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1、辽 宁 工 业 大 学电力电子技术课程设计（论文）题目220V / 100A三相桥式可控整流电路院（系）：电子与信息工程学院专业班级：学 号: 学生姓名：指导教师： （签字）起止时间：2013121620131227课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室：电子信息工程号 学、 、 、1 OD课程设计(论文)任务以 具选 流肉 的或 整制 凰 件计 、控殳 3 卜 仙 期如T 曲 繼触 常 叫T20VX 4 io 龙 一 F 机 过量。 黑 动 通容书ho収 数电 、及明 在齢 缈流 3比说EU粮 檯直 仁变右 站5 妇 的 划器左M。 W 糾压宀子 俞载 球20电卍00
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3、学选： H :无 集天8 :5第 无第； 1 ;器 第计抗#、-孝疔卡说2月資旨丰攵卩卩5.H2戈费: 绩 时 成 平 总W年日 月注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要将交流电变换为直流电称为 AC/DC 变换，这正变换的功率流向是由电源 传向负载，称之为整流。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。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
4、以及交流 电网与整流电路之间的电隔离。整流电路的种类有很多，有单相半波整流电 路、单相全波整流电路、单相桥式半控整流电路、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。本设计采用三相桥式可 控整流（既三相桥式全控整流），从而实现为1台额定电压220V、功率为20kW 的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调速。关键词 ：整流电路；变压器；晶闸管；触发电路。目录第 1 章 绪论 11.1 三相桥式可控电路概况 11.2 本文研究内容 2第 2 章 三相桥式可控整流电路设计 32.1 三相桥式可控整流电路总体设计方案 32.2 具体电路设计 42.2.1 主电路设
5、计 42.2.2 控制电路设计 62.2.3 保护电路设计 82.3 元器件型号选择及总体电路图 10第 3 章 课程设计总结 14参考文献 15第1章 绪论1.1 三相桥式可控电路概况现代工业生产设备使用的换流装置的容量越来越大，数量也越来越多。 大量的谐波电流注入电网，就会严重地威胁电网的安全运行，危害其它用电 设备及自动化仪表等。所以，了解分析、抑制电力系统谐波，限制谐波发生 源注入电网的谐波含量将越来越受到重视。相比较而言，三相桥式可控整流 电路具有电路简单，调整方便等优点，为使变压器的铁心不饱和，就需要增 大铁心面积，这样就增大了设备的容量。生产实际中只用于对输出波形要求 不高的小容
6、量的场合。在中小容量、负载要求较高的晶闸管的可控整流装置 中。工业中大量应用交直流电动机，直流电动机具有良好的调速性能，为其 供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置，近年来，由于电力 电子变频技术迅速发展，是交流电动机的调速性能可与直流电动机相媲美， 因此交流调速技术得到广泛应用，并且占据主导地位。作为节能控制主要采用交流电动机的变频调速， 它带来了巨大的节能效 益，在各行各业中，风机，水泵多用异步电动机拖动，其电量占我国工业用 电的 50% 以上，全国用电量的 30%，控制风量或水流量，过去靠控制风门或 节流阀的转动，而电动机的转速不变，由于风门或节流阀的转角减小却增大 了流体的阻
7、力，因此消耗功率变化甚小，结果造成在小风量和小水流量时电 能的浪费，我国的风机， 水泵全面采用变频调速后， 每年节电可达数百亿度。整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直 流电能供给直流用电设备。它的应用十分广泛，例如直流电动机，电镀，电解电 源，同步发电机励磁，通信系统电源等。i纟“心12本文研究内容将 380V 三相交流电源通过三相桥式可控整流电路为 1 台额定电压为 220V ，功率为 20KW 的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调速。(1) 主电路的设计：由 6 个晶闸管组成(2) 触发电路的设计：宽脉冲触发 ，双脉冲触发(3) 保护电路的设计：
8、过电压保护，过电流保护(4) 元器件的选择：根据实际情况选择(5) 系统仿真分析：阻感负载时的波形主电路原理：假设将电路中的晶闸管换作二极管，也就相当于晶闸管触发角a=0时的情况。此时，对于共阴极组的三个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的三个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。对于三相桥式可控整流电路，在其合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路在正常工作，须保证同时导通的俩个晶闸管均有脉冲。向晶闸管整流电路供电的交流侧电源通 常来自电网，电网的频率不是固定不变的，而是
