电力电子技术课程设计-三相桥式半控整流电路的设计

目录

1初始条件 (1)

2主要任务 (1)

3设计方案 (1)

3.1主电路设计 (1)

3.2主电路原理说明 (2)

3.3触发电路的设计 (5)

3.4触发电路原理说明 (6)

3.5保护电路的设计 (7)

3.5.1 过电压保护 (7)

3.5.2 过电流保护 (9)

3.6参数计算 (11)

3.6.1 负载的参数计算 (11)

3.6.2 晶闸管的选择 (12)

3.6.3 变压器的选择 (12)

4心得体会 (13)

参考文献 (14)

三相桥式半控整流电路的设计

1初始条件

设计一个三相桥式半控整流电路，直流电动机负载，电机技术数据如下：V U nom 220= ，A I nom 308=，min

1000r

n nom =，r

V C e min 196.0=，Ω=18.0a R 。

2主要任务

(1) 设计方案

(2) 完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择 (3) 触发电路、保护电路的设计

(4) 绘制主电路及触发电路（采用集成元件）电气原理图 (5) 撰写设计说明书

3设计方案

首先，技术要求设计一个三相桥式整流电路，这个在课本中讲过，可以通过三相变压器、六个晶闸管、负载构成，而对于半控桥式电路，只需把其中的三个晶闸管换成二极管即可。对于直流电动机负载，在这里我们将其简化，用电阻、电感和反电动势代替之。

3.1主电路设计

三相半控整流电路与三相全控整流电路类似，只是将全控桥中的共阳极组的三个晶闸管用二极管替换，从而简化了整个电路。图中的三个晶闸管为共阴极连接，一般习惯上按图中VT1——VT3——VT5的顺序导通晶闸管。

其原理图如图1所示。

图1 三相桥式半控整流电路

3.2主电路原理说明

图2 单相桥式半控整流电路

在晶闸管单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管实际上若为了对每个导电回路经行控制，只需1个晶闸管就可以了，另1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化触发电

路，降低成本。如此即成为晶闸管单相桥式半控整流电路，如图2所示。当负载为电阻性

负载时，晶闸管单相半控桥与晶闸管单相全控桥工作过程和波形完全一致。

当负载为阻感性负载时，由于电感有阻止电流变化的作用，电流变化时电感L 两端产

T

a

b

R

L O b)

u 2

i 2u d

d

V T 1

V T 2

V D 3

V D 4

V D R

u 2

O

u d

i d

I d

O

I

ωt

ωt

ωt

α

i

生的感应电动势会阻止电流变化，假设负载电感很大，即wL>>R ，并且电路已处于稳态，

则负载电流d i 连续且波形近似为一水平线，幅值为d I

。

在2u 电压正半周、触发角为α时，触发VT1，VT1和VD4导通。当2u

过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通。但因a 点电位低于b 点电位，VD2正偏导通，VD4反偏截止，电流从VD4转移至VD2，此时电流不再经变压器二次绕组，而由VT1和VD2续流。

整流桥输出电压为VT1和VD2的正向压降，接近于零，整流输出电压d u

没有负半波，这种现象被称为自然续流。

在2u

电压负半周，具有与正半周相似的特性，触发角α时触发VT3，VT3和VD3导通，2

u 过零变正时经过VT3和VD4自然续流。

三相桥式整流电路同样也可以采用半控方式，电路如图所示。与单相桥式半控整流电路相似。共阳极组的三个整流二极管自然换流点换流，使电流换到阳极电位更低的一相去，而共阴极组的三个晶闸管则受到触发信号的控制进行换流。

整流电路的负载为直流电机负载，为简化电路，用带反电动势的阻感负载代替直流电

机。当晶闸管的导通角o

0=α，时，相当于把图中共阴极组的晶闸管都换为二极管。此时，

共阳极组的三个晶闸管是所接交流电压最高的一个导通，而对于共阴极组的三个二极管则是所接交流电压值最低的一个导通。这样，任意时刻共阳极晶闸管和共阴极二极管都各有一个导通，施加于负载上的电压为某一线电压。此时电路波形如图1所示：

当触发角o

0=α时，触发脉冲在自然换向点出现，三相桥式半控整流电路的负载电压

d

u 的波形与三相桥式全控整流电路o

0=α时的波形相同。

o

0=α时，各晶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，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，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压 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

为相电压在负半周的包络线，总的整流

输出电压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。

图3 阻感反电动势负载o

0=α时的波形图

为了说明各晶闸管和二极管的工作的情况，将波形中的一个周期等分为6段，每段为60o ，如图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，晶闸管和二极管的导通顺序为VT1－VD2－VT3－VD4－VT5－VD6。

表1 三相桥式全控整流电路电阻负载α=0o

时晶闸管工作情况

时段 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 导通的晶闸管 VT1 VT1 VT3 VT3 VT5 VT5 导通的二极管 VD6

VD2

VD2

VD4

VD4

VD6

整流输出电压