三相桥式整流电路课设资料
三相桥式全控整流电路设计课程设计
三相桥式全控整流电路设计课程设计
三相桥式全控整流电路设计课程设计主要包含以下几个步骤：
1.设计目标：明确设计的目标，如实现直流电压的可控输出、减
小谐波含量、提高系统的功率因数等。
2.电路拓扑：选择三相桥式全控整流电路作为拓扑结构。
3.器件选型：根据设计要求，选择适当的晶闸管、二极管等器
件，并确定其型号和规格。
4.参数计算：根据设计目标，计算电路的输入输出电压、电流、
功率等参数，以及晶闸管的控制角和触发脉冲等参数。
5.仿真分析：利用仿真软件对设计电路进行仿真分析，验证设计
的可行性和正确性。
6.电路板设计：根据仿真分析结果，进行电路板的设计，包括布
局、布线、元件封装等。
7.调试与测试：完成电路板制作后，进行调试和测试，确保电路
正常工作并达到设计目标。
8.总结与优化：总结设计过程中的经验和教训，优化电路设计，
提高系统的性能和可靠性。
在具体的设计过程中，可以根据实际情况进行调整和修改。
同时，需要注意安全问题，确保电路设计和使用过程中的安全可靠。
三相桥式整流电路设计
一、设计的基本要求1.1、主要技术数据1)电源电压：交流220V/50Hz2)输出电压范围50V~100V3)最大输出电流：10A4)具有过流保护功能，动作电流：12A5)具有稳压功能6)效率不低于70%1.2、主要用途三相桥式整流电路在电力电子领域中的应用及其重要，也是应用最为广泛的电路。
不仅在一般的工业领域的应用非常广泛，如中频炉、发电机励磁、自动控制等，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统、以及其他领域。
二、总体方案三、电路原理说明3.1、主电路原理说明3.1.1、工作原理三相全控桥式整流电路是由一组共阴极接法的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的三相半波可控整流电路串起来组成的，如上图所示。
为了便于表达晶闸管的导通顺序，把共阴极组的晶闸管依次编号为VT1、VT3、VT5，而把共阳极组的晶闸管依次编号为VT4、VT6、VT2。
假设六个晶闸管换成六个整流二极管，则电路为不可控电路。
相当于晶闸管触发角α=0°时的情况。
三相电压正、负半周各有三个自然换相点，六个自然换相点依次相差60°。
对于共阴极组，阳极电位最高的器件导通；对于共阳极组，阴极电位最低的器件导通。
六个自然换相点把一个周期分成以下六段：1)ωt1＜ωt≤ωt2时，共阴极组VT1导通，共阳极组VT6导通，ud=uab。
2)ωt2＜ωt≤ωt3时，共阴极组VT1导通，共阳极组VT2导通，ud=uac。
3)ωt3＜ωt≤ωt4时，共阴极组VT3导通，共阳极组VT2导通，ud=ubc。
4)ωt4＜ωt≤ωt5时，共阴极组VT3导通，共阳极组VT4导通，ud=uba。
5)ωt5＜ωt≤ωt6时，共阴极组VT5导通，共阳极组VT4导通，ud=uca。
6)ωt6＜ωt≤ωt1时，共阴极组VT5导通，共阳极组VT6导通，ud=ucb。
通过以上分析，可知三相全控桥式整流电路有以下几个基本特点：1)任何时刻必须有两个晶闸管同时导通，一个为共阴极组，一个为共阳极组，以便形成通路2)晶闸管在组内换相，同组内晶闸管的触发脉冲互差120°，由于共阴极组与共阳极组的自然换相点互差60°，所以每隔60°有一个元件换相。
三相桥式全控整流电路的工作原理课设
BKP1KP3KP5KP4KP6KP2Ra b cu 图1 三相桥式全控整流电路ωtωtωta b c a b uu 00uu三相桥式全控整流电路的工作原理三相桥式全控整流原理电路结构如图1所示。
三相桥式全控整流电路是应用最广泛的整流电路，完整的三相桥式整流电路由整流变压器、6个桥式连接的晶闸管、负载、触发器和同步环节组成（见图1-1）。
6个晶闸管以次相隔60度触发，将电源交流电整流为直流电。
三相桥式整流电路必须采用双脉冲触发或宽脉冲触发方式，以保证在每一瞬时都有两个晶闸管同时导通（上桥臂和下桥臂各一个）。
整流变压器采用三角形/星形联结是为了减少3的整倍次谐波电流对电源的影响。
元件的有序控制，即共阴极组中与a 、b 、c 三相电源相接的三个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a 、b 、c 三相电源相接的三个晶闸管分别为 VT 、VT 。
它们可构成电源系统对负载供电的6条整流回路，各整流回路的交流电源电压为两元件所在的相间的线电压。
图1-1 三相桥式全控整流原理电路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KP1和KP4接a 相，晶闸管KP3和KP6接b 相，晶管KP5和KP2接c 相。
晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴极组，而晶闸管KP2、KP4、KP6组成共阳极组。
为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律，分析输出波形的变化规则，下面研究几个特殊控制角，先分析α=0的情况，也就是在自然换相点触发换相时的情况。
图1是电路接线图。
为了分析方便起见，把一个周期等分6段（见图2）。
在第（1）段期间，a 相电压最高，而共阴极组的晶闸管KP1被触发导通，b 相电位最低，所以供阳极组的晶闸管KP6被触发导通。