9、会在允许内有一定的波动。 电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流。过电流分为 过载和短路两种情况。过电压分为外因过电压和内因过电压。第 2 章 三相桥式可控整流电路设计2.1 三相桥式可控整流电路总体设计方案三相可控整流电路有三相半波可控整流电路，三相半控桥式整流电路，三相 全控桥式整流电路。因为三相整流裝置三相平衡的，输出的直流电压和电流脉动 小，对电网影响小，同时三相可控整流电路的控制量可以很大，输出电压脉动较 小，易滤波，控制滞后时间短，因此在工业中几乎都是采用三相可控整流电路。由于三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次侧电流中含有直流 分量，为此在应用中较少，所
10、以采用三相桥式全控整流电路，可以有效的避免直 流磁化作用。虽然三相桥式全控整流电路的晶闸管的数目比三相半波可控整流电 路的少，但是三相桥式全控整流电路的输出电流波形便得平直，当电感足够大时， 负载电流波形可以近似为一条水平线。在实际应用中，特别是小功率场合，较多 采用单相可控整流电路。当功率超过 4KW 时，考虑到三相负载的平衡，因而采用 三相桥式全控整流电路。三相全控桥整流电路的输出电压脉动小、脉动频率高，和三相半波电路相比， 在电源电压相同、控制角一样时，输出电压又提高了一倍。又因为整流变压器二 次绕组电流没有直流分量，不存在铁心被直流磁化问题，故绕组和铁心利用率高， 所以被广泛应用在大功
11、率直流电动机可调速系统，以及对整流的各项指标要求较 高的整流装置上。图 2.1.1 系统原理方框图整流电路主要由驱动电路、保护电路和整流主电路组成。根据设计任务，在 此设计中采用三相桥式可控整流电路接阻感性负载。2.2 具体电路设计2.2.1 主电路设计三相桥式可控整流电路的工作原理图 2.2.1(1) 三相桥式可控整流电路根据本次设计要求，采用负载为阻感的主电路图如下：根据设计要求，输出电压Ud在0220V连续可调。根据三相桥式全控整流电路计算公式：Ud=2.34U2cosa当a =30。时，使电压Ud有最大值Ud=2.34U2cos30220V,从而得出U2=109V， 可通过变压器获得。
12、当a =90。时，使电压Ud有最小值Ud=2.34U2cos90o=0V,从而实现输出电压 Ud在0220V连续可调。整流输出电流最大值 100A，Idmax二Umax/R=100A，所以 R=220/100=2.2Q。综上可得触发角a取值为30。90。下图为三相桥式整流电路带阻感负载a =30。和90。的波形图。当aW60。，Ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通 断情况、输出整流电压Ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样区别在于：由于 负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id波形不同。阻感 负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大
13、的时候， 负载电流的波形可近似为一条水平线。uuudiO31d2udOX3 t3 tidV u caVI uiau ac.-31上II I III I w u u u bZ acbc ba图 2.2.1(2) 三相桥式全控整流电路阻感负载30 度的波形当a60。时阻感负载时的工作情况与电阻负载时，不同电阻负 载 时 Ud 波 形 不 会 出 现 负 的 部 分 而 阻 感 负 载 时 ，由 于 电 感 L 的 作 用 Ud波形会出现负载带阻感负载时，三相全控桥式整流电路的角移I经乂咪，尊相的范围是90。AdlM-u b -uK _O11Mw t,r-_ -X-_ -MI.JM、w tuu d2
14、u duVT 1图 2.2.1(3) 三相全控桥式整流电路带阻感负载90 度时的波形2.2.2 控制电路设计 控制晶闸管的导通时间需要触发脉冲，常用的触发电路有单结晶体管触发电 路，设计利用KJ004构成的集成触发器实现产生同步信号为锯齿波的触发电路。根据设计要求及其分析，选择模拟集成触发电路 KJ004， KJ004 可控硅移相触 发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中，作可控硅的双路脉冲移相触发。KJ004 的工作原理KJ004 器件输出两路相差180 度的移相脉冲，可以方便地构成全控桥式触发 器线路。 KJ004 电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡 性好、移相范围
15、宽、对同步电压要求低，有脉冲列调制输出端等功能与特点。原理图如下4纟/尊+15V16VVS187P1du15V15WFVWF-313I VLXIWV卫 VJD和嘴 s I2212014 込M一 lfo9wb-RpR n/47盯IT8ARMrslMZ图 2.2.2 KJ004 的电路原理图如图2.2.2 KJ004的电路原理图所示，点划框内为KJ004的集成电路部 分，它与分立元件的同步信号为锯齿波的触发电路类似。V1V4等组成同 步环节，同步电压 uS 经限流电阻 R20 加到 V1、V2 基极。在 uS 的正半周， V1导通，电流途径为(+15VR3VD1V1 地)；在uS负半周，V2、V3 导通，电流途径为(+15V R3 VD2
