《三相可控整流技术课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三相可控整流技术课程设计（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、三相可控整流技术课程设计1一 设计方案1.1 设计任务及要求采用三相可控整流电路（三相全控桥、三相半控桥或三相半波整流电路） ，电阻-电感性（大电感）负载，R2.5，额定负载 Id20A,电流最大负载电流Idmax25A。保证电流连续的最小电流为 Idmin5A。并完成三相可控主电路设计及参数计算，计算整流变压器参数，选择整流元件的定额，触发电路设计，讨论晶闸管电路对电网的影响及其功率因数。1.2 方案论证1.2.1 主电路方案一：采用三相半波可控整流，三相半波整流电路的变压器二次侧必须接成星形，而一次侧只能接成三角形，避免三次谐波流入电网，其主电路采用三个晶闸管分别接三相电源，三相半波可控整
2、流电路的主要缺点在于其二次电流中含有直流分量，使得铁芯容易磁化，一般比较少用。方案二：采用三相桥式全控整流电路，三相全控桥相当于两个三相半波整流的串联，是运用最广泛的整流电路，其主电路有六个晶闸管，习惯分为共阴极组和共阳极组，由于需要保证同时有两个晶闸管导通，一般采用双脉冲触发。方案三：三相半控桥式整流，在中等容量的整流装置或要求不可逆的电力拖动中，可采用比三相全控整流电路更简单、经济的三相桥式半控整流电路，它相当余把三相全控桥的共阴极的晶闸管换为二极管，但是其缺相时容易发生故障。桥式整流电路中的晶闸管可以用全控型器件 IGBT 替代，但虽然 IGBT 控制更加灵活和准确，但是其成本比较高，且
3、控制电路要求高，所以一般对于不需要逆变的整流电路多采用晶闸管。通过综合考虑，在本设计中采用三相全控桥式整流电路。1.2.2 触发电路方案一：可以依据触发电路的原理，自己用基本元件设计，但是这种电路的可靠性不高，工作不稳定且原理设计复杂。方案二：采用专门的集成芯片，用于产生各种电力电子器件触发脉冲的集成芯片有很多，而且工作稳定，性价比高，且电路简单便于使用，常用的用于产生晶闸管触发脉冲的芯片有 KC041、KC04、TC785、TC787 等，TC787 和 TC785 是新一代产品，更便于控制和使用。方案三：采用单片机产生触发脉冲，单片机结合外围器件来控制可控硅的触发。同时，还将锁相环技术及过
4、零触发的方法引入触发脉冲的生成中，提高了触发脉冲的稳定性以及对称性。此外，还可采用软件编程得到触发角可调的触发脉冲。单片机对三相可控整流技术课程设计2三相全波全控桥整流触发的控制。这对提高三相全波全控桥整流装置的可靠性具有积极作用。通过综合考虑，本设计采用 TC787 集成芯片做为触发电路的主体用来产生移相可达 0-180 度，且脉冲宽度可调的触发电路。1.2.3 控制电路方案一：控制 TC787 的管脚 4 的电压来改变触发角，其电压范围为 0-15V 对应的触发角为 0-180 度，可以通过滑动变阻器来改变管脚 4 的电压来实现连续调压。方案二：通过单片机对输出电压采样，在经过 PID 算
5、法，输出控制管脚 4 的电压，这种控制是闭环控制，输出电压更加稳定，而且更加方便于监控和控制。考虑到设计的复杂度，本次设计采用比较简单的方案一。TC787 还可以通过改变管脚 13 上的电容来改变脉冲宽度，一般采用可调电容或固定电容。三相可控整流技术课程设计3二 单元电路设计2.1 主电路2.1.1 整流桥本设计中采用的三相全控桥由六个晶闸管组成，习惯将其中阴极连接在一起的三个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的三个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是 。由于三相桥式整流电路是两组三相
6、半波电路的串联，因此整流电压 为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的 最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是 1-2-3-4-5-6，晶 闸管是这样编号的：晶闸管 VT1 和 VT4 接 a 相，晶闸管 KP3 和 VT6 接 b 相，晶管 VT5 和 KP2 接 c 相。 晶闸管 VT1、VT3、VT5 组成共 阴极组，而晶闸管 VT2、VT4、VT6 组成共阳极组。 为了搞清楚 变化时各晶闸管 的导通规律，分析输出波形的变化 规则，下面研究几个特殊控制角， 先分析 =0 的情况，也就是在自然 换相点
7、触发换相时的情况,图2.1 是电路接线图。具体工作原理见第三章。 图 2.12.1.2 触发电路图 2.2 为 TC787 在六相整流电路中的应用电路，图中变压器二次侧的电压为 30V，图中电容 C8、C10、C12 为隔直耦合电容，而 C7、C9、C11 为滤波电容，它与R7、R8、R11 构成滤去同步电压中毛刺的环节。另一方面随 RP1RP3 三个电位器的不同三相可控整流技术课程设计4调节，可实现 060的移相，从而适应不同主变压器接法的需要。在同步信号为 50HZ时，锯齿波充电电容建议采用 1F 电容，相对误差小于 5%，以锯齿波线性好，幅度大，不平顶为宜，幅度小可减小电容值，产生平顶则
8、增大电容值。引脚 13 端连接的电容 Cx容量决定着 TC787 输出脉冲的宽度，电容的容量越大，则脉冲宽度越宽，在同步信号为 50HZ 时，建议采用 0.1uf 电容。脉冲经过放大和脉冲变压器相耦合以达到隔离的目的，如下图所示：图 2.22.2 辅助电路2.2.1 保护电路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三相可控整流技术课程设计5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
