双反星形可控整流电路220V200A

辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：双反星形可控整流电路220V/200A院（系）：电气工程学院专业班级：电气061班学号：学生姓名：指导教师签字：教师职称：起止时间：09-7-6至09-7-12课程设计（论文）任务及评语目录第1章双反星型可控整流电路总体方案 (1)1.1概述 (1)1.2 系统总体结构 (1)第2章双反星型可控整流电路设计内容 (3)2.1双反星型可控整流电路基本原理 (3)2.2平衡电抗器的作用 (4)2.3触发电路 (7)第3章设计总结 (8)参考文献 (9) (10)第一章双反星型可控整流电路总体方案第一节概述整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它将交流电变为直流电，目前应用十分广泛，电路形式多种多样，且各具特色。

对于整流电路可从多种角度进行分类，按组成的器件可分为不可控、半控和全控三种。

本文介绍双反星型可控整流电路，带平衡电抗器整流电路可分为：一次星型联结的六脉波带平衡电抗器电路，一次角形联结的六脉波带平衡电抗器电路。

一次星型联结的六脉波带平衡电抗器电路即双反星型带平衡电抗器电路。

带平衡电抗器的双反星型可控整流电路适用于大功率负载的整流电路的星型形式。

与三相桥式全控整流电路相比较，其特点是适用于要求低电压、大电流的场合。

在电解电镀等工业应用中，经常需要低电压大电流（例如几十伏，几千至几万安）的可调直流电源。

如果采用三相桥式电路，整流器件的数量很多，还有两个管压降损耗，降低了效率。

在这种情况下，可采用带平衡电抗器的双反星型可控整流电路，该电路可简称双反星型电路。

第二节系统总体结构整流变压器的二次侧每相有两个匝数相同极性相反的绕组，分别接成两组三相半波电路，即a、b、c一组，a’、b’、c’一组。

a 与a’绕在同一相铁心上，如图1.2.1所示。

图中“.”表示同名端。

同样b与b’， c与c’都绕在同一相铁心上，故得名双反星型电路。

变压器二次侧两绕组的极性相反可消除铁心的直流磁化，设置电感量为Lp的平衡电抗器是为保证两组三相半波整流电路能同时导电，每组承担一半负载。

因此，与三相桥式电路相比，在采用相同晶闸管的，双反星型电路的输出可大一倍。

故要采用双反星型整流电路。

在双反星型整流电路中平衡电抗器的作用为：接入平衡电抗器后，由于存在感应电动势，使得两组星型绕组能同时工作，晶闸管元件导通角增大，流过变压器二次侧绕组和元件的电流有效值变小，可选用额定值较小的元件，并提高了变压器的利用率。

该电路其整流变压器2次侧带有的2个3相绕组的极性相反，可以消除铁心直流磁化。

设置平衡电抗器是为保证2个3相半波整流电路能同时导电。

如果没有平衡电抗器，就成了2个3相半波整流了。

故其特点为：1、整流电压波形与6相整流的波形相同，整流电压脉动比3相半波小得多。

2、同时有2相导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题。

3、与6相半波整流电路相比，整流变压器2次绕组的利用率提高了1倍，所以变压器的设备容量比6相半波整流时要小。

4、每一整流器件承担负载电流的50%I。

，整流器件流过电流的有效值，电感性负载时为0.289I。

所以与其他整流电路相比，提高了整流器件承受负载的能力。

图1.2.1第二章双反星型可控整流电路设计内容第一节双反星型可控整流电路基本原理当两组三相半波电路的控制角a=0时,两组整流电压的波形如图2.1.1所示。

图2.1.1在图2.1.1中，两组的相电压互差180，因而相电流也互相相差180.其幅值相等，都是Id/2。

以a 相而言，相电流ia与ia’出现的时刻虽不同，但它们的平均值都是Id/6，因为平均电流相等而绕组的极性相反，所以直流安匝互相抵消。

因此，本电路是利用绕组的极性相反来消除直流磁通的。

在这种并联电路中，在两个星型的中性点间接有带中间抽头的平衡电抗器，这是因为两个直流电源并联运行时，只有当两个电源的电压平均值和瞬时值均相等时，才能使负载电流平均分配。

在双反星型电路中虽然两组整流电压的平均值Ud1和Ud2是相等的，但是它们的脉动波相差60，它们的瞬时值是不同的，如图2.1.2所示。

现在把六个晶闸管的阴极连接在一起，因而两个星型的中点n1和n2间的电压便等于ud1和ud2之差。

其波形是三倍频的近似三角波，如图2.1.2所示这个电压加在平衡电抗器Lp上，产生电流ip，它通过两组星型自成回路，不流到负载上去，称为环流或平衡电抗器Lp上，产生电流ip，它通过两组星型自成回路，不流到负载中去，称为环流或平衡电流。

考虑到ip后，每组三相半波承担的电流分别为Id/2+ip或Id/2-ip。

为了使两组电流尽可能平均分配，一般使Lp值足够大，以便限制环流在负载额定电流的1%～2%以内。

图2.1.2在图2.1.1的双反星型电路中，如不接平衡电抗器，即成为六相半波整流电路，在任一瞬间只能有一个晶闸管导电，其余五个晶闸管均承受反向电压而阻断，每管最大的导通角为60，每管的平均电流为Id/6。

