1、 三相橋式整流電路的設(shè)計(jì)（3） 131 緒論電子技術(shù)包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。通常所說的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)都屬于信息電子技術(shù)。電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。具體的說，就是使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。所用的電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故也稱為電力半導(dǎo)體器件。電力電子技術(shù)所變換的“電力”，功率可以大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下。信息電子技術(shù)主要用于信息處理，而電力電子技術(shù)則主要用于電力變換。電力電子涉及由半導(dǎo)體開關(guān)啟動裝置進(jìn)行電源的控制與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。半導(dǎo)體整流控制、半導(dǎo)體硅整的小型化等的出現(xiàn)，產(chǎn)生一個新的電力電子應(yīng)用領(lǐng)域。半導(dǎo)體硅整流

2、、汞弧整流器應(yīng)用于控制電源，但是這樣的整流回路只是工業(yè)電子的一部分，對于汞弧整流器應(yīng)用范圍而言是有局限的。半導(dǎo)體硅整流的應(yīng)用涉及很多領(lǐng)域，如汽車、電站、航空電子、高頻變頻器等。整流電路就是把交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能的電路，大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成，在直流電動機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)、電解及電鍍等領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。整流電路由主電路、濾波器和變壓器組成。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展人們對電路的要求越來越高，由于在生產(chǎn)實(shí)際中需要大小可調(diào)的直流電源，而相控整流電路結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、性能穩(wěn)定，利用它可方便得到大、中、小各種容量的直流電能，是目前獲得直流電能的主要方法，得到了廣泛應(yīng)用。

3、在電能的生產(chǎn)和傳輸上，目前以交流電為主。電力網(wǎng)供給用戶的是交流電，而在許多場合，例如電解、蓄電池的充電、直流電動機(jī)等，需要用直流電。要得到直流電，除了直流發(fā)電機(jī)外最普遍應(yīng)用的是利用各種半導(dǎo)體元件產(chǎn)生直流電。這個方法中，整流是最基礎(chǔ)的一步。整流，即利用具有單向?qū)щ娦缘钠骷逊较蚝痛笮〗蛔兊碾娏髯儞Q為直流電。本設(shè)計(jì)主要是對三相橋式全控整流電路（帶反電動勢的負(fù)載）的研究。三相橋式全控整流電路與三相半波電路相比，輸出整流電壓提高一倍，輸出電壓的脈動率高，基波頻率為300HZ，在負(fù)載要求相同的直流電壓下，晶閘管承受的最大正方向電壓將比三相半波減少一半，變壓器的容量也比較小，同時三相電流平衡，無須中線。

4、所以，三相橋式全控整流電路多用于直流電動機(jī)或要求實(shí)現(xiàn)有源逆變的負(fù)載。2 課程設(shè)計(jì)的方案2.1 概述 本設(shè)計(jì)是三相全控橋式整流電路的設(shè)計(jì)。而三相橋式整流電路作用是給直流電動機(jī)供電，可以知道這是一個交流到直流的變換電路，即整流電路。直流電動機(jī)負(fù)載可以看成是三相全控橋式電路接一個反電動勢負(fù)載，由此可以得出此設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)三相全控橋式晶閘管整流電路實(shí)現(xiàn)交流到直流的轉(zhuǎn)換，且保證輸出的直流電壓和電流能使電動機(jī)工作在電動狀態(tài)即可。然后分別對主電路及觸發(fā)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)是三相全控橋式整流電路的設(shè)計(jì)。主要由主電路、觸發(fā)電路、保護(hù)電路三部分組成，主電路主要完成對交流電到直流電的

5、整流過程，觸發(fā)電路控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷控制輸出電壓的大小，保護(hù)電路保護(hù)主電路中的元器件。圖2-1 系統(tǒng)總框圖3 三相橋式全控整流電路的設(shè)計(jì)3.1 主電路設(shè)計(jì)及原理將陰極連接在一起的3個晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個晶閘管（VT4、VT6、VT2）稱為共陽極組。習(xí)慣上我們希望晶閘管按從1至6的順序?qū)ǎ瑸榇藢⒕чl管按圖示的順序編號，即共陰極組中與U、V、W三相電源相接的3個晶閘管分別為VT1、VT3、VT5，共陽極組中與U、V、W三相電源相接的3個晶閘管分別為VT4、VT6、VT2,。又后面的分析可知，晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1-VT2-VT3-VT4-VT5