三相桥式全控整流电路
小结:
❖ 7. 为确保电源合闸或电流断续情况正常工作， 触发脉冲应采用双脉冲或宽度不小于60度旳 宽脉冲。
❖ 8. 在负载电流连续时，每个SCR导通120度； 三相桥式全控电路旳整流电压在一种周期内 脉动六次，对于工频电源,脉动频率为 6×50HZ＝300Hz，比三相半波时大一倍。
小结:
❖ 9. 整流后旳输出电压为两相电压相减后旳波 形，即线电压。
❖ 此时，因为输出电压Ud波形连续, 负载电流波形也连续
❖ 在一种周期内每个晶闸管导通 120o，输出电压波形与电感性负 载时相同。
电阻性负载控制角α>60度
❖ 以控制角等于90度为例， 线电压过零时，负载电 压电流为0, SCR 关断， 电流波形断续
T+a,T-b导经过程
T+a,T-c导经过程
❖ 三相桥式电路中变压器绕组中，一周期既有正向电 流，又有反向电流，提升了变压器旳利用率，防止 直流磁化
❖ 因为三相桥式整流电路是两组三相半波整流电路旳 串联，所以输出电压是三相半波旳两倍。
一.电感性负载电感性负载
❖ 设电感足够大， ❖ 负载电流连续。 ❖ 1.控制角α=0 ❖ 相当于六个二极管整流
可控整流电路
三相桥式全控整流电路
第三节 三相桥式全控整流电路
❖ 一.电路构成: ❖ 共阴极三相半波+共阳极三相半波。
第三节 三相桥式全控整流电路
❖ 一.电路构成: （输出串联构成）
三相桥式全控整流电路
❖ 共阴极组电路和共阳极组电路串联，并接到变压器 次极绕组上
❖ 两组电路负载对称，控制角相同，则输出电流平均 值相等，零线中流过电流为零
❖ ◆输出电压旳脉动较小（6脉波/周期）； ❖ ◆变压器利用率高，无直流磁化问题； ❖ ◆最常用（大容量负载供电，电力拖动系统）
三相桥式全控整流电路设计
1 主电路的设计与原理说明1.1 主电路图图1-1中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、 VT5）为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）为共阳极组。
晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，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VT1、VT3、VT5， 共阳极组中与a 、b 、c 三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。
从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为 VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。
此主电路要求带反电动势负载，此反电动势E=60V ，电阻R=10Ω，电感L 无穷大使负载电 流连续。
其原理如图1所示。
图1-1 三相桥式全控整理电路原理图1.2 主电路原理为说明此原理，假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况就也就相当于晶闸管触发角α=0o 时的情况。
此时，对于共阴极组的三个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。
而对于共阳极组的三个晶闸管，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。
α=0o 时，各晶闸管均在自然换相点处换相。
由图中变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。
在分析d u 的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。
从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n 为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压 1d u 为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压2d u 为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压d u =1d u -2d u 是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。
从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的最大的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小的相电压，输出整流电压 d u 为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压d u 波形为线电压在正半周的包络线。
三相桥式全控整流电路的设计
