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1、电力电子技术课程设计电力电子技术基础课程设计报告题目：三相晶闸管可控整流电源设计单 位：电子信息工程学院自动化系 、河南科技大学电子信息工程学院、自动化2006级电力电子技术基础课程设计任务书课程设计时间：1周一、设计题目及要求设计题目1：三相晶闸管可控整流电源设计1）技术要求 三相交流电源，线电压380V。 整流输出电压Ud在0210V连续可调。 最大整流输出电流20A。 负载为阻感负载，且电感值较大（工作时可认为负载电流是连续平滑的直流）。2）主要设计内容 整流变压器额定参数的计算（选择变压器次级额定电压和变比，初、次级绕组的导线直径。计算时取导线电流密度为5A/mm2）； 晶闸管器件的电
2、流、电压定额等参数的计算； 集成触发电路的设计。（包括：触发电路的定向【参教材】；触发电路采用集成触发电路）。二、课程设计报告的主要内容1） 选题背景及意义简单介绍。2） 设计方案的确定。（确定主电路拓扑结构，确定控制方案等）。3） 主电路工作原理及过程的分析。给出详细的电路工作原理和过程分析。4） 功率器件定额参数的计算。主要包括：【1】电力电子器件电压、电流等定额计算（注意留余量：电压2-3倍，电流1.5-2倍）；【2】变压器的参数计算等；【3】电容器，电抗器等参数的计算等。5） 控制系统（电路）的设计等。6） 结束语。（课程设计的结论概括，设计体会等）。7） 附录（包括：电路图和元器件明
3、细表等）。 8）参考文献。注：在报告的最后给出完整的主电路原理图和控制电路原理图等；并列出所用元器件明细表。要求插图及图表规范，文字通顺，逻辑性强；提交的毕业设计报告字数不得少于4000字。目录一、选题背景及意义.1二、设计方案. 21 方案分析.32 方案选择.4三、电路工作原理及过程的分析.51 电路工作原理及过程的分析.52 电路工作原理及过程的分析.63 电路工作原理及过程的分析.7四、功率器件定额参数的计算.85 变压器额定参数计算.96 晶闸管额定参数计算.106 平波电抗参数计算.116 滤波电容参数计算.11五、保护电路设计.12六、控制系统（电路）设计.12七、结束语.16八
4、、附录.17九、参考文献.13一、选题背景及意义目前，各类电力电子变换器的输入整流电路输入功率级一般采用不可控整流或相控整流电路。这类整流电路结构简单，控制技术成熟，但交流侧输入功率因数低，并向电网注入大量的谐波电流。据估计，在发达国家有60%的电能经过变换后才使用，而这个数字在本世纪初达到95%。电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可想象的。而电能的传输中，直流输电在长
5、距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。近年发展起来的柔性交流输电（FACTS）也是依靠电力电子装置才得以实现的。二、方案选择1方案分析单
6、相可控电路与三相可控电路相比，有结构简单，输出脉动大，脉动频率低的特点，其不适于容量要求高的情况，而三相可控整流电路有与之基本相反的特点，对于相当于反电动势负载的电动机来说，它能满足其电流容量较大，电流脉动小且连续不断的要求。2方案选择课设题目中给出的正是要求为220V、20A的直流电动机供电，它的容量为S= kw，属于高容量，所以应选用三相可控整流电路整流。另外三相桥式整流电压的脉动频率比三相半波高一倍，因而所需平波电抗器的电感量也减小约一半。三相半波虽具有接线简单的特点，但由于其只采用三个晶闸管，所以晶闸管承受的反向峰值电压较高，并且电流是单方向的，存在直流磁化问题。基于以上原因，最终我选
7、择三相桥式全控电路为电机整流。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。在电子设备中有时也会遇到功率较大的电源，例如几百瓦甚至超过12kw的电源，这时为了提高变压器的利用率，减小波纹系数，也常采用三相整流电路。另外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。而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。
8、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 主电路原理分析目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如图书（1），习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管称为共阴极组，阳极连接在一起的3个晶闸管称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从至的顺序导通，为此将按图示的顺序编号，即共阴极组中与三相电源相接的3个晶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个晶闸管分别为共阳极组中与a,b,c三相电源相接的3个晶闸管分别为按此编号，晶闸管的导通顺序为。1）下面对其带阻感负载时
9、工作情况进行分析：先假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角时的情况。此时，对于共极组的3个晶闸管，阴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组中各有1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。（1）时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二次绕组相电压与线电压波形的对应关系，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析的波形时，既可以从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。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是最大的相电压，而共阳极
10、组中处于通态的晶闸管对应的是最小的相电压，输出整流电压波形为线电压在正半周期的包络线。图3为时，即在自然换相点触发换相时，把一个周期等份6段。在第1段期间，a相电位高，因而共阴极组的晶闸管被触发导通，b相电位最低。所以共阳极组的晶闸管被触发导通，这时电流由a相经流向负载，再经流入b相，变压器a,b两相工作。经过角后，进入第2段工作时期。此时a相电位仍然最高，晶闸管继续导通，但是c相电位却变成最低。当经过自然换相点时，触发c相晶闸管，电流从b相换到c相，承受反向电压而关断。这时电流由a相流出经、负载R,L、流回电源c相，变压器a,c两相工作，再经过后，进入第3段时期。此时b相电位最高，共阴极组经
11、过自然换相点时触发导通晶闸管，电流即从a相换到b相，c相晶闸管电位仍然最低而继续导通，这时变压器b,c两相工作。在第3段期间，b相电位最高，晶闸管仍然继续导通，这时a相电位却变成最低，所以晶闸管导通，这时电流由b相流出经、负载R,L、晶闸管流回b相电源，变压器b,a两相工作。在第4段期间，c相电位最高，晶闸管导通，b相电位最低，晶闸管导通，电流由c相流出经、负载R,L、晶闸管流回电源b相，变压器c,b两相工作。图3：（2），下面给出其波，与相比，一周期中波形仍由段线电压构成，每一段导通晶闸管等仍符合表的规律。区别在于，晶闸管起始导通时刻推迟了，组成的每一段线电压因此推迟，平均值降低。阻感负载时
12、，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。图4为时，把一个周期同样等份6段。在第1段期间，a相电位高，因而晶闸管被触发导通，b相电位最低。这时晶闸管被触发导通，这时电流由a相经流出而流向负载R,L，再经流入b相，变压器a,b两相工作。在第2段工作时期,此时a相电位仍然最高，晶闸管继续导通，a相电位最低。因而晶闸管被触发导通，电流由a相流出经晶闸管流入负载，经过流入c相，变压器c,a两相工作，在第3段工作时期，b相电位最高，因而晶闸管被触发导通，a相电位最低，晶闸管被触发导通，电流由b相经流出，经过负载，经过流入a相，这时变压器b,a两相工
13、作。在第4段期间，c相电位最高，晶闸管被触发导通，a相电位最低，晶闸管导通，这时电流由c相经流出、经过负载、再经流入a相，a电位最低，变压器c,a两相工作。在第5段工作期间，c相电位最高，晶闸管导通，b相电位最低，晶闸管导通，电流由c相经流出、负载、再经流入b相，变压器c,b两相工作。图4：（3）时，由于电感L的作用，波形会出现负的部分。，若电感L足够大，中正负面积将基本相等，平均值近似为零。这表明，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路角移相范围为。三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电，当时，波形连续，由于电感L的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大时，负载电流的波形可以近似为一条水平线。由波形可见，在晶闸管导通段，波形由负载电流波形决定，和波形不同。当时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时波形不会出现负的部分。而阻感负载时，
