电力电子课程设计三相可控整流电路

目录

第1章概述 (2)

第2章方案确定 (3)

2.1原始数据 (3)

2.2设计任务 (3)

2.3设计要求 (3)

2.4方案分析 (3)

2.5方案选择 (4)

第3章电路设计 (5)

3.1主电路 (5)

3.2触发电路 (9)

3.3保护电路 (10)

3.4控制电路 (13)

第4章主电路元件计算及选择 (14)

4.1变压器参数计算 (14)

4.2电力电子器件电压、电流等定额计算 (15)

4.3平波电抗器电感值的计算 (16)

4.4电容滤波的电容计算 (16)

第5章设计总结与体会 (18)

参考文献 (19)

附录 (20)

第1章概述

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。

第2章方案确定

2.1原始数据

输入交流电源：

三相380V f=50Hz

直流输出电压：

300~500V范围内，直流输出电流额定值300A

直流输出电流连续的最小值为30A

2.2设计任务

整流电路的选择

整流变压器额定参数的计算

晶闸管电流、电压额定的选择

平波电抗器电感值的计算

保护电路的设计

触发电路的设计

画出完整的主电路原理图和控制电路原理图

列出主电路所用元器件的明细表

2.3设计要求

1. 设计思路清晰，给出整体设计框图；

2. 单元电路设计，给出具体设计思路和电路；

3. 分析所有单元电路与总电路的工作原理，并给出必要的波形分析；

4. 绘制总电路图；写出设计报告。

2.4方案分析

单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。

2.5方案选择

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1—2kw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。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。

第3章 电路设计

3.1主电路

本设计中采用的三相全控桥由六个晶闸管组成，习惯将其中阴极连接在一起的三个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的三个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是 1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管 VT1 和 VT4 接 a 相，晶闸管 KP3 和 VT6 接 b 相，晶管 VT5 和 KP2 接 c 相。 晶闸管 VT1、VT3、VT5 组成共阴极组，而晶闸管 VT2、VT4、VT6 组成共阳极组。图1是电路接线图。

图1

下面对其带阻感负载时工作情况进行分析：

（1）00α=时，由三相半波电路分析可知，在共阴极组的自然换相

点ωt 1、ωt 3、ωt 5时刻，分别触发T 1、T 3、T 5晶闸管，而在共阳极组的自然

换相点ωt

2、ωt

4

、ωt

6

时刻，分别触发T

2

、T

4

、T

6

晶闸管，两组自然换相点

对应相差60︒，电路各自在本组内换流，即T

1→T

3

→T

5

→T

1

...，

T 2→T

4

→T

6

→T

2

...，每个管子轮流导通120︒，为了使电流通过负载、并有

输出电压，必须在共阴极和共阳极组中各有一个晶闸管同时导通。在ωt

1

～ωt2期间，a相电压较正，b相电压较负，在触发脉冲作用下，T1、T6管同

时导通，电流从a相经T

1→负载→T

6

流回b相，负载上得到a、b相线电

压。ωt

2

开始，a相电压仍保持电位最高，但c相电压开始比b相更负，

此时脉冲U

g2触发T

2

导通，迫使T

6

承受反压而关断，负载电流从T

6

换到T

2

。

依此类推。总之，三相桥式全控整流电路中，晶闸管导通的顺序是6、1，

1、2，

2、3，

3、4，

4、5，

5、6，

6、1...。这时，共阴极组输出电压波形是三相相电压正半周的包络线，共阳极组输出负半周的包络线。三相桥式全控整流的输出电压u

d

为两组输出电压之和，是电压波形正负包络线之

间的面积，所以u

d

波形为三相相电压正半周的包络线。波形图如图2所示。

图2

（2）当控制角α> 0︒时，输出电压波形发生变化。图3、4、5分别