课程设计任务书学生姓名：杨专业班级：自动化指导教师：工作单位：信息工程系题目：三相全控桥式整流电路的设计一．初始条件：1．直流电动机额定参数： PN=10KW, UN=220V, IN =50A,n=1000r/min，电枢电阻NRa=0.5Ω，电流过载倍数λ＝1.5，电枢电感LD =7mH，励磁电压UL=220V 励磁电流IL=1.6A.2.进线交流电源：三相380V3.性能指标：直流输出电压0-220V，最大输出电流75A，保证电流连续的最小电流为5A。
使用三相可控整流电路，电动机负载，工作于电动状态。
二．要求完成的主要任务：1. 三相全控桥式主电路设计（包括整流变压器参数计算，整流元件定额的选择，平波电抗器电感量的计算等）,讨论晶闸管电路对电网及系统功率因数的影响。
2.触发电路设计。
触发电路选型（可使用集成触发器）。
3.晶闸管的过电压保护与过电流保护电路设计。
4.提供系统电路图纸不少于一张。
三．时间安排：指导老师签字：年月日1引言整流电路尤其是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要也是应用得最为广泛的电路, 不仅用于一般工业, 也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统及其他领域. 因此对三相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义, 这不仅是电力电子电路理论学习的重要一环, 而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用. 因此调试三相桥式可控整流电路的相关参数并对不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有一定的现实意义。
2设计的步骤⑴根据给出的技术要求，确定总体设计方案⑵选择具体的元件，进行硬件系统的设计⑶进行相应的电路设计，完成相应的功能⑷进行调试与修改⑸撰写课程设计说明书3设计方案选择及论证3.1三相桥式全控整流电路（如图3-1）应用最为广泛，共阴极组——阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组——阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）编号：1、3、5，4、6、2阻感负载时的工作情况a≤60°时，u d波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压u d波形、晶闸管承受的电压波形等都一样区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流i d波形不同。
三相桥式全控整流电路资料
9
三、定量分析
1. 整流输出电压
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：
Ud
1 3
2 3
6U 2 sin td (t ) 2.34U 2 cos
3
带电阻负载且a >60时，整流电压平均值为：
第三节 三相可控整流电路
三相桥式全控整流电路
1
一、概述
1.三相桥式电路是两个三相半波电路的串联 三相半波
共阴极
共阳极
三相全控桥
2
一、概述
2. 应用：
反电动势负载，可实现电动机可逆运转
3
二、原理分析
1.电路工作的基本原则 1) 三相全控桥整 流电路任一时刻必须有 两只晶闸管同时导通， 才能形成负载电流，其 中一只在共阳极组，另 一只在共阴极组。
a >60时（ a =90图－8）
•
阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。
电阻负载时，ud波形不会出现负的部分 阻感负载时，ud波形会出现负的部分。
带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的 a 角移相范围 为90 。 8
二、原理分析
3.对触发脉冲的要求
1）.双窄脉冲 在触发某一相晶闸管
时，触发电路能同时
Id Ud E R
式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。
晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。
11
三、定量分析
3.当整流变压器二次侧电流
正负半周各宽120、前沿相差180的矩形波：
三相桥式全控整流电路课程设计报告
三相桥式全控整流电路课程设计报告目录一、课程概述 (2)1. 课程背景与目的 (2)2. 课程设计任务及要求 (4)二、三相桥式全控整流电路基本原理 (4)1. 三相桥式整流电路结构 (6)1.1 电路组成及工作原理 (7)1.2 电路特点分析 (8)2. 三相桥式全控整流电路工作原理 (9)2.1 触发脉冲的控制 (10)2.2 整流过程的分析 (12)三、电路设计 (14)1. 电路主要参数计算 (15)1.1 输入参数设定 (17)1.2 输出参数计算 (18)1.3 散热设计考虑 (19)2. 电路元器件选择与配置 (20)2.1 整流器件的选择依据 (22)2.2 滤波电容的选择方法 (23)2.3 其他元器件的选择及布局设计 (24)四、仿真分析与实验验证 (26)1. 仿真分析 (27)1.1 仿真模型建立 (28)1.2 仿真结果分析 (29)2. 实验验证过程介绍及结果分析 (30)一、课程概述本课程设计旨在帮助学生深入理解和掌握三相桥式全控整流电路的基本原理、结构特点和工作过程，培养学生分析问题和解决问题的能力。
