三相桥式全控整流电路课程设计

目录1. 绪论 (1)2. 主电路设计及原理 (2)2.1总体框架图 (2)2.2三相桥式全控整流电路的原理 (2)2.3 实验内容 (5)3. 单元电路设计 (7)3.1 主电路 (7)3.2 触发电路 (7)3.3 保护电路 (8)3.4 硬件电路PCB版图 (11)3.4.1 顶层视图 (11)3.4.2 底层视图 (12)3.4.3 顶层覆盖图 (12)3.4.4 3D视图 (13)4 .电路分析与仿真 (14)4.1 带电阻负载的波形分析 (14)4.2 三相桥式全控整流电路定量分析 (16)4.2.1 仿真模型图 (19)4.2.2 仿真实验结论 (19)5. 结论 (20)6. 参考文献 (22)7. 附录 (23)第一章绪论整流电路技术在工业生产上应用极广。

如调压调速直流电源、电解及电镀的直流电源等。

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（如直流电动机的励磁绕组，滑差电动机的电枢线圈等）。

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。

第二章主电路设计及原理2.1 总体框架图交流源±220V主变压器触发脉冲主电路保护电路图2.1总体框架图2.2 三相桥式全控整流电路的原理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。

（1）2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 。

（3）Ud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（常用）（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。

三相桥式全控整流电路实质上是三相半波共阴极组与共阳极组整流电路的串联。

在任何时刻都必须有两个晶闸管导通才能形成导电回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，另一个晶闸管是共阳组的。

6 个晶闸管导通的顺序是按 VT6 –VT1 → VT1 –VT2 → VT2 –VT3 → VT3 –VT4 → VT4 –VT5 → VT5 –VT6 依此循环，每隔60 °有一个晶闸管换相。

为了保证在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，采用了双脉冲触发电路，在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次，两次脉冲前沿的间隔为60 °。

三相桥式全控整流电路原理图如右图所示。

三相桥式全控整流电路用作有源逆变时，就成为三相桥式逆变电路。

由整流状态转换到逆变状态必须同时具备两个条件：一定要有直流电动势源，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；其次要求晶闸管的 a ＞90 °，使 U d 为负值。

三相桥式全控整流电路原理图2.3 实验内容⒈ 接线在实验装置断电的情况下，按三相桥式全控整流及有源逆变电路实验线路图及接线图进行接线。

图中的可调电阻器 R p ，选用 MEL ﹣ 03 中的其中一组可调电阻器并联， R p 的初始电阻值应调到最大值。

⒉ 触发电路调试将 MCL ﹣ 32 电源控制屏的电源开关拨向“开”的位置，接通控制电路电源﹙红色指示灯亮﹚。

⑴ 检查晶闸管的触发脉冲是否正常。

用示波器观察 MCL ﹣ 33 脉冲观察孔“ 1 ” ～“ 6 ” ，应有相互间隔 60 o ，幅度相同的双脉。

⑵ 用示波器观察每只晶闸管的控制极、阴极，应有幅度为 1V ﹣ 2V 的脉冲。

⑶ 调节 MCL ﹣ 31 的给定电位器 RP1 使 U g ＝ 0V ，然后调节偏移电压 U b 使 a ＝ 150 o ，逐渐调节给定电压 U g ，观察触发脉冲移相范围是否满足 a ＝30 °～150 °。

⒊ 三相桥式全控整流电路⑴ 调节 MCL ﹣ 31 的给定电位器 RP1 使 U g ＝ 0V 。

⑵ 将主电路开关 S1 拨向左边短接线端接通电阻负载，将 R d 调至最大值(450 W ) 。

⑶ 按下 MCL ﹣ 32 电源控制屏的“闭合”按钮，接通主电路电源﹙绿色指示灯亮﹚。

⑷ 调节 MCL ﹣ 31 的给定电位器 RP1 使 a ＝90 °，用示波器观察记录整流电路输出电压 U d ＝f （ t ）以及晶闸管两端电压 U VT ＝f （ t ）的波形。

