电力电子课设精编

电力电子课设精编Jenny was compiled in January 2021

摘要

整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。整流电路的应用十分广泛，例如直流电动机，电镀，电解电源，同步发电机励磁，通信系统电源等。

本次研究的就是交流电经过整流电路，变成直流电，供给直流电动机负载。采用并联多重 12 脉冲联结(两个三相桥式全控整流电路并联)和顺序控制的方法，减少交流输入的电流谐波，同时减少直流输出电压中的谐波幅值，提高纹波频率。由于晶闸管的导通，必须有触发脉冲，所以整流电路外加触发电路，由于集成电路可靠性高，体积小，功耗低，调试方便，所以触发电路由 KJ004 和KJ041 集成电路组成。

本文通过理论分析、仿真研究和实验验证，证实了该电路的合理性、可靠性，实用性。

关键词： 12 脉并联；整流电路； KJ004；KJ041

目录

第 1 章绪论

电力电子技术概况

电力电子器件应用与电力电子系统，它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的新兴学科。电力电子技术主要应用于电力变换。电力电子器件的发展是以电力电子器件为核心，伴随着变换技术和控制技术的发展而发展。电力电子技术可以理解为功率强大，可供诸如电力系统那样的大电流、高电压场合应用的电子技术，它与传统的电子技术相比，其特殊之处不仅仅因为它运行效率问题。为了解决发热和效率问题，对于大功率的电子电路，器件的运行都采用开关方式，这种开关方式就是电力电子器件运能够通过大电流和承受高电压，而且要考虑在大功率情况下，器件发热、行的特点。

新型电力电子器件呈现出许多优势，它使得电力电子技术发生了突变，进入了现代电力电子技术阶段。现代电力电子技术的主要特点是：

(1)全控化是由半控型普通晶闸管发展到各类自关断器件，是电力电子器件在功能上的重大突破。自关断器件实现了全控化，取消了传统电力电子器件的复杂换相电路，使电路大大简化。

(2)集成化与传统电力电子器件的分立方式完全不同，所有的全控型器件都是由许多单元器件并联在一起，集成在一个基片上。

(3)高频化是指随着器件集成化的实现，同时也提高了器件的工作速度，例如 GTR 可工作在 10kHz 频率以下，IGBT 工作在几十千赫兹以上，功率 MOSFET 可达数百千赫兹以上。

(4)高效率化体现在器件和变换技术这 2 个方面，由于地电力电子器件的导通压降不断减少，降低了导通损耗；器件开关的上升和下降过程加快，也降低了开关损耗；器件处于合理的运行状态，提高了运行效率；变换器

中采用的软开关技术，使得运行效率得到进一步提高。

(5)变换器小型化是指随着器件的高频化，控制电路的高度集成化和微型化，使得滤波电路和控制器的体积大大减小。电力电子器件的多单元集成化，减少了主电路的体积。控制器和功率半导体器件等，采用微型化的表面贴技术使得变换器的体积得到了进一步减少，功率为 10kV 。

本文设计内容

本设计的主要内容是采用多脉整流，以减小输出直流的脉动，为 1 台额定电压 220V、功率为 42kW 的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调速。

课题对带三相 PFC 的AC / DC 变换器进行一些有益的研究，重点对传统的 12 脉波整流电路进行了改进，加入辅助电路有效的减小了流入电网的谐波电流，并且在较宽的范围内可以调节输出电压。交流电源三相 380V 经过整流输出电压 U 在 0~220V 连续可调，同时整流输出电流最大值d

为 200A，向直流电动机负载供电。根据实际工作情况最小控制角α取 20~300 左右。

220V／ 200A并联多重 12 脉可控整流电路的设计包括方案的经济技术论证、设计并联多重可控整流电路的主电路设计、通过计算选择整流器件的具体型号、确定变压器变比及容量、触发电路设计和选择绘制相关电路图。

第 2 章电路设计

总体设计方案

对于输入交流电流，采用多重联结不仅可以减少交流

输入电流的谐波，同时也可以减少直流输出电压中的谐波

幅值并提高纹波频率，因而可减少平波电抗器。初选并联 6 脉可控整流、串联 12 脉可控整流、并联 12 脉可控整流。

12 脉冲整流器在多项性能指标优于 6 脉整流器，同时并联和串联整流器效果是相同的。但根据本次设计的主要内

容、技术要求和经济支持下，采用并联 12 脉可控整流。

电路设计构想方案如下：

交流电输

入

并联整流电

路

触发电路

电动机负载图电路方框图

具体电路设计

2.2.1 主电路设计

随着整流装置功率的进一步加大，它所产生的谐波、无功功率等对电网的干扰也随之加大，为了减轻干扰，可采用多重化整流电路。即将几个整流电路多重联结可减少交流侧输入电流的谐波，而对晶闸管多重整流电路采用顺序控制的方法可提高功率因数。

根据此次设计的要求，采用将两个三相桥式全控整流 电路(带阻感负载)并联多重 12 脉波整流电路，并且连接 一个额定电压为 220V 、额定功率为 42KW 的直流电动机的负 载，还有一个电感 L,平衡电抗器 Lp 。电路采用平衡电抗器 来平衡各组整流器的电流，其原理与双反星型电路中采用 平衡电抗器是一样的。变压器二次侧的两绕组的机型相反 可消除贴心的直流磁化，设置电感量为 Lp 的平衡电抗器是 为了保护两组三相全控桥式整流电路同时导电，每组承担 一半负载。

依据题意控制角取 30o ，利用变压器的二次绕组不同， 使两组三相交流电源间相位错开 30o ，从而使输出整流电压 Ud,在每个交流电源周期中脉动 12 次，故该电路是 12 脉冲 整流电路。整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接 法构成相位差 30o 、大小相等的两组电压，接至相互并联的 两组整流桥。因绕组接法不同，变压器一次绕组和两组二 次绕组的匝比为 。

LP

50 %

1 2

T

VT1 VT3 VT5 VT7 VT9 VT11 id

a2

M K2

VT4 VT6 VT2

图并联多重 12 脉冲可控整流电路主电路原理图

T

VT10 VT12 VT8

b2

b1

a1

c1

c2

L