通过对三相桥式全控整流电路的设计与实现，使学生在理论知识与实际操作相结合的基础上，提高自己的专业素养和实践能力。
课程背景介绍：简要介绍三相桥式全控整流电路的发展历程、应用领域及其在现代电力系统中的重要性。
课程目标设定：明确本课程设计的目标，包括理论知识的学习和实际应用能力的培养。
课程内容安排：详细阐述本课程设计的主要内容，包括三相桥式全控整流电路的基本原理、结构特点、工作原理及参数计算等。
课程实验与测试：通过实验和测试，验证所学理论知识的正确性，培养学生的实际操作能力和团队协作精神。
课程总结与反思：对本课程设计的过程进行总结，分析存在的问题和不足，并提出改进措施，为今后的学习和工作打下坚实的基础。
1. 课程背景与目的随着现代电力电子技术的飞速发展，整流电路在各个领域的应用越来越广泛。
三相桥式整流电路设计(带反电动势负载)
辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：三相桥式整流电路的设计（带反电动势的负载）院（系）：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2013.12.30-2014.1.10课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号 110302025学生姓名陈绳鹏专业班级自动化111课程设计（论文）题目三相桥式整流电路的设计（带反电动势负载） 课程设计（论文）任务课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数整流电路就是把交流电能转换成直流电能的电路，多数由变压器、整流主电路和滤波器等组成，在直流电动机的调速、发电机励磁调节、电解及电镀等领域得到广泛地应用。
整流电路的种类很多，工业上广泛应用的三相桥式全控整流电路是从三相半波电路发展而来的。
两组三相半波整流电路，一组是共阴极，另一组是共阳极串联组成。
设计任务及要求1、确定系统设计方案，各器件的选型；2、设计主电路、触发电路、保护电路；3、各参数的计算（输出平均电压、平均电流、有功功率及波形分析）；4、建立仿真模型，验证设计结果。
5、撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。
技术参数输入电压：三相交流380V ，50HZ整流输出电压0~110V ，电流最大值10A ，反电动势 40V ，电阻10欧姆 进度计划1、 布置任务，查阅资料，确定系统方案（1天）2、 系统功能分析（1天）3、 系统方案确定（1天）4、 主电路、触发电路等设计（2天）5、 各参数计算（1天）6、 仿真分析与研究（2天）7、 撰写、打印设计说明书（1天）8、 答辩（1天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩：总成绩： 指导教师签字：年 月 日摘要整流电路就是把交流电能转换成直流电能的电路，大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成，在直流电动机的调速、发电机励磁调节、电解及电镀等领域得到广泛地应用。
三相桥式全控整流电路
Ⅴ
Ⅵ
u b c u b a u ca u cb u ab u ac
➢ a >60时（ a =90图－8）
• 阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。
电阻负载时，ud波形不会出现负的部分
阻感负载时，ud波形会出现负的部分。
➢ 带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围
为90 。
8
二、原理分析
3.对触发脉冲的要求
1）.双窄脉冲 在触发某一相晶闸管 时，触发电路能同时 给前一相晶闸管补发 一个脉冲(称辅助脉 冲)
➢ 晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。
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三、定量分析
➢ 3.当整流变压器二次侧电流
正负半周各宽120、前沿相差180的矩形波：
i
I
d
2π/3
0
π
其有效值为：
2π/3
2π
ωt
I22 1 Id 23 2( Id)23 2 3 2Id0 .81 Id6
12
三、定量分析
➢ 4. 整流变压器视在功率计算
1）带电阻负载时的工作情况
➢ 当a≤60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形 与ud波形形状一样，也连续 波形图： a =0 （图－2 ） a =30 （图－3） a =60 （图－4）
➢ 当a>60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不
能出现负值
波形图： a =90 （ 图－5） ➢ 带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范
16
三相桥式全控整流电路
图-2 带电阻负载a=0时的波形
u
u
d
2 1
= 0 °u a
ub
uc
O
u d2
三相桥式全控晶闸管整流电路设计
