《三相桥式全控整流电路主电路设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三相桥式全控整流电路主电路设计（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录1绪 论12三相桥式全控整流电路主电路设计12.1整流变压器参数计算22.1.1次级相电压22.1.2初级相电流和次级相电流32.1.3初级容量次级容量和平均计算容量(视在容量)42.2晶闸管参数选择42.2.1晶闸管额定电压的选择42.2.2 晶闸管额定平均电流和电流有效值的选择52.3晶闸管的保护62.3.1晶闸管的过电压保护62.3.2晶闸管的过电流保护102.3.3电流上升率、电压上升率的限制123谐波分析143.1谐波分析143.1.1网测电流的谐波分析143.1.2谐波分析小结154结论16参考文献16致 谢171绪 论电力电子技术的应用已深入到国家经济建设，交通运输，空间技术
2、，国防现代化，医疗，环保和人们日常生活的各个领域。进入新世纪后电力电子技术的应用更加广泛。以计算机为核心的信息科学将是21世纪起主导作用的科学技术之一，有人预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学的两大支柱。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。通常把电力电子技术分为电力电子制造技术和变流技术两个分支。变流技术也称为电力电子器件的应用技术，它包括用电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术，以及由这些电路构成电路电子装置和电力电子系统的技术。“变流”不仅指交直流之间的交换，也包括直流变直流和交流
3、变交流的变换。如果没有晶闸管及电力晶体管等电力电子器件，也就没有电力电子技术，而电力电子技术主要用于电力变换。因此可以认为，电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础，而变流技术则是电力电子技术的核心。电力电子器件制造技术的理论基础是半导体物理，而变流技术的理论基础是电路理论。整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它将交流电变为直流电。三相桥式全控整流电路已成为目前应用最为广泛的整流电路。2三相桥式全控整流电路主电路设计三相桥式全控整流电路的原理图如图2-1所示。变压器一次侧接成三角形，避免三次谐波电流流入电网；为得到零线，二次侧接成星形。习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT、VT、
4、VT）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT、VT、VT）称为共阳极组。共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT、VT、VT，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT、VT、VT。由整流原理知，晶闸管的导通顺序为VT、VT、VT、VT、VT、VT。 图2-1 三相桥式全控整流电路原理图设计方案及要求: 某晶闸管三相桥式整流电路供电给ZZ91型直流电动机，其额定值为UN=220 V，IN=287 A(即整流电流平均值Id)，PN=55 kW，nN=1500 rmin，磁极对数p=2；励磁回路参数：UfN=220 V、IfN=0.35 A；变压器短路比百分数
5、uk=5，励磁电流百分数i0=8；电机的过载倍数为1.5。变压器一次侧相电压380V。要求完成主电路设计，分析各主要元件的选择及参数的计算。2.1整流变压器参数计算在晶闸管整流装置中，满足负载要求的交流电压往往与电网电压不一致，这就需要利用变压器来进行电压匹配。另外，为降低或减少晶闸管变流装置对电网和其它用电设备的干扰，也需要设置变压器将晶闸管装置和电网隔离。因此，在晶闸管整流装置中一般都需要设置整流变压器，它的参数计算是一个重要的问题，对整流装置的性能有着直接的影响。 通常情况下，整流变压器的初级电压是电网电压，是已知的，而整流变压器参数的计算是指根据负载的要求计算次级的相电压U2、相电流I
6、2，初级容量S1，次级容量S2和平均计算容量S。只有在这些参数正确计算之后，才能根据计算结果正确、合理地选择整流变压器或者自行设计整流变压器。 考虑到整流装置的伏在不同，电路的运行情况不同，其交直流侧个点亮的基本关系也不同。为方便起见，本文以具有大电感的直流电动机负载为例，分析整流变压器参数的计算，其基本原则同样适用于其它性质的负载。 2.1.1次级相电压主电路中影响整流变压器次级电压U2精确计算的主要因素是：U2值的大小首先要保证满足负载所要求的最大平均电压Ud；晶闸管并非是理想的半可控开关器件，导通时有一定的管压降UV；变压器漏抗的存在导致晶闸管整流装置在换相过程中产生换相压降Ux；晶闸管
