三相桥式全控整流系统

1设计任务及要求

设计系统的主电路、触发电路及控制电源，绘制整流系统原理图，并计算主电路器件的参数。其中负载为直流电动机，P N=2.2kw，U N =220V,I N=12.5A

电压调节范围：0～220V。

由上述要求可知我们的设计任务分为：

一、主电路，即三相桥式全控整流电路。

二、触发电路，可以用集成触发电路。

三、控制电源，包括给定电压，负偏移电压，同步变压器。而给定电压和负偏移电压

可以由给定电源来产生。

1.1设计任务

设计三相桥式全控整流系统，设计任务可分为：

一、主电路，即三相桥式全控整流电路。

二、触发电路，可以用集成触发电路。

三、控制电源，包括给定电压，负偏移电压，同步变压器。而给定电压和负偏移电压

可以由给点电源来产生。

1.2设计要求

绘制整流系统原理图，并计算主电路器件的参数。其中负载为直流电动机，P N=2.2kw，U N=220V,I N=12.5A。

电压调节范围：0～220V。

2 系统电路设计

2.1系统主电路

我们所设计的系统为三相桥式全控整流系统，总框图如下：

主电路就是三相桥式全控整流，原理图如下：

图2 三相桥式全控整流电路原理图

在电路中变压器二次侧接成星形是为了得到零线，而一次侧接成三角形是为了避免3次谐波流入电网。阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5），称为共阴极组，这种接法为共阴极接法。阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，

VT2），称为共阳极组，

图1 系统总框图

图5三相桥式全控整流电路带阻感负载a =90︒的波形图

从上图我们可以看到，如果电感值比较大的话U d 中正负面积可以认为基本相等，这样的话平均值就近似为零了。而整流输出电压是不能为负的，所以带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a 角最大值为90°。

其实三相桥式全控整流电路带负载不同，波形的区别不是很大，主要的区别在负载的电流波形上，因为如果是阻感负载的话，电感有平波的作用，在电感为无限大时，我们可以看做输出电流波形为一条直线。但是电感不可能无限大，而且直流电动机的电感也不是很大，所以还是会有纹波，而且如果出现电流断续的情况的话，那么电动机的机械特性将会很软，所以为了克服这个缺点，我们一般会给主电路中直流输出侧，直流电动机串联了一个平波电抗器。平波电抗器的作用是用来减少电流的脉动和延长晶闸管的导通时间。只要电感为足够大时就能使电流连续了，就不会出现时电动机机械特性很软的情况了。这样也可以近似的将负载电流特性看为一条水平的直线。

通过以上的波形图和对电路的总结，我们可以得到三相桥式全控整流电路的一些特点：

一、整流电路中每一时刻都是2

个晶闸管同时导通，来构成回路，而且共阴极组和共阳极

u

组每组都只有一个晶闸管导通，既不能为同组的晶闸管同时导通，也不能一相的晶闸管同时导通。

二、六个晶闸管的触发脉冲要按顺序给定，可以通过控制相位来达到这个目的。具体如下所述，每个晶闸管按顺序相位依次相差60°，而共阴极组和共阳极组的晶闸管每一组相位依次相差120°，而同一相的上下桥臂的相位要相差180°。

三、由于三相桥式全控整流电路的输出电压一周期脉动6次，并且每次脉动的波形都一样，所以它又称为六脉冲整流电路。我们可以通过三相桥式全控整流电路波形图，图N看出来。

四、若要让整流电路在一般情况下正常工作，比如合闸启动过程中、电流断续，就要保证同时导通的两个晶闸管都有触发脉冲。

主电路图如下:

图6 三相桥式全控整流主电路图

在该电路中，我在每个晶闸管都并联了保护电路，由一个电容和电阻做成。同时又在变压器二次侧上串联了一个快速熔断器。也是起保护作用的。因为我们的电路可以应用于生产实践中，所以一定要加上保护电路。

2.2系统触发电路

我们所设计的系统为三相桥式全控整流系统，在主电路中用到了六个晶闸管，而晶闸管的触发脉冲的产生和控制，是很重要的一部分，因为如果某个晶闸管该导通却没有导通的话，可能会导致电路中某个元件的损毁，或者整个电路的瘫痪。

通过晶闸管的静态特性，我们可以知道，首先要让让晶闸管承受正向电压，这样晶闸管才可以导通，而在晶闸管在承受正向电压情况下，也仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。而晶闸管电流的变化会有一个梯度，所以要保证触发脉冲的宽度。而三相桥式全控整流电路，要保证同时导通的两个晶闸管均有触发脉冲。可以采用两种方法来达到目的。第一种方法是将脉冲宽度大于６０°，一般为８０°到１００°，被称为宽脉冲，第二种方法就是用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差６０°，一般为２０°到３０°，被称为双脉冲触发。

这两种方案相比较的话，宽脉冲触发优点是与双脉冲相比可以减少一个输出脉冲，缺点是为了不使脉冲变压器饱和，要将铁心体积做的较大，这样的话就会使脉冲前沿不够陡，晶闸管串联使用不利。而双脉冲的优点是它所要求的触发电路输出功率小，缺点是电路比较复杂。所以选择双脉冲触发，它可以保证晶闸管得到较高稳定性的触发特性。

因为三相桥式全控整流主电路中由六个晶闸管组成，那么触发电路中就要有六个输出端，所以集成触发电路我们选择了三片ＫＪ００４芯片和一片ＫＪ０４１芯片，这样就可以形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，这里我们选择三极管来进行放大。这样的话就构成了完整的三相全控桥触发电路。

2.2.1 KJ004芯片

KJ004芯片，又叫做晶闸管移相触发集成电路。它是双列式直插式集成电路，适应于单相、三相全控桥式晶闸管的双脉冲触发。目前应用比较广泛。

它之所以应用比较广泛，是因为它可以输出两路相位互差180°的移相脉冲，输出负载能力大，移相性能好，正负半周脉冲相位比较均衡，而且它对同步电压要求低。

管脚图如下：