三相桥式全控整流电路电力电子课程设计

目录
第1章概述 (1)
第2章主电路设计与分析 (2)
2.1整流电路 (2)
2.2 三相桥式全控整流电路定量分析 (3)
2.3参数设置 (4)
2.4 保护电路 (5)
第3章控制电路设计与分析 (7)
3.1 触发电路 (7)
第4章仿真实验 (9)
4.1 仿真电路图 (9)
4.2 仿真参数及结果 (9)
总结与心得 (12)
附录 (13)
参考文献 (14)
第1章概述
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。

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。

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U2一周期内导通的时间，这样负载上直流平均值就可以得到控制。

第2章主电路设计与分析
2.1整流电路
三相桥式全控整流电路图如下：
图2.1三相桥式全控整流电路图
(1)三相桥式全控整流电路的特点：
一般变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，晶闸管分共阴极和共阳极。

一般1、3、5为共阴极，2、4、6为共阳极。

①2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。

②对触发脉冲的要求：
1)按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60︒。

2)共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120︒，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120︒。

3)同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180︒。

③Ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整
流电路。

④需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发。

⑤晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。

(2)带电阻负载时的工作情况：
1)当a ≤60︒时，u d 波形均连续，对于电阻负载，i d 波形与u d 波形
状一样，也连续。

2)当a >60︒时，u d 波形每60︒中有一段为零，u d 波形不能出现负值
3)带电阻负载时三相桥式全控整流电路a 角的移相范围是120︒
(3)晶闸管及输出整流电压的情况如表1所示 ：
表1 晶闸管及输出整流电压
2.2 三相桥式全控整流电路定量分析
(1)当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a ≤60︒时）的平均值为：
α
ωωπ
απαπcos 34.2)(sin 631
2323
2d U t td U U ==⎰++ (2)带电阻负载且a >60︒时，整流电压平均值为：
⎥⎦⎤⎢⎣⎡++==⎰+)3cos(134.2)(sin 63
232d απωωππ
απ
U t td U U
输出电流平均值为 ：I d =U d /R
(3)晶闸管承受最大正向电压为，为变压器二次线电压峰值，即
URM=×110=269.4V
⑷输出平均电压202.6，负载R 为5欧姆，则输出电流Id 及触发角a ，即
Id=Ud ／R=40.52 A
38=α
⑸电阻负载5R =Ω，电感0.01L H =触发角060α=,则输出平均电压，即
α
ωωπ
απαπcos 34.2)(sin 631
2323
2d U t td U U ==⎰++ =128.7V
2.3 参数设置
⑴晶闸管参数
桥臂数量：3
缓冲电阻：1000欧姆
缓冲电容：1e-6F
晶闸管的内电阻:0.1欧姆
晶闸管的内电感：1e-5H
晶闸管正向管压降：1V
⑵负载参数
①电阻负载 5R =Ω 电感L=0
②电阻负载5R =Ω，电感0.01L H =
2.4 保护电路
电力电子装置可能的过电压——外因过电压和内因过电压，外因过电压主要来自雷击和系统操作过程等外因。

分别介绍如下：
操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起
雷击过电压：由雷击引起
内因过电压：主要来自电力电子装置内部器件的开关过程
换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后，反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过
电压。

关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。

在抑制外因过电压的措施中,采用RC过电压抑电路最为常见。

RC过电压抑电路可接于供电变压器的两侧（通常供电网一侧称为网侧，电子电路一侧称阀侧），或电力电子电路的直流侧。

本处采用反向阻断式过电压抑制用RC电路构成保护电路，用protel绘制如下所示：
图2.2 保护电路
第3章控制电路设计与分析
3.1 触发电路
触发脉冲的宽度应保证精华杂关可靠导通（门极电流应大于擎柱电流），触发脉冲应有足够的幅度，不超过门极电压、电流和功率，且在可靠触发区域之内，应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离
晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。

为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。

晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。

大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。

可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。

晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。

晶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、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）当晶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晶闸管才导通。

3）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，晶闸管都保持导通，即晶闸管导通后，门
极失去作用。

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，
晶闸管关断。

此处就是采用集成触发产生触发脉冲。

KJ004组成分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。

KJ004触发电路为模拟的触发电路,其组成如下图：
图3.1 KJ004触发电路
第4章仿真实验
4.1 仿真模型图
图4.1 仿真模型图
4.2 仿真参数及结果
R=Ω，整流器输出电
(1)整流变压器输出为110V相电压，电阻负载5
压平均为202.6V。

输出电压波形、输出电流波形，整流器交流侧电流波形，触发脉冲波形，整流交流测电压波形，输出平均电压的测量。

图4.2 阻性负载 38=α
(2)三相桥式全控整流电路，电源相电压为220V ，整流变压器输出为
110V 相电压，电阻负载5R =Ω，电感0.01L H =，触发角060α=。

则输
出电压波形、输出电流波形，整流器交流侧电流波形，触发脉冲波形，整流交流测电压波形，输出平均电压的测量如下图：
α
图4.3阻感性负载
60
=
总结与心得
在大学有这种机会很好，课程设计给我一个自学的好机会。

这是继数字电子技术课程设计和单片机原理与应用课程设计之后的第三个学科课程设计，这次我的课程设计题目是三相桥式全控整流电路的设计。

通过对三相桥式全控整流电路的研究，更了解了整流电路的线路、原理，我知道了许多触发电路，加深了对触发电路的功能了解。

还有保护电路，认识了保护电路的重要，并对其深入了研究。

整个课程设计的过程中，重点难点还是在protel原理图的绘制和PCB板的绘制。

在分析和设计好主电路后，要用MATLAB进行仿真。

由于触发电路比较复杂，所以直接使用了Simulink 里面原有的脉冲发生模块。

在仿真实验中比较关键的是参数的设置。

仿真做完了之后是做硬件实验，由于条件所限老师只让我们画出电路板就可以了。

硬件部分是这次课程设计的重点难点，尤其是画PCB板。

画PCB板一般是用Protel软件。

通过此次课程设计，熟悉了Matlab和Protel的使用方法,它们都是与我们专业密切联系的软件。

其中掌握了用Matlab对电力电子电路进行仿真，观察波形，调整参数等操作，巩固了上学期所学的Protel的使用，对原理图SCHDOC和PCB板图绘制熟练了许多。

此外，由于这次课程设计是两人一组，经过此次历练后提高了我的协调合作能力。

指导老师也给了我们很大的帮助，让我们对这几个专业性软件的使用有了更多的经验。

附录总电路原理图
参考文献
1 王兆安，杨君，刘进军.《谐波抑制和无功功率补偿》机械工业出版社，1998
2 倪泽峰，江中华.《电路设计与制板——Protel DXP 典型实例》人民邮电出版社，2003
3 杨宗德.《Protel DXP电路设计制板入门与提高》人民邮电出版社，2004
4 王兆安，黄俊.《电力电子技术》机械工业出版社，2000
5 陈治明.《电力电子器件基础》机械工业出版社，1992
6 李国勇，谢克明，杨丽娟.《计算机仿真技术与CAD》电子工业出版社，2007
7 孙树朴等.《电力电子技术》中国矿业大学出版社，1999
8 林渭勋.《现代电力电子技术》浙江大学出版社，2002
9 邵丙衡.《电力电子技术》中国铁道出版社，1997
10 叶斌.《电力电子技术习题集》中国铁道出版社，1995。