6、-VT6。圖3-1 晶閘管順序標(biāo)號3.2 主電路設(shè)計(jì)的原理整流電路的負(fù)載為帶反電動勢的阻感性負(fù)載。當(dāng)晶閘管觸發(fā)角=0°時，此時，對于共陰極組的3個晶閘管，陰極所接交流電壓值最高的一個導(dǎo)通。而對于共陽極組的3個晶閘管，則是陰極所接交流電壓值最低的一個導(dǎo)通。這樣任意時刻共陽極組和共陰極組中各有1個晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，施加于負(fù)載上的電壓為某一線電壓。=0°時，各晶閘管均在自然換相點(diǎn)處換相。 圖3-2 =0°波形3.3 輸出參數(shù)計(jì)算三相橋式全控整流電路中，整流輸出電壓Ud的波形在一個周期內(nèi)脈動6次，且每次脈動的波形相同，因此在計(jì)算平均值時，只需要一個脈動進(jìn)行計(jì)算即可。應(yīng)為

7、0°90°時輸出電流波形是連續(xù)的，以線電壓的過零點(diǎn)為時間坐標(biāo)的零點(diǎn)，可得到整流輸出電壓的平均值。 (3-1)把 和U2=220V代入式（3-1）計(jì)算有把 輸出電流平均值為: (3-2)把E=300V,R=10, 代入式（3-2）計(jì)算有。 變壓器二次側(cè)電流Ia為。 （3-3）代入數(shù)值計(jì)算得 同理把和U2=220V代入式（3-1）計(jì)算有輸出電流平均值為: (3-2)把E=300V,R=10, 代入式（3-2）計(jì)算有。 變壓器二次側(cè)電流Ia為。 （3-3）代入數(shù)值計(jì)算得 4 外圍電路設(shè)計(jì)及元件選擇4.1 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)4.1.1 電路圖的選擇晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高壓。

8、大電流下工作，且工作過程可以控制。被廣泛應(yīng)用與可控整流、交流調(diào)壓、無觸點(diǎn)電子開光、逆變變頻等電子電路中晶閘管具有以下特性：當(dāng)晶閘管承受反向電壓時，無論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導(dǎo)通。晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通。晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何變化，晶閘管都保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，門極失去作用。晶閘管在導(dǎo)通的情況下，當(dāng)主回電壓減小到接近于零時，晶閘管關(guān)斷。根據(jù)晶閘管的這種特性，通過控制晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷時刻，就能控制整流電路的觸發(fā)角的大小。在整流電路合閘啟動中或電流斷續(xù)時，為確保電路的正常工作，需保證導(dǎo)通的兩個晶閘管均

9、有觸發(fā)脈沖。在觸發(fā)某個晶閘管的同時，給序號的前一個晶閘管補(bǔ)發(fā)脈沖。即用兩個窄脈沖代替寬脈沖，兩個脈沖前沿相差60度，脈沖一般為20度到30度，稱為雙脈沖觸發(fā)。4.1.2 觸發(fā)電路原理說明雙脈沖信號的形成與控制用KJ041六路雙脈沖形成器完成，KJ041內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。圖4-1 KJ041內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖4-1所示，KJ041的1-6管腳為單脈沖信號輸入，把單脈沖信號由10-15管腳兩兩同時形成雙脈沖信號，10-15管腳兩兩同時輸出對應(yīng)輸送給VT6-VT1。（1） 假設(shè)在T1時刻15腳開始給VT1輸送脈沖信號，剛經(jīng)過60度后14腳開始給VT2雙脈沖信號，即只有15腳和14腳有信號輸出，

10、其它腳沒有信號輸出，此時VT1和VT2同時導(dǎo)通；（2） 過60度后，15腳停止輸出信號，而13腳開始給VT3輸出信號，即只有14腳和13腳有信號輸出，其它管腳沒有信號輸出，此時VT2和VT3同時導(dǎo)通；（3） 再過60度后，14腳停止輸出信號，而12腳開始給VT4輸出信號，即只有13腳和12腳有信號輸出，其它管腳沒有信號輸出，此時VT3和VT4同時導(dǎo)通；（4） 再過60度后，13腳停止輸出信號，而11腳開始給VT4輸出信號，即只有12腳和11腳有信號輸出，其它管腳沒有信號輸出，此時VT4和VT5同時導(dǎo)通；（5） 再過60度后，12腳停止輸出信號，而10腳開始給VT6輸出信號，即只有11腳和10腳