采用类似方法，分别观察记录 a ＝30 °、 a ＝60 °时 U d ＝f （ t ）、 U VT ＝f （ t ）的波形。

⒋ 三相桥式有源逆变电路⑴ 调节 MCL ﹣ 31 的给定电位器 RP1 使 U g ＝ 0V 。

⑵ 按 MCL ﹣ 32 电源控制屏的“断开”按钮，切断主电路电源﹙红色指示灯亮﹚，将主电路开关 S1 拨向右边的不可控整流桥接线端，将 R d 调至最大值 (450 W ) 。

⑶ 按下 MCL ﹣ 32 电源控制屏的“闭合”按钮，接通主电路电源﹙绿色指示灯亮﹚。

⑷ 调节 MCL ﹣ 31 的给定电位器 RP1 ，使 a ＝90 °，用示波器观察记录逆变电路输出电压 U d ＝f （ t ）以及晶闸管两端电压 U VT ＝f （ t ）的波形。

采用类似方法，分别观察记录 a ＝120 °、 a ＝150 °时 U d ＝f （ t ）、 U VT ＝f （ t ）的波形。

五．实验报告⒈ 绘制三相桥式全控整流电路控制角 a 为30 ° 、60 ° 、90 °时 U d ＝f （ t ）、 U VT ＝f （ t ）波形。

⒉ 绘制三相桥式有源逆变电路控制角 a 为90 ° 、120 ° 、150 °时 Ud ＝f （ t ）、 U VT ＝f （ t ）波形。

⒊ 简述通过实验的心得体会及建议。

三相桥式全控整流及有源逆变电路实验线路图及接线图第三章单元电路设计3.1 主电路主电路为带电阻负载的三相桥式电路,用protel绘制如下所示:图3.1主电路图3.2 触发电路触发脉冲的宽度应保证晶闸管开关可靠导通（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。

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,其组成为：3个KJ004集成块和1个KJ041集成块，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大,即可得到完整的三相全控桥触发电路, 用protel绘制的完整触发电路如下所示：图3.2.2完整触发电路图3.3 保护电路我们不可能从根本上消除生产过程过电压的根源，只能设法将过电压的副值抑制到安全限度之内，这是过电压保护的基本思想。

抑制过电压的方法不外乎三种：用非线性元件限制过电压的副度，用电阻消耗生产过电压的能量，用储能元件吸收生产过电压的能量。

对于非线性元件，不是额定电压小，使用麻烦，就是不宜用于抑制频繁出现过电压的场合。

所以我们选用用储能元件吸收生产过电压的能量的保护。

使用RC吸收电路，这种保护可以把变压器绕组中释放出的电磁能量转化为电容器的电场能量储存起来。

由于电容两端电压不能突变，所以能有效抑制过电压，串联电阻消耗部分产生过电压的能量，并抑制LC回路的震动。

如图3.3.1图3.3.1 RC吸收电路(1)晶闸管的过电压保护晶闸管的过电压能力比一般的电器元件差，当它承受超过反向击穿电压时，也会被反向击穿而损坏。

如果正向电压超过管子的正向转折电压，会造成晶闸管硬开通，不仅使电路工作失常，且多次硬开关也会损坏管子。

因此必须抑制晶闸管可能出现的过电压，常采用简单有效的过电压保护措施。

对于晶闸管的过电压保护可参考主电路的过电压保护，我们使用阻容保护，电路图如图3.3.2图3.3.2 阻容保护电路(2)晶闸管的过电流保护在整流中造成晶闸管过电流的主要原因是：电网电压波动太大负载超过允许值，电路中管子误导通以及管子击穿短路等。

所以我们要设置保护措施，以避免损害管子。

常见的过电流保护有：快速熔断器保护，过电流继电器保护，限流与脉冲移相保护，直流快速开关过电流保护。

快速熔断器保护是最有效，使用最广泛的一种保护措施；快速熔断器的接法有三种：桥臂串快熔，这是一种最直接可靠的保护；交流侧快熔，直流侧快熔，这两种保护接法虽然简单，但保护效果不好。

过电流继电器保护中过电流继电器开关时间长（约几百毫秒）只有在短路电流不大时才有用。

限流与脉冲移相保护电路保护比较复杂。