三相全控桥式整流电路

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1、课程设计任务书学生姓名： 专业班级：自动化0602班指导教师： 工作单位：自动化学院题目：三相桥式全控整流电路的设计（带反电动势负载）初始条件:1 .反电动势负载，E=60V,电阻R=10Q,电感L无穷大使负载电流连续；2 . U2=220V,晶闸管触发角a =30 ;3 .其他器件如品闸管自己选取。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作得及其技术要求，以及说明书撰写待具 体要求）1 .主电路的设计及原理说明；2 .触发电路设计，每个开关器件触发次序及相位分析;3 .保护电路的设计，过流保护，过电压保护原理分析;4 .各参数的计算（输出平均电压，输出平均电流，输出有功功率计算，输出波形分析）5

2、 .应用举例；6 .心得小结。时间安排：7月6日7月7日7月8日-9日7月10日查阅资料方案设计馔写电力电子课程设计报告提交报告，答辩指导教师签名:系主任（或责任教师）签名:摘要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

3、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。关键词： 整流，变压，触发，过电压，保护电路。#1 主电路设计及原理1.1.1 主电路设计1.1.2 主电路原理说明 1.2 触发电路的设计5.2.1 电路图的选择5.2.2 触发电路原理说明 6.3 保护电路的设计8.3.1 过电压保护 8.3.2 过电流保护 1.0.4 各参数的计算1.2.4.1 输出值的计算1.2.4.2 输出波形的分析1.4.5 应用举例 1.5.6 心得体会 1

4、.6.参考文献 1.7.三相桥式全控整流电路的设计1主电路设计及原理1.1主电路设计其原理图如图1所示。Amc.nR=10QEr60V4 VT6 VT2图i 三相桥式全控整理电路原理图习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3 VT5）称为共阴极组；阳极连 接在一起的3个晶闸管（VT4 VT6 VT2）称为共阳极组。止匕外，习惯上希望品闸管按从1至6的顺序导通，为此将品闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3 VT5,共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸 管分别为VT4 VT6 VT2从后面的分析可知，按此编号，品闸管的导通顺

5、序为VT1 -VT2VT3- VT4 VT5- VT61.2主电路原理说明整流电路的负载为带反电动势的阻感负载。假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种 情况也就相当于品闸管触发角 a =00时的情况。此时，对于共阴极组的 3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3个品闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个品闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。 此时电路工作波形如图2所示。图2反电动势”=0时波形a =0o时，各品闸管均在自然换相点处换相。 由图中变压器二绕组相电压与线电压波形 的对应关系看出，

6、各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析 ud 的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。从相电压波形看，以变压 器二次侧的中点n为参考点，共阴极组品闸管导通时，整流输出电压ud1为相电压在正半 周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压 ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流 输出电压ud = ud1 ud2是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压 在正半周的包络线。直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的最大（正得最多）的 相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小（负得最多）的相电压，输出整流 电压ud为这两个相电压相

7、减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压ud波形为线电 压在正半周的包络线。由于负载端接得有电感且电感的阻值趋于无穷大，电感对电流变化有抗拒作用。流过 电感器件的电流变化时，在其两端产生感应电动势Li ,它的极性事阻止电流变化的。当电流增加时，它的极性阻止电流增加，当电流减小时，它的极性反过来阻止电流减小。电感 的这种作用使得电流波形变得平直，电感无穷大时趋于一条平直的直线6段，每段为60,如为了说明各品闸管的工作的情况，将波形中的一个周期等分为6个晶图2所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如表所示。由该表可见, 闸管的导通顺序为 VT1 VT2 VT”VT4 VT5-VT&表1三

8、相桥式全控整流电路电阻负载“ =0o时晶闸管工作情况时段InmIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压 udua-u b =uabua-u c =uacub- u c =ubcub- u a =ubauc- u a =ucauc-u b =ucb图3给出了 a=30o时的波形。从cotl角开始把一个周期等分为6段，每段为60o与 a =0时的情况相比，一周期中ud波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等 仍符合表1的规律。区别在于，晶闸管起始导通时刻推迟了30，组成ud的每一段线电压因此推