11、有信號輸出，其它管腳沒有信號輸出，此時VT5和VT6同時導(dǎo)通；（6） 再過60度后，11腳停止輸出信號，而15腳開始給VT1輸出信號，即只有10腳和15腳有信號輸出，其它管腳沒有信號輸出，此時VT6和VT1同時導(dǎo)通；重復(fù)以上步驟就可得到所要的觸發(fā)脈沖。4.2 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)4.2.1 主電路的過電壓保護(hù)抑制過電壓的方法：用非線性元件限制過電壓的副度，用電阻消耗生產(chǎn)過電壓的能量，用儲能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量。對于非線性元件，不是額定電壓小，使用麻煩，就是不宜用于抑制頻繁出現(xiàn)過電壓的場合。所以我們選用用儲能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量的保護(hù)。使用RC吸收電路，這種保護(hù)可以把變壓器繞組中釋放出的電磁能

12、量轉(zhuǎn)化為電容器的電場能量儲存起來。由于電容兩端電壓不能突變，所以能有效抑制過電壓，串聯(lián)電阻消耗部分產(chǎn)生過電壓的能量，并抑制LC回路的震動。晶閘管的過電壓能力較差，當(dāng)它承受超過反向擊穿電壓時，會被反向擊穿而損壞。如果正向電壓超過管子的正向轉(zhuǎn)折電壓，會造成晶閘管硬開通，不僅使電路工作失常，且多次硬開關(guān)也會損壞管子。因此必須抑制晶閘管可能出現(xiàn)的過電壓，常采用簡單有效的過電壓保護(hù)措施。對于晶閘管的過電壓保護(hù)可參考主電路的過電壓保護(hù)，我們使用阻容保護(hù)，電路圖如圖4-2所示。圖4-2 晶閘管的過電壓保護(hù)4.2.2 晶閘管的過電流保護(hù)常見的過電流保護(hù)有：快速熔斷器保護(hù)，過電流繼電器保護(hù)，直流快速開關(guān)過電流保

13、護(hù)。 快速熔斷器保護(hù)是最有效的保護(hù)措施；過電流繼電器保護(hù)中過電流繼電器開關(guān)時間長（只有在短路電流不大時才有用；直流快速開關(guān)過電流保護(hù)功能很好，但造價高，體積大，不宜采用。因此，最佳方案是用快速熔斷器保護(hù)。5 三相橋式整流電路的PSIM仿真運(yùn)用PSIM軟件對本三相橋式晶閘管整流電路進(jìn)行系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)。主電路圖如下：圖5-2主電路仿真1 當(dāng)負(fù)載為阻感負(fù)載且?guī)Х措妱觿萦|發(fā)角=30°時的Ud、Id、UVT、IVT、Ia波形圖如下： 圖5-3 Ud 波形 圖5-4 Id波形圖5-5 Uvt波形圖5-6 Ia波形圖5-7 Ivt波形2 當(dāng)負(fù)載為阻感負(fù)載且?guī)Х措妱觿萦|發(fā)角=90°時的Ud、

14、Id、UVT、IVT、Ia波形圖如下：圖5-8 Ud波形圖5-9 Ia波形圖5-10 Id波形圖5-11 Uvt1波形圖5-12 Ivt波形 6 課程設(shè)計(jì)總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)，做的是三相橋式整流電路設(shè)計(jì)。從本次課程設(shè)計(jì)的目的來看，收獲是不少的。通過仔細(xì)審題和思考，我發(fā)現(xiàn)有很多東西要做，首先要解決的問題就是變壓器的選擇，因?yàn)橹皩ψ儔浩鞯膶W(xué)習(xí)大多是理論很少涉及具體應(yīng)用選型，為此我從找了一些關(guān)于變壓器應(yīng)用的書籍彌補(bǔ)了自己在這反面的缺憾，再者主要就是保護(hù)電路的設(shè)計(jì)部分，之前學(xué)習(xí)的保護(hù)電路大多是理論方面，而針對具體電路各種保護(hù)器件的選擇方法較少提到，所以我還是求助于同學(xué)的同時也在網(wǎng)上論壇向別人求助解答，雖然得到的很多東西對現(xiàn)在的課程設(shè)計(jì)并不是很有用，我最終也找到了自己想要學(xué)習(xí)的部分知識。同時設(shè)計(jì)時還遇到很多小的問題因?yàn)樽约褐R不牢固或者自己根本不懂在此去回顧課本或者借書或者求助于同學(xué)或則網(wǎng)絡(luò)。最終都解決掉了自己的疑惑。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)后，覺得自己有一個不小的進(jìn)步。雖然有些方面有些不足，但通過閱讀相關(guān)書籍，學(xué)到了更好更多的東西。他們從另一個方面透析