坏。如果正向电压超过管子的正向转折电压，会造成晶闸管硬开通，不仅使电路工作失常，且多次硬开关也会损坏管子。因此必须抑制晶闸管可能出现的过电压，常采用简单有效的过电压保护措施。对于晶闸管的过电压保护可参考主电路的过电压保护，我们使用阻容保护，电路图如图3.3.2图 阻容保护电路(2)晶闸管的过电流保护 在整流中造成晶闸管过电流的主要原因是：电网电压波动太大负载超过允许值，电路中管子误导通以及管子击穿短路等。
12、所以我们要设置保护措施，以避免损害管子。 常见的过电流保护有：快速熔断器保护，过电流继电器保护，限流与脉冲移相保护，直流快速开关过电流保护。 快速熔断器保护是最有效，使用最广泛的一种保护措施；快速熔断器的接法有三种：桥臂串快熔，这是一种最直接可靠的保护；交流侧快熔，直流侧快熔，这两种保护接法虽然简单，但保护效果不好。 过电流继电器保护中过电流继电器开关时间长（约几百毫秒）只有在短路电流不大时才有用。限流与脉冲移相保护电路保护比较复杂。直流快速开关过电流保护功能很好，但造价高，体积大，不宜采用。 总结的结果：最佳方案是选用快速熔断器保护，并采用桥臂串快熔接法。 4.3 硬件电路PCB版图（1）顶层视图为下图所示:（2）底层视图如下图所示：（3）顶层覆盖图如下图所示：（4）3D视图如下图所示：第五章电路分析与仿真5.1 控制参数分析1）三相桥式全控整流电路中，整流输出电压的波形在一个周期内脉动6次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉波（即1/6周期）进行计算即可。此外，因为=60所以电压输出波形是连续的，以线电压的过零点为时间坐标的零点，可得整流输出电压连续时的平均值为 把=60和U2=220V代入式（4-