9、保护可参考主电路的过电压保护，我们使用 RCD 保护，电路图如图 2.4图 2.32 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。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。图 2.43 交流侧保护电源变压器初级侧突然拉闸，使变压器的励磁电流突然切断，铁心中的磁通 在短时间内变化很大，因而在变压器的次级感应出很高的瞬时过电压，这种过电压可用阻容保护。由于电容两端的电压不能突
10、变，可以限制变压器次级的电压变化率，因而限制了瞬时电压上升的水平。电容器把变压器铁心的磁能转化成电容电能。串联的电阻可以消耗部分能量，并可抑制 LC 回路的振荡。三相可控整流技术课程设计6变压器一次侧阻容吸收装置如图 2.5 所示，变压器二次侧阻容吸收电路如图 2.6所示。R 4C 4R 5C 5R 6C 6TnR 1C 1R 2C 2R 3C 3Tn图 2.5 变压器一次侧阻容吸收电路 图 2.6 变压器二次侧阻容吸收电路2.2.2 控制电路优于对整流的输出电压要有必要的调节，需要对触发角进行改变，TC787 可以通过改变管脚 4 的电压来改变触发角，其电压 0-15V 与对应的触发角为 0
11、-180 度。如下图所示：图 2.7系统的总体电路见附录。三相可控整流技术课程设计7三 电路分析及参数计算3.1 带阻感负载的波形分析1 图 3.1 为 0 、大电感负载时的电压电流波形。图 3.1由三相半波电路分析可知，在共阴极组的自然换相点t 1、t 3、 t5时刻，分别触发 T1、T 3、T 5晶闸管，而在共阳极组的自然换相点t 2、t 4、 t6时刻，分别触发T2、T 4、T 6晶闸管，两组自然换相点对应相差 60，电路各自在本组内换流，即T1T3T5T1.，T 2T4T6T2.，每个管子轮流导通 120，为了使电流通过负载、三相可控整流技术课程设计8并有输出电压，必须在共阴极和共阳极
12、组中各有一个晶闸管同时导通。在t 1t 2期间，a 相电压较正，b 相电压较负，在触发脉冲作用下，T 1、T 6管同时导通，电流从 a相经 T1负载 T6流回 b 相，负载上得到 a、b 相线电压。 t2开始，a 相电压仍保持电位最高，但 c 相电压开始比 b 相更负，此时脉冲 Ug2触发 T2导通，迫使 T6承受反压而关断，负载电流从 T6换到 T2。依此类推。总之，三相桥式全控整流电路中，晶闸管导通的顺序是 6、1，1、2，2、3，3、4，4、5，5、6，6、1.。这时，共阴极组输出电压波形是三相相电压正半周的包络线，共阳极组输出负半周的包络线。三相桥式全控整流的输出电压 ud为两组输出电
13、压之和，是电压波形正负包络线之间的面积，所以ud波形为三相相电压正半周的包络线。三相可控整流技术课程设计9三相可控整流技术课程设计11图 3.2三相可控整流技术课程设计12当控制角 0 时，输出电压波形发生变化，图 3.2（a）、（b）、（c）、（d）分别为 30、60、90 、及 120时的波形。从图中可见，当 60时，ud波形均为正值；当 60 90时，由于 L 自感电势的作用，u d波形瞬时值出现负值，但正面积大于负面积，平均电压 Ud仍为正值；当 90 时，正负面积相等，U d=0；当 90时，u d波形断续，由于 ud接近于零， id太小，晶闸管无法导通。因此当 120时，如图 3.
14、1（d）所示，出现不规则的杂乱波形。2 在负载是阻感性负载时，理想状态下电感电流没有脉动，但实际运用中电感值有限，会出现电流的脉动，在 VT1 脉冲到来，VT1、VT5 换流时，电流再次增长，使得电感存储能量进一步减少，电流脉动相应增加，反之脉动则减少，所以为了维持电路中的最小连续电流需要在电路中加入电抗器，也就是加入一个适当值的电感，使得电路能维持最小电流。3.2 参数计算3.2.1 电压电流参数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： cos34.2)(sin63122d UtdUU（3-1）根据设计要求，在这里取最大电流为 30A，则整流器输出的最
15、大电压为：0*9dV238.5.4.U2 晶闸管额定电流、额定电压的选择：（1）晶闸管承受最大正向电压为，为变压器二次线电压峰值，即（3-2）2236.45*38.9VRM（2）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，即（3-3）2*91FUV3 晶闸管上流过电流为：（3-4）217.3dIA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三相可控整流技术课程设计13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。4 维持最小电流所需的电感量为：（3-5）2min0.6935.361rsddavULHI综
16、上所述，选用的晶闸管的型号为 MJYS-ZL-WL-100，其额定电流为 100A，承受的最大电压为 1200V。取变压器的容量为 1200V.A。其变比为 380V/39V。3.2.2 保护电路参数1 变压器一次侧阻容吸收装置变压器每相平均容量： 1.204KVA3S阻容值可用下式计算：(3-6)206%(F)CiU(3-7)0.3()kRSi式中, 变压器每相平均计算容量(VA)S变压器次级相电压有效值(V) 2U变压器励磁百分数，101000KVA 的变压器，对应的 ；0%i 0%14i变压器的短路比，101000KVA 的变压器，对应的 。k 5kU变压器短路电压比，100KVA 以下取 ，容量越大 越大；shU0