9、迟30, ud平均值降低。晶闸管电压波形也相应发生变化如图所示。图中同时给 出了变压器二次侧a相电流ia 的波形，该波形的特点是，在VT1处于通态的120期间， ia为正，由于大电感的作用，ia波形的形状近似为一条直线，在 VT4处于通态的120期 问，ia波形的形状也近似为一条直线，但为负值。didiUcinnl JflCUcb ； Ujib Uac；!HI; IVLJbc11 Jha1 Ufih1#:、*3 tt t rXJ ， 、 * xw ! / J /& #/ .if j . . / i1 d /u jr - ，7 .丈：X I X ；/J，、* *、I，、八-T 一彳一材一,1kI

10、图3 a =30时的波形由以上分析可见，当a060o时，Ud波形均连续，对于带大电感的反电动势，id波 形由于电感的作用为一条平滑的直线并且也连续。当a 60时，如a =90时电阻负载情况下的工作波形如图4所示，ud平均值继续降低，由于电感的存在延迟了 VT的关断时刻， 使得ud的值出现负值，当电感足够大时，ud中正负面积基本相等，ud平均值近似为零。 这说明带阻感的反电动势的三相桥式全控整流电路的a角的移相范围为90度。图4 a = 90时的波形2触发电路的设计2.1电路图的选择品闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程 可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、

11、无触点电子开关、逆变及变频等电子 电路中。晶闸管具有下面的特性：1）当品闸管承受反向电压时，无论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。2）晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下品闸管才导通o3）晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何变化， 品闸管都保持导通，即品闸管导通后，门极失去作用。4）晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，品闸管 关断。#kitHiy,I Y 11 H同上MM辛火苑产输i Lnr%T *VT二 +VT、VA T. UT. 八T，建：耳同昨、河J“缈器物州，图5双脉冲触发电路根据晶闸管的这种特性，通过控制品闸管的

12、导通和关断时刻，就能控制整流电路的触发角的大小。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作， 需保证同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲。在触发某个晶闸管的同时，给序号紧前的一 个晶闸管补发脉冲。即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60,脉宽一般为20 30,称为双脉冲触发。双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。触发 电路如图5所示。2.2触发电路原理说明如图5所示，触发电压的形成用KJ004芯片完成。KJ004电路由同步检测电路、锯齿波 形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组 成。电原理见下图：锯齿波的斜率决定于外接电阻R

13、6 RW1流出的充电电流和积分电容C1的数值。对不同的移相控制电压 VY,只有改变权电阻R1、R2的比例，调节相应的偏移电 压VR同时调整锯齿波斜率电位器 RW1可以使不同的移相控制电压获得整个移相范围。 触发电路为正极性型,即移相电压增加，导通角增大，R7和C2形成微分电路,改变R7和C2 的值可以获得不同的脉冲输出。KJ004芯片内部结构如图6所示。Il uII 14双脉冲信号的形成与控制用 KJ041六路双脉冲形成器完成,KJ041是三相全控桥式触 发线路中必备的电路，具有双脉冲形成和电子开关控制封锁功能。实用块有电子开关控制 的KJ041电路组成逻辑控制，适用于正反组可逆系统。如图5所

14、示，KJ041的1-6脚管为单脉冲信号输入。把单脉冲信号由10-15脚管两两同时输出形成双脉冲信号，10-15脚管两两同时输出对应输送给 VT6-VT1晶闸管。(1)假设在t1时刻15脚管开始给VT1晶闸管输送脉冲信号，则经过60度后14脚管 开始给VT2晶闸管双脉冲信号，即只有15脚管和14脚管有信号输出，其他脚管没信号输 出，则此时VT1和VT2同时导通；(2)再过60度后，15脚管停止输出信号，而13脚管开始给VT3输出信号，即只有14脚管和13脚管有信号输出，其他脚管没信号输出，此时 VT2和VT3同时导通；(3)再过60度后，14脚管停止输出信号，而12脚管开始给VT4输出信号，即只

15、有13脚管和12脚管有信号输出，其他脚管没有输出信号，此时VT3和VT4同时导通；(4)再过60度后，13脚管停止输出信号，而11脚管开始给VT5输出信号，即只有12脚管和11脚管有信号输出，其他脚管没有信号输出，此时VT4和VT5同时导通；(5)再过60度后，12脚管停止输出信号，而10脚管开始给VT6输出信号，即只有11脚管和10脚管有信号输出，其他脚管没有信号输出，此时VT5和VT6同时导通；(6)再过60度后，11脚管停止输出信号，而15脚管开始给VT1输出信号，即只有10脚管和15脚管有信号输出，其他脚管没有信号输出，此时VT6和VT1同时导通；重复以上步骤即得到三相桥式全控整流电路要求