《电力电子技术》三相桥式全控晶闸管整流电路目录一设计要求 (1)1.1概述 (1)1.2设计要求 (1)二小组成员任务分工........................................................................ 错误!未定义书签。
三三相全控桥式主电路原理分析 (2)3.1总体结构 (2)3.2主电路的分析与设计 (2)3.1.1整流变压器的设计原理 (2)3.1.2变压器参数计算与选择 (3)3.3触发电路的分析与设计 (4)3.3.1触发电路的选择 (4)3.3.2 TC787芯片介绍 (4)3.4电路原理图 (6)3.5主电路工作原理 (7)3.6晶闸管保护电路的分析与设计 (7)3.6.1晶闸管简介 (7)3.6.2保护电路 (7)3.6.3晶闸管对电网的影响 (8)3.6.4晶闸管过流保护电路设计 (8)四仿真模型搭建及参数设置 (10)4.1主电路的建模及参数设置 (10)4.2控制电路的建模与仿真 (11)五仿真调试 (14)六设计心得........................................................................................ 错误!未定义书签。
一设计要求1.1概述首先我们要设计出整体的电路分别包括主电路，触发电路以及晶闸管保护电路。
主电路运用的是整流电路。
整流电路是电力电子电路中经常用的一种电路，它将交流电转变为直流电。
这里要求设计的主电路为三相全控桥式晶闸管整流电路。
整流电路将交流电网中的交流电转变成直流电，但为了保护晶闸管正常工作，需要围绕晶闸管设计触发电路、过电压和过电流保护电路。
因此我们可以设计出整体的程序框图之后按照框图进行接下来的电路设计。
三相全控桥式晶闸管整流电路需要使用交流、直流和触发信号,而且还存在电容和电感等非线性元件,如果采用传统的方法,分析和运算都非常繁琐。
三相桥式全控整流电路课程设计
第一章三相全控整流电路简介在电力系统中，电压和电流应是完好的正弦波．但是在实际的电力系统中，由于非线性负载的影响，实际的电网电压和电流波形总是存在不同程度的畸变，给电力输配电系统及附近的其它电气设备带来许多问题，因而就有必要采取措施限制其对电网和其它设备的影响。
随着电力电子技术的迅速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通、家庭等众多领域中的应用日益广泛，大量的非线性负载被引入电网，导致了日趋严重的谐波污染．电网谐波污染的根本原因在于电力电子装置的开关工作方式，引起网侧电流、电压波形的严重畸变．目前，随着功率半导体器件研制与生产水平的不断提高，各种新型电力电子变流装置不断涌现，特别是用于交流电机凋速传动的变频器性能的逐步完善，为工业领域节能和改善生产工艺提供了十分广阔的应用前景．相关资料表明，电力电子装置生产量在未来的十年中将以每年不低于10％的速度递增，同时，由这类装置所产生的高谐谐波约占总谐波源的70％以上。
为了抑制电力电子装置产生的谐波，其中的一种方法就是对整流器本身进行改进，使其尽量不产生谐波，且电流和电压同相位．这种整流器称为高功率因数变流器或高功率因数整流器．高功率因数变流器主要采用PWM整流技术，一般需要使用自关断器件。
对电流型整流器，可直接对各个电力半导休器件的通断进行PWM调制，使输入电流成为撸近正弦且与电源电压同相的PWM波形，从而得到接近1的功率因数。
对电压型整流器，需要将整流器通过电抗器与电源相连。
只要对整流器各开关器件施以适当的PWM控制，就可以对整流器网侧交流电流的大小和相位进行控制，不仅可实现交流电流接近正弦波，而且可使交流电流的相位与电源电压同相，即系统的功率因数总是掺近于1。
本设计主要对与PWM整流器相关的功率开关器件、主电路拓扑结构和控制方式等进行详细说明，在此基础上时PWM整流技术的发展方向加以探讨。
第二章主电路原理及其工作特点2.1 主电路原理主电路原理图如图2-1所示，将图中上方阴极连接在一起的3个晶闸管称为共阴极组；图中下方阳极连接在一起的3个晶闸管称为共阳极组。
三相桥式全控整流电路课程设计报告书
电力电子技术课程设计说明书三相桥式全控整流电路系、部：电气与信息工程系专业：自动化目录第1章绪论 (1)1. 电子技术的发展趋势 (1)2. 本人的主要工作 (2)第2章主电路的设计及原理 (3)1. 总体框图 (3)2. 主电路的设计原理 (3)2.1带电阻负载时 (4)2.2阻感负载时 (7)3. 触发电路 (8)4. 保护电路 (9)5. 参数计算 (10)5.1 整流变压器的选择 (10)5.2 晶闸管的选择 (11)5.3 输出的定量分析 (11)第3章 MATLAB的仿真 (12)1. MATLAB仿真软件的简介 (12)2. 仿真模拟图 (13)3. 仿真结果 (13)第4章结束语 (15)参考文献 (16)第1章绪论1. 电子技术的发展趋势当今世界能源消耗增长十分迅速。
目前，在所有能源中电力能源约占40%，而电力能源中有40%是经过电力电子设备的转换才到使用者手中。
预计十年后，电力能源中的80%要经过电力电子设备的转换，电力电子技术在21世纪将起到更大作用。
电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。
