三相桥式半控整流电路

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1、绪论整流电路技术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问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十扰和故障影响。整流电路的种类有很多，有半

2、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。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

3、一周期内导通的时问，这样负载上直流平均值就可以得到控制。绪论第一章设计任务书1.1设计任务内容31.2设计任务要求3第二章方案选择2.1整流电路的选择42.2触发电路的选择42.3保护电路的选择52.4选择适宜电路 6第三章主电路的设计3.1主电路工作原理 63.2电路原理图83.3参数计算8第四章触发电路4.1触发电路原理图104.2触发电路的设计 104.3触发电路与主电路同步 114.4电路保护设计12第五章总电路图设计15第六章 课程设计小结 .17第七章 参考文献 .18第一章设计任务1.1设计任务内容在本次课程设计当中我们以三相桥式半控整流电路电感性负载作为研究 对象。主要任务：1

4、. 进行方案的比拟，并选定设计方案。2. 完成主电路的设计，各主要元器件的选择。3. 触发电路和保护电路设计，各主要元器件的选择。绘制控制角度为30 和600时电路中主要输出电压和电流波形。1.2设计任务要求技术要求：(1)电网供电电压为三相 380V, 50HZ;(2)输出电压为 0250V,输出功率8kwo总体框架图；图Nt总体枢架图第二章设计方案2.1整流电路的选择整流电路电力电子技术中最为重要的，也是应用的最为广泛的电路，不仅应 用丁一般工业领域，也广泛应用丁交通运输、电力系统、通信系统、能源系统及其 他系统。三相桥式半控整流电路的相关参数和不同性质的负载工作情况进行比照分 析与研究具

5、有一定的现实意义，而且这是电力电子电路理论学习的重要一环。三相 整流桥式里，在任何瞬间，只要控制晶闸管的导通，相申联的另一个器件是一个不 可控二极管，所以称为半控整流电路。考虑到电网供电电压为 380V所以在三相桥式半控整流电路当中的三相整流变 压器用 /Y-11 。用三个共阳极二极管和三个共阴极晶闸管申连做半控整流电路2.2触发电路的选择晶闸管的导通条件除了其阳极必须承受正向电压之外，还必须同时满足门极上 加正向电压。同时根据普通晶闸管门极的特性，一旦门极加正向电压使晶闸管导通 后，门极上电压就失去了作用。因此，使晶闸管导通的门极电压可以用交流正半周 的一局部，也可用直流，还可用短暂的正脉冲

6、电压。为门极提供触发电压与电流的 电路称为触发电路，它决定每个晶闸管的触发导通时刻，是晶闸管装置中的重要部 分。触发电路根据控制晶闸管的通断状况可分为移相触发和过零触发两类。移相触 发就是改变晶闸管每周期导通的起始点控制角 a的大小，以到达改变输出电压、功 率的目的；而过零触发是晶闸管在设定的时间间隔内，通过改变导通的周波数来实 现电压或功率的控制。在一般常用的整流或逆变电路中，广泛使用的触发电路通常都是移相触发电路。过零触发电路一般只应用于交流调功电路及晶闸管交流开关电 路中。由于大中容量三相晶闸管装置要求触发脉冲宽度宽， 移相范围和触发功率大等特点， 需要采用晶闸管触发电路。晶闸管触发电路

7、通常由同步移相、脉冲形成及脉冲放大 输出等三局部组成。同步移相环节用于实现触发电路与主电路的同步及控制发出触 发脉冲的时刻；脉冲形成环节在同步移相环节的控制下，利用开关电路与电容的充 放电产生触发脉冲；而脉冲放大输出环节那么将所形成的脉冲进行功率放大后通过脉 冲变压器等元、部件将脉冲送到晶闸管的门极上去进行触发控制。晶闸管触发电路 的形式很多，其中最常用的有同步信号波形为正弦波和锯齿波两种。正弦波优点：1采用正弦波触发器时，可控整流装置的输出整流电压Ud与控制电压Uc成线性关系。 2能局部补偿电源电压波动对输出电压 Ud的影响。缺点：1同步电压易受电网 电压波形畸变的影响，以致造成Uc与us波

8、形交点Q不稳定而导致整个装置工作不 稳定。2正弦波触发电路在理论上分析移相范围可达 0o180o,但实际上由于正弦 波波顶平坦与Uc交点不稳定无法工作。锯齿波同步触发器其根本构造与正弦波触发器类似。其不同之处仅在于以锯齿同步信号电压代替正弦波同步信号电压， 以及增设了双脉冲环节、脉冲封锁环节及强触发环节等辅助环节。在三相半控桥式 整流电路中为了保证整流装置能起开工作，或在电流断续后能再次导通，必须对两 组中应导通的一对晶闸管同时加有触发脉冲。可采取两中方法：一种是宽脉冲触发， 使每一个触发脉冲的宽度大于 60o 必须小于120o，通常取90o左右，这样在换相 时，相隔60o的后一个脉冲出现时，

9、前一个脉冲还未消失，使电路在任何换相点均 有相邻两个管子被触发；另一种方法是在触发某一个晶闸管时，触发脉冲设法同时 给前一号晶闸管补发一个脉冲称辅助脉冲，这样就能保证每个换流点同时有两个 脉冲触发相邻的晶闸管，作用与宽脉冲一样，这种方式称为双窄脉冲触发。双窄脉 冲虽然触发电路比拟复杂，但可减少触发电路的功率与脉冲变压器的体积，故目前 采用较多。所以本三相半控桥式整流电路采用锯齿波双窄脉冲同步触发电路。随着电力电子技术的不断开展，对变流装置的可靠性提出了更高的要求，如何 调试手段、方便维修等也为更引入注目。采用集成电路取代一分立元件构成的触发 器，具有体积小、工作可靠、电路简单、使用方便的特点。

