电力电子技术课程设计报告

课程设计

题目三相桥式全控整流电路设计学院自动化学院

专业自动化

班级自动化0904班

姓名唐正霜

指导教师周颖

2012 年06 月23 日

课程设计任务书

学生姓名：唐正霜专业班级：自动化0904班

指导教师：周颖工作单位：自动化学院

题目：三相桥式全控整流电路的设计（带反电动势负载）

初始条件：

1．反电动势负载，E=60V，电阻R=10Ω，电感L无穷大使负载电流连续；

2．U2=220V，晶闸管导通角α=30°；

3．其他器件如晶闸管自己选取。

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作得及其技术要求，以及说明书撰写待具体要求）

1.主电路的设计及原理说明；

2.触发电路设计，每个开关器件触发次序及相位分析；

3.保护电路的设计，过流保护，过电压保护原理分析

4.各参数的计算（包括触发角的选择，输出平均电压，输出平均电流，输出有功功率

计算，输出波形分析）；

5.应用举例；

6.心得小结。

时间安排：

6月18日查阅资料

6月19日- 20日方案设计

6月21日- 22日馔写电力电子课程设计报告

6月23 日提交报告，答辩

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

目录

写在前面

通过一学期的对《电力电子技术》的学习，我对电力电子中的基本电路如整流电路、逆变电路、DC/DC变换电路、交流电力控制电路等的工作原理及分析方法都有了比较深入的认识；对保护电路及电力电子器件的缓冲电路也了解了一些；也认识到了电力电子技术在当今社会各方面的广泛应用。但是，仅仅了解了书本上的理论知识而不会把它们应用到实际中去，这不能叫真正掌握了一门技术。只有学以致用、在实践中检验理论的正确性，才是学习的好方法。

随着实际应用中对电能的质量要求越来越高，对电能进行变换就显得非常必要。本文中所设计的三相全控整流电路正是在实际中应用非常广泛的一种变流电路，主要用于需要大功率的直流电的场合。对这个电路的设计，既可以帮助我巩固已经学过的电力电子技术的各方面的知识，也可以让我了解到在设计整个电力电子装置中所要面临的各种问题，并且可以在前人总结的经典电路的基础上实现一些小的创新。我相信，通过这次课程设计，一定可以锻炼我的思维能力和分析能力，对实践能力的提高也会有所帮助。

1 方案论证、设计思路及系统框图

根据任务书的要求，只要设计一个带反电势负载的三相桥式全控整流电路，对电路的带负载能力、输入与输出功率因数、谐波含有率及畸变等指标都未作出详细的规定。这为设计提供了很大的自由空间与灵活性。显然，针对以上要求，整个系统应该包括由功率器件组成的主电路、触发电路、控制电路、检测电路、隔离电路、保护及滤波电路组成，系统框图如图1-1所示。

主电路采用六个晶闸管组

成的三相桥式全控整流电路，触

发电路使用集成移相触发芯片

TC787及少数外围器件组成，用

霍尔元件检测流过负载的电流，图1-1 系统框图

主电路与信息电路采用变压器隔离方式。各个部分电路的原理将在以下的论述中逐一介

绍。

2 主电路原理及电路图

主电路采用如图2-1所示的拓扑结构。习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（1

VT、2

VT、6

VT）VT、5

VT）称为共阴极组，阳极连接在一起的3个晶闸管（4 VT、3

称为共阳极组。此外，一般希望晶闸管按从VT1至VT6的顺序导通，为此将晶闸管按图2-1所示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为1

VT、

VT、2

VT。

VT、6 VT，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为4

VT、5

3

从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为6

VT-

VT

-

-

-

-。

VT

4

5

VT

3

2

VT

1VT

α，此时电路相当于有六个二极管组成为了便于分析，先假设晶闸管的触发角0

=

的三相不可控整流电路。对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压，各个晶闸管的换相点均为自然换相点。

α，则每个晶闸管导通的条件不仅要求承受正向电压，若电路中晶闸管的触发角0

>

还要有适时地有足够强度的触发脉冲。每个晶闸管的触发导通点会推迟α角度。由于任务书中所要求的负载是反电势负载，且电感∞

L，因此负载电流连续。图中变压器二

=

次侧输出线电压为380V，Ω

=。

E60

=10

R，V

图2-1 主电路原理图

3 触发电路

晶闸管触发电路的作用时产生使晶闸管可靠导通的门极触发脉冲，确保晶闸管在需要的时刻由阻断变为导通，一般触发信号对于门极—阴极都是正极性的。触发信号必须满足以下要求：有足够大的功率；有足够的宽度，且前沿要陡；有足够的移相范围；抗干扰能力强，稳定性好。

3.1 触发电路的选择

表3-1-1 不同的晶闸管触发电路性能比较

三相桥式全控整流电路的触发电路一般有三种可选的方案，它们分别是由分立元件组成的触发电路、集成化晶闸管移相触发电路、数字化晶闸管移相触发电路。对于这三种电路拓扑的优缺点进行比较，如表3-1-1所示。

通过比较三种电路的优缺点，综合考虑各方面因素，本次设计中选用集成化晶闸管移相触发电路。通过比较各种集成芯片，最终决定选用高性能集成晶闸管移相触发器TC787。

3.2 触发电路原理

TC787是采用独有的先进IC工艺技术，并参照国外最新移相触发电路而设计开发的具有我国自主知识产权的单片集成电路，主要应用于三相晶闸管移相触发和三相电力晶体管脉宽调制电路。它是目前国内广泛流行的TCA785及KJ（或KC）系列移相触发电路的代换产品，具有功耗小、功能强、抗干扰性好、移相范围宽、外接元件少等特点。只用一片TC787外加少数器件即可实现三片TCA785或四片KJ系列的功能。TC787内