它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三个部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。
随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。
电力电子技术作为一门高技术学科，由于其在节能、减小环境污染、改善工作条件等方面有着重要的作用，现在已广泛的应用于传统工业(例如：电力、机械、交通、化工、冶金、轻纺等)和高新技术产业(例如：航天、现代化通信等)。
下面着重讨论电力电子技术在电力系统中的一些应用。
在高压直流输电(HVDC)方面的应用直流输电在技术方面有许多优点：(1)不存在系统稳定问题，可实现电网的非同期互联;(2)可以限制短路电流;(3)没有电容充电电流;(4)线路有功损耗小;(5)输送相同功率时，线路造价低;(6)调节速度快，运行可靠;(7)适宜于海下输电。
单片机控制三相桥式整流电路设计
目录1.课程设计目的 (1)2.课程设计题目和要求 (1)3.以单片机控制的三相桥式整流电路的设计 (1)3.1三相桥式全控整流电路 (2)3.1.1三相桥式全控整流电路的结构工作原理分析 (2)3.1.2数量计算 (6)3.2触发电路 (7)3.3过零检测电路及整流稳压电源 (9)3.1.1稳压电源部分 (9)3.3.2过零检测部分 (10)3.4单片机控制电路 (11)3.4.1显示部分 (11)3.4.2键盘部分 (14)4.设计总结 (18)参考书目 (18)1.课程设计目的1、巩固和加深课堂所学知识。
2、学习掌握一般的软硬件的设计方法和查阅、运用资料的能力。
3、了解单片机应用系统设计方法。
4、掌握LED显示器的原理与静态显示和动态显示的特点。
5、掌握独立式键盘的原理与应用。
6、了解串行口的并行口的结构和工作原理7、掌握三相桥式整流的工作原理。
2.课程设计题目和要求题目：以单片机控制的三相桥式整流电路的设计要求如下：1、显示采用4位动态显示，段选信号通过74LS164来控制，位选信号通过P1口控制。
2、键盘独立式按键，采用74LS165为键盘接口。
3、控制电路采用脉冲变压器结构。
4、要求有过零检测电路。
3.以单片机控制的三相桥式整流电路的设计目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路。
三相全控桥整流装置常用作可调直流电源，而直流电压的调节靠触发电路来控制, 单片机通过控制晶闸管触发脉冲的移相控制角来改变整流装置输出的直流电压大小。
下图为一用单片机控制的整流电路的原理图。
8031显示键盘过零检测输出控制主电路图3－1 单片机控制电路原理图3.1三相桥式全控整流电路3.1.1三相桥式全控整流电路的结构工作原理分析图3－2为三相桥式全控整流电路VT VT VT VT VT VT 123456图3－2 三相桥式全控整流电路三相全控桥式整流电路由一组共阴极接法的三个晶闸管和一组共阳极接法的三个晶闸管串联而成。
三相桥式全控整流电路
变压器次级容量为：
﹙公式7﹚
变压器初级容量为：
﹙公式8﹚
变压器容量为：
﹙公式9﹚
即：
变压器参数归纳如下：初级绕组三角形接法 ， ；次级绕组星形接法， ， ；容量选择为9.46989kW。
2.2.2晶闸管的选择
⑴晶闸管的额定电压
由三相全控桥式整流电路的波形（图2-4）分析知，晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值
电容C1接在V5的基极和集电极之间，组成电容负反馈的锯齿波发生器。在V4导通时，C1经V4、VD3迅速放电。当V4截止时，电流经(+15V－R6－C1－R22－RP1－(－15V))对C1充电，形成线性增长的锯齿波，锯齿波的斜率取决于流过R22、RP1的充电电流和电容C1的大小。根据V4导通的情况可知，在同步电压正、负半周均有相同的锯齿波产生，并且两者有固定的相位关系。
5.1 MATLAB建模………………………………………………………………16
5.2 MATLAB仿真………………………………………………………………18
5.3仿真结构分析……………………………………………………………19
课程设计体会………………………………………………………………………21
1原理及方案
对同步电压要求低，有脉冲列调制输出端等功能与特点。原理图如下：
图3-1 KJ004的电路原理图
3.2 KJ004的工作原理
如图3-1 KJ004的电路原理图所示，点划框内为KJ004的集成电路部分，它与分立元件的同步信号为锯齿波的触发电路相似。V1～V4等组成同步环节，同步电压uS经限流电阻R20加到V1、V2基极。在uS的正半周，V1导通，电流途径为(+15V－R3－VD1－V1－地)；在uS负半周，V2、V3导通，电流途径为(+15V－R3－VD2－V3－R5－R21―(―15V))。因此，在正、负半周期间。V4基本上处于截止状态。只有在同步电压|uS|＜0.7V时，V1～V3截止，V4从电源十15V经R3、R4取得基极电流才能导通。
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1 绪论电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。
通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。