10、因此，我们使用由KC04、 KC41和KC42组成的集成化六脉冲触发组件 KC26。KC26不受电网电压波形畸形 和换流缺口的十扰，保证六相脉冲均匀，并且输出的是脉冲列式的双脉冲。2.3保护电路的选择晶闸管的过电压能力比一般电气元件差，当它承受的反向电压c超过反向击穿电压时，会被反向击穿而损坏。如果承受的正向电压超过管子的正向转折电压，那么会造 成晶闸管的硬开通，不仅造成电路工作失常，且屡次硬开也会损坏管子。因此，必 须抑制晶闸管可能出现的过压。为此，可采用简单有效的过电压保护措施。在晶闸管电路中可能出现的过压主要有三种： 关断过电压、交流侧过电压与直流侧过电压。 其中，我们采用在晶闸管两端并

11、接 RC吸收电路作晶闸管关断过压保护；交流侧过电 压的保护采用在交流侧并联 RC吸收电路来保护操作过电压，而采用压敏电阻抑制交 流侧浪涌过电压；直流侧过电压的抑制方法是在直流负载两端并接压敏电阻来进行 保护。晶闸管的电流过载能里比一般电气设备差的多。而在电路中，由于晶闸管装置 的元件误导或击穿，可逆转传动系统中产生环流、逆变失败以及传动装置、生产机 械过载和机械故障引起电动机堵转等，都会导致流过整流元件的电流大大超过其正 常工作电流，即产生所谓的过电流。一旦晶闸管受到过电流，在电源电压变化的12 周期内晶闸管就可能烧毁。因此，在出现过电流时，能在元件还未烧毁之前，迅速 地把过电流现象消除。晶闸

12、管常用的过电流保护措施有五种：第一种，交流进线电 抗器限制短路电流，缺点是在正常工作时在带负载的情况下要损失较大的电压降； 第二种，灵敏过流继电器器保护，但是它只能保护由于机械过载引起的过电流或在 短路电流不大时才能对晶闸管起保护作用；第三种，限流与脉冲移相保护，这种方 法称为拉逆变保护，题目不做要求所以不用；第四种，直流快速开关保护，从保护 角度看，快速开关的动作时间和切断整定电流值应该和限流电抗器的电感相协调。 但此开关较昂贵故实际使用不多，在这也不适用；第五种，快速熔断器保护，熔断 器是最简单有效的保护元件。与普通熔断器相比拟，它具有快速熔断的特性，通常 能做到当流过5倍额定电流时，熔断

13、时间小于20ms。在流过通常的短路电流时，快 熔能保证 在晶闸管损毁之前，切断短路电源。因此我们在这我能使用快速熔断器作 为晶闸管的过流保护。2.4选择适宜电路考虑到电网供电电压为 380V所以在三相桥式半控整流电路当中的三相整流变 压器用 /Y-11。用三个共阳极二极管和三个共阴极晶闸管申连做半控整流电路。 本三相半控桥式整流电路采用锯齿波双窄脉冲同步触发电路。我们使用由KC04、KC41和KC42组成的集成化六脉冲触发组件 KC26。KC26不受电网电压波形畸形 和换流缺口的十扰，保证六相脉冲均匀，并且输出的是脉冲列式的双脉冲。电路在 过电压保护方面，我们采用在晶闸管两端并接 RC吸收电路

14、作晶闸管关断过压保护； 交流侧过电压的保护采用在交流侧并联 RC吸收电路来保护操作过电压，而采用压敏 电阻抑制交流侧浪涌过电压；直流侧过电压的抑制方法是在直流负载两端并接压敏 电阻来进行保护。电路在过流保护方面，我们在这使用快速熔断器作为晶闸管的过 流保护。第三章主电路的设计3.1主电路工作原理三相桥式半控整流电路由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的 半波不可控电路申联而成，因此，这种电路兼有可控和不可控的特性。共阳极组三个整理二级管总是在自然换相点换流，使电流换到比共阴极电位更低的一相；而共 阴极组三个晶闸管侧要在触发后才能换到阳极电位高的一个。输出整流电压Ud的波形是三组整流电

15、压波形只和，改变共阴极组晶闸管的控制角度，可获得02.34U2d 的直流电压。图中VT1、VT3和VT5为触发脉冲相位互差120的晶闸管,VD2、 VD4和VD6为整流二极管，有这六个管子组成三相桥式半控整流电路。它们的导 通顺序依次为：VT1-VD2-VT3-VD4-VT5-VD6 ，假定负载电感L足够大，可以 认为负载电流在整个稳态工作过程中保持恒值，因此不管控制角a为何值，负载电流如总是单向流动，而且变化很小。当a =0。即触发脉冲在自然换流点出现时，整流电路输出电压最大，其数值为2.34U，ud波形与三相全控桥式整流电路在 a =0时输出的电压波形一样。a 60 时，如图b所示的为a =30时的波形。3 t1时Ug1触发VT1管导通，电源电压Uab 通过VT1,VD6加于负载。3 t2时，共阳极组二极管自然换流，所以 312之后，VD2 导通，VD6关断，电源电压Uac通过VT1,VD2加于负载。wt3时刻，由于Ug3还未出 现，VT3不能导通，VT1维持导通，至U 314时刻，触发VT3管导通后使VT1管承受 反向电压而关断，电路转为VT3与VD2导通。一次类推，负载Rd在一个周期内得到 的是三个缺角波头连接三个完整波头的脉动波形。当a =60时，Ud波形只剩下三个波头，ud波形刚好只剩下三个波头，波形刚好维持连续。60o a 180o