当a=0时，六相半波整流电路的Ud为1.35U2，比三相半波时的1.17U2略大些，其波形如图2.1.2的包络线所示。

由于六相半波整流电路中晶闸管导电时间短，变压器利用率低，故极少采用。

可见，双反星型电路与六相半波电路的区别就在于有无平衡电抗器，对平衡电抗器的作用的理解是掌握双反星型电路原理的关键。

第二节平衡电抗器的作用在双反星型整流电路中平衡电抗器的作用为：接入平衡电抗器后，由于存在感应电动势，使得两组星型绕组能同时工作，晶闸管元件导通角增大，流过变压器二次侧绕组和元件的电流有效值变小，可选用额定值较小的元件，并提高了变压器的利用率。

以下就分析由于平衡电抗器的作用，使得两组三项半波整流电路同时导电的原理。

图2.2.1在图2.2.1中取任一瞬间如wt1 ，这时 ub ’及ua 均为正值，然而 ub ’大于ua ，如果两组三项半波整流电路中点n1 和 n2之间相连，则必然只有b ’ 相的晶闸管能导电。

接了平衡电抗器后，n1 、n2 间的电位加在 Lp 的两端，它补偿了 ub ’和ua 的电动势差，使得 ub ’和ua 相的晶闸管能同时导电如图2.1.3所示。

由于在wt1 时ub ’ 比ua 电压高，VT6 导通，使电流在流经Lp 时， 上要感应一个电动势 ，他的方向是要阻止电流增大（见图2.2.1标出的极性）。

可以导出平衡电抗器两端电压和整流输出电压的数学表达式如下up=ud2-ud1 （式1）2112111()222d d p d p d d u u u u u u u =-=+=+ （式2） 虽然ud ’>ua ，导致ud1<ud2 ，但由于Lp 的平衡作用使得晶闸管VT6 和VT! 都承受正向电压而同时导通。

随着时间推迟至 ub ’与 ua 的焦点时，由于ub ’=ua ，两管继续导电，此时 up=0。

之后 ub ’<ua ，则流经 b ’相的电流要减小，但Lp 有阻止此电流减小的作用,up 的极性则与图2.1.34示出的相反，Lp 仍起平衡的作用，使VT6 继续导电，直到，uc ’>ub ’,电流才从 VT6换至VT2 。

此时变成 VT1、VT2 同时导电。

每隔60有一个晶闸管换相。

每一组中的每一个晶闸管任按三相半波的导电规律而个轮流导电120。

这样以平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压顺时值为两组三相整流电压的顺时值的平均值，见式 （1），波形如图2.1.3中所示。

将图2.1.1中ud1和ud2的波形用傅里叶级数展开，可得当a=0时ud1、ud2，即121cos3cos6cos9...]43540u t t t ωωω=+-+- （式3）由式（1）和式（2）可得11cos3cos9...]220p u t t ωω=--- （式4）2321cos6...235d U u t ωπ⎡⎤=--⎢⎥⎣⎦（式5） 负载电压ud 中的谐波分量比直流分量要小的多，而且最低谐波为六次谐波。

其直流分量就是该式中的常数项，即直流平均电压022/(2) 1.17d U U π==。

当需要分析各种控制角时的输出波形时，可根据式（1）先做出两组三相半波电路的ud1和ud2波形，然后作出不波形(ud1+ud2)/2。

双反星型电路的输出电压波形与三相半波电路比较，脉动程度减小了，脉动频率加大一倍，f=300Hz 。

在电感负载的情况下，当α =90时，输出电压波形正负面积相等，α=0，因而要求的移相范围是90.如果是电阻负载，则 波形不应出现负值，仅保留波形中正的部分。

同样可以得出，当α =120时，α =0，因而电阻负载要求的移相范围为120.双反星型电路是两组三相半波电路的并联，所以整流电压平均值相等，在不同控制角 时 21.17cos d U U α=在以上分析的基础上，将双反星型电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论： 三相桥式电路是两组三相半波电路串联，而双反星型电路是两组三相半波电路并联且后者需要用平衡电抗器。

1.当变压器二次侧电压有效值 相等时，双反星型电路的整流电压平均值 是三相桥式电路的1/2，而整流电路平均值 是三相桥式电路的2倍。

2.在两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系是一样的，整流电压 和整流电流 的波形形状一样。

六相半波整流电路与带平衡电抗器的双反星型整流电路工作情况有许多不同点，从导通角来看，六相半波整流每个瞬间只有一个晶闸管导通，每个晶闸管导通 ；加平衡电抗器的双反星型整流电路每个瞬间有二只晶闸管同时导通，导通角为 ，所以同样 是，晶闸管变压器可以降低。

当0α︒= 时，六相半波整流输出21.35d U U = ；加平衡电抗器的双反星型整流电路输出 21.17d U U = 。

当0α︒=时，六相半波整流的脉冲位置在该相等于峰值超前30︒，即与前相电压波形的交点；加平衡电抗器的双反星型整流的脉冲位置在该相电压峰值超前60︒。

六相半波整流电路流过晶闸管、变压器二次侧电流有效值2t d I I ==；加平衡电抗器双反星型整流时流过晶闸管、变压器二次侧电流有效值2t d I I ==。

以上均为大电感负载。

六相半波整流可采用窄脉冲触发；加平衡电抗器的双反星型整流在电流断续时，必须采用宽脉冲或双脉冲触发。

第三节 触发电路本节讲述的晶闸管可控整流电路是通过控制触发角 的大小，即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小，称为相控电路。

为保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保证按触发角 的大小在正确的时刻的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲，这就是本节要讲述的相控电路的驱动控制。

对于相控电路这样使用于晶闸管的场合，也习惯称为触发控制，相应的电路习惯称为触发电路。

触发电路应满足要求、晶闸管触发脉冲的放大等内容。