电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。
具体的说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
所用的电力电子器件均用半导体制成，故也称为电力半导体器件。
电力电子技术所变换的“电力”，功率可以大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下。
信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换。
电力电子涉及由半导体开关启动装置进行电源的控制与转换领域。
半导体整流控制、半导体硅整的小型化等的出现，产生一个新的电力电子应用领域。
半导体硅整流、汞弧整流器应用于控制电源，但是这样的整流回路只是工业电子的一部分，对于汞弧整流器应用范围而言是有局限的。
半导体硅整流的应用涉及很多领域，如汽车、电站、航空电子、高频变频器等。
整流电路就是把交流电能转换成直流电能的电路，大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成，在直流电动机的调速、发电机励磁调节、电解及电镀等领域得到广泛地应用。
整流电路由主电路、滤波器和变压器组成。
随着科学技术的日益发展人们对电路的要求越来越高，由于在生产实际中需要大小可调的直流电源，而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定，利用它可方便得到大、中、小各种容量的直流电能，是目前获得直流电能的主要方法，得到了广泛应用。
在电能的生产和传输上，目前以交流电为主。
电力网供给用户的是交流电，而在许多场合，例如电解、蓄电池的充电、直流电动机等，需要用直流电。
要得到直流电，除了直流发电机外最普遍应用的是利用各种半导体元件产生直流电。
这个方法中，整流是最基础的一步。
整流，即利用具有单向导电性的器件，把方向和大小交变的电流变换为直流电。
本设计主要是对三相桥式全控整流电路（带反电动势的负载）的研究。
三相桥式全控整流电路与三相半波电路相比，输出整流电压提高一倍，输出电压的脉动率高，基波频率为300HZ，在负载要求相同的直流电压下，晶闸管承受的最大正方向电压将比三相半波减少一半，变压器的容量也比较小，同时三相电流平衡，无须中线。
所以，三相桥式全控整流电路多用于直流电动机或要求实现有源逆变的负载。
2 课程设计的方案2.1 概述本设计是三相全控桥式整流电路的设计。
而三相桥式整流电路作用是给直流电动机供电，可以知道这是一个交流到直流的变换电路，即整流电路。
直流电动机负载可以看成是三相全控桥式电路接一个反电动势负载，由此可以得出此设计的重点在于设计三相全控桥式晶闸管整流电路实现交流到直流的转换，且保证输出的直流电压和电流能使电动机工作在电动状态即可。
然后分别对主电路及触发电路进行设计。
2.2 系统组成总体结构本设计是三相全控桥式整流电路的设计。
主要由主电路、触发电路、保护电路三部分组成，主电路主要完成对交流电到直流电的整流过程，触发电路控制晶闸管的导通和关断控制输出电压的大小，保护电路保护主电路中的元器件。
图2-1 系统总框图3 三相桥式全控整流电路的设计3.1 主电路设计及原理将阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。
习惯上我们希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与U、V、W三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与U、V、W三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2,。
又后面的分析可知，晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。
图3-1 晶闸管顺序标号3.2 主电路设计的原理整流电路的负载为带反电动势的阻感性负载。
当晶闸管触发角α=0°时，此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阴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。
α=0°时，各晶闸管均在自然换相点处换相。
图3-2 α=0°波形3.3 输出参数计算三相桥式全控整流电路中，整流输出电压Ud 的波形在一个周期内脉动6次，且每次脉动的波形相同，因此在计算平均值时，只需要一个脉动进行计算即可。
应为0°≤α≤90°时输出电流波形是连续的，以线电压的过零点为时间坐标的零点，可得到整流输出电压的平均值。
232316sin ()3d u U td t παπαωωπ++=⎰22.34cos U α= (3-1)把030α= 和U 2=220V 代入式（3-1）计算有把22.34cos d u U α=02.34220cos30=⨯⨯445.8V =输出电流平均值为:d d U E I R-= (3-2)把E=300V,R=10Ω, 445.8d u V =代入式（3-2）计算有。
d d U E I R-=14.5A = 变压器二次侧电流Ia 为。