7、装置供电的电动机是恒速系统，在最大负载电流时，电机的端电压应当为电动机的额定电压UN和电枢电流在电枢电阻RD上压降之和。考虑到以上几点，并结合实际经验，可得出次级相电压的工程计算方法如下所示 （2-1）式中的UN为电动机的额定电压，系数（1.21.5）是考虑到各种因素影响后的安全系数,A由表1查的。 所以， (前系数取1.4)2.1.2初级相电流和次级相电流在忽略变压器激磁电流的情况下，可根据变压器的磁势平衡方程写出初级和次级电流的关系式为 或式中，N1和N2为变压器初级和次级绕组的匝数，k=N1/N2为变压器的变比。 为简化分析，令N1 =N2（即k=1），则由上式可见，对于普通电力变压器而
8、言，初、次级电流是有效值相等的正弦波电流。但对于整流变压器来说，通常初、次级电流的波形并非正弦波，在大电感负载的情况下，整流电流Id是平稳的直流电，而变压器的次级和初级绕组中的电流都具有矩形波的形状。欲求得各种接线形式下变压器初、次级电流的有效值，就要根据相应接线形式下初、次级电流的波形求其有效值，从而可得 （2-2） （2-3）式中K11和K12分别为各种接线形式时变压器初、次级电流有效值和负载电流平均值之比。 所以，2.1.3初级容量次级容量和平均计算容量(视在容量)在计算得到变压器次级相电压有效值U2以及相电流有效值I2后，根据变压器本身的相数m就可计算变压器的容量，其值为 （2-4）
9、（2-5）平均计算容量 （2-6）式中，m1和m2为变压器初、次级绕组的相数。所以, 综上，整流变压器应选用10KV级S9系列变压器中的一种，即额定容量为250KVA，一次侧额定电压6KV，二次侧额定电压0.4KV，空载损耗600W,负载损耗2900W,空载电流3.0%，阻抗电压4%。2.2晶闸管参数选择合理地选择晶闸管，可以在保证晶闸管装置可靠运行的前提下降低成本，获得较好的技术经济指标。在采用普通型（KP型）晶闸管的整流电路中，应正确选择晶闸管的额定电压与额定电流参数。这些参数的选择主要与整流电路的型式，电流、电压与负载电压、电流的大小，负载的性质以及触发角的大小有关。为了简化计算，以下均
10、以=0来计算晶闸管的电流值。一般来说，晶闸管的参数计算及选用原则为：计算每个支路中晶闸管元件实际承受的正、反向工作峰值电压；计算每个支路中晶闸管元件实际流过的电流有效值和平均值；根据整流装置的用途、结构、使用场合及特殊要求等确定电压和电流的储备系数；根据各元件的制造厂家提供的元件参数并综合技术经济指标选用晶闸管元件。2.2.1晶闸管额定电压的选择由理论分析可得，当可控整流电路接成三相全控电路形式时，每个晶闸管所承受的正、反向电压均为整流变压器次级线电压的峰值，即 （2-7）式中：整流变压器次级相电压； 晶闸管承受的正、反向最大电压。晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压Um，考虑
11、到电网电压的波动和操作过电压等因素，还要设置23倍的安全系数，即按下式选取： （2-8）式中系数（23）的取值应视运行条件、元件质量和对可靠性的要求而定，通常对可靠性高的装置取值较大。不同整流电路中，晶闸管承受的最大峰值电压Um不同，如表2-1所示。按式（8）所计算的UVN值选取相应电压级别的晶闸管元件，所以， 取UVN=800V表2-1 整流元件的最大峰值电压Um和通态平均电流的计算系数Kfb指带有续流二极管的电路。2.2.2 晶闸管额定平均电流和电流有效值的选择额定值，即必须使为使晶闸管元件不因过热而损坏，需要按电流的有效值来计算其电流元件的额定电流有效值大于流过元件实际电流的最大有效值。
12、由理论分析可知，晶闸管流过正弦半波电流的有效值IV和额定值IVV（通态平均电流）的关系当=0时为 （2-9）在各种不同型式的整流电路中，流经整流元件的实际电流有效值等于波形系数kf与元件电流平均值的乘积，而元件电流平均值为Id/kb（式中 Id为整流电路负载电流的平均值，即整流输出的直流平均值；kb为共阴极或共阳极电路的支路数）。考虑（1.52）倍的电流有效值安全系数后，式（9）可以写为 (2-10)式中计算系数。当=0时，不同整流电路、不同负载性质的kfb值示于表2-2中。晶闸管的额定平均电流。查表2-2，系数，式中，按式（2-10）计算的晶闸管额定电流为 A取300A。选择 KP3008型
13、晶闸管，共六只。按式（2-10）计算的IVV值，还应注意如下因素的影响：当环境温度大于+40和元件实际冷却条件低于标准要求时，或对于电阻性负载，当控制角较大时，均应降低元件的额定电流值使用。在要求不严格的场合，直流电流额定值可取流过负载的最大值。2.3晶闸管的保护与一般半导体元件相同，晶闸管元件的主要弱点是过电压、过电流的承受能力差。所以应采取相应的保护措施。 2.3.1晶闸管的过电压保护正常工作时，晶闸管承受的最大峰值电压Um如表2-2所示，超过此峰值的电压即为过电压。若以过电压保护装置的部位来分，有交流侧保护和直流侧保护两种抑制暂态电压的方法。（1）交流侧过电压保护有三种方法：采用避雷器、RC过电压抑制电路和非性性元件。避雷器用以保护由大气雷击所产生的过电压，主要用于保护变压器。因这种过电压能量较大，持续时间也较长，一般采用阀型避雷器。RC过电压抑制电路通常并联在变压器次级（元件侧），以吸收变压器铁心磁场释放的能量，并把它转换为电容器的电场能而储存起来。串联电阻是为了在能量转换过程中消耗一部分能量并且抑制RC回路可能产生的振荡。当整流器容量较大时，RC电路也可接在变压器的电源侧，如图2-2所示。（a） （b） （c） 图2-2 阻容过电压保护电路的接法 单相整流电路RC参数的计算公式为 （2-11）电