a d I I = （3-3） 代入数值计算得a d I I =11.83A =同理把090α=和U 2=220V 代入式（3-1）计算有22.34cos d u U α=0V =输出电流平均值为: d d UEI R -= (3-2)把E=300V,R=10Ω, 0d u V =代入式（3-2）计算有。
d d UEI R -=30A =-变压器二次侧电流Ia 为。
a d I I =（3-3）代入数值计算得a d I I =24.5A =-4 外围电路设计及元件选择4.1 触发电路的设计4.1.1 电路图的选择晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高压。
大电流下工作，且工作过程可以控制。
被广泛应用与可控整流、交流调压、无触点电子开光、逆变变频等电子电路中晶闸管具有以下特性：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。
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。
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。
晶闸管在导通的情况下，当主回电压减小到接近于零时，晶闸管关断。
根据晶闸管的这种特性，通过控制晶闸管的导通和关断时刻，就能控制整流电路的触发角的大小。
在整流电路合闸启动中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证导通的两个晶闸管均有触发脉冲。
在触发某个晶闸管的同时，给序号的前一个晶闸管补发脉冲。
即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个脉冲前沿相差60度，脉冲一般为20度到30度，称为双脉冲触发。
4.1.2 触发电路原理说明双脉冲信号的形成与控制用KJ041六路双脉冲形成器完成，KJ041内部结构如图4-1所示。
图4-1 KJ041内部结构原理图如图4-1所示，KJ041的1-6管脚为单脉冲信号输入，把单脉冲信号由10-15管脚两两同时形成双脉冲信号，10-15管脚两两同时输出对应输送给VT6-VT1。
（1）假设在T1时刻15脚开始给VT1输送脉冲信号，刚经过60度后14脚开始给VT2双脉冲信号，即只有15脚和14脚有信号输出，其它脚没有信号输出，此时VT1和VT2同时导通；（2）过60度后，15脚停止输出信号，而13脚开始给VT3输出信号，即只有14脚和13脚有信号输出，其它管脚没有信号输出，此时VT2和VT3同时导通；（3）再过60度后，14脚停止输出信号，而12脚开始给VT4输出信号，即只有13脚和12脚有信号输出，其它管脚没有信号输出，此时VT3和VT4同时导通；（4）再过60度后，13脚停止输出信号，而11脚开始给VT4输出信号，即只有12脚和11脚有信号输出，其它管脚没有信号输出，此时VT4和VT5同时导通；（5）再过60度后，12脚停止输出信号，而10脚开始给VT6输出信号，即只有11脚和10脚有信号输出，其它管脚没有信号输出，此时VT5和VT6同时导通；（6）再过60度后，11脚停止输出信号，而15脚开始给VT1输出信号，即只有10脚和15脚有信号输出，其它管脚没有信号输出，此时VT6和VT1同时导通；重复以上步骤就可得到所要的触发脉冲。
4.2 保护电路的设计4.2.1 主电路的过电压保护抑制过电压的方法：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。
晶闸管的过电压能力较差，当它承受超过反向击穿电压时，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4-2所示。
图4-2 晶闸管的过电压保护4.2.2 晶闸管的过电流保护常见的过电流保护有：快速熔断器保护，过电流继电器保护，直流快速开关过电流保护。
快速熔断器保护是最有效的保护措施；过电流继电器保护中过电流继电器开关时间长（只有在短路电流不大时才有用；直流快速开关过电流保护功能很好，但造价高，体积大，不宜采用。
因此，最佳方案是用快速熔断器保护。
5 三相桥式整流电路的PSIM仿真运用PSIM软件对本三相桥式晶闸管整流电路进行系统仿真实验。
主电路图如下：图5-2主电路仿真1 当负载为阻感负载且带反电动势触发角α=30 时的Ud 、Id、UVT、IVT、Ia波形图如下：图5-3 U d 波形图5-4 Id波形图5-5 Uvt波形图5-6 Ia波形图5-7 Ivt波形2 当负载为阻感负载且带反电动势触发角α=90 时的U d、I d、U VT、I VT、Ia波形图如下：图5-8 Ud波形图5-9 Ia波形图5-10 Id波形图5-11 Uvt1波形图5-12 Ivt波形6 课程设计总结本次课程设计，做的是三相桥式整流电路设计。
从本次课程设计的目的来看，收获是不少的。
通过仔细审题和思考，我发现有很多东西要做，首先要解决的问题就是变压器的选择，因为之前对变压器的学习大多是理论很少涉及具体应用选型，为此我从找了一些关于变压器应用的书籍弥补了自己在这反面的缺憾，再者主要就是保护电路的设计部分，之前学习的保护电路大多是理论方面，而针对具体电路各种保护器件的选择方法较少提到，所以我还是求助于同学的同时也在网上论坛向别人求助解答，虽然得到的很多东西对现在的课程设计并不是很有用，我最终也找到了自己想要学习的部分知识。