三相桥式全控整流电路的设计与仿真

三相桥式全控整流电路的设计与仿真

一．设计要求

1）完成三相桥式全控整流电路的设计、仿真；

2）设计要求：

输入AC3*110V，50Hz，输出电流连续，阻感负载，要求输出直流电压60V~200V，计算其主开关器件所承受的最大正反向电压，器件的额定电流，并建立合适的仿真模型，对主电路进行仿真。然后根据三相桥式整流电路的驱动控制要求，设计其控制电路，产生符合电路驱动所要求的触发波形。

二．题目分析

三相全控整流电路的整流负载容量较大,输出直流电压脉动较小,是目前应用最为广泛的整流电路。它是由半波整流电路发展而来的。由一组共阴极的三相半波可控整流电路（共阴极组晶闸管依次编号T1.T3.T5）和一组共阳极接法的晶闸管（依次编号T4.T6.T2）串联而成。六个晶闸管分别由按一定规律的脉冲触发导通，来实现对三相交流电的整流，当改变晶闸管的触发角时，相应的输出电压平均值也会改变，从而得到不同的输出。

根据要求的输入电压值与输出的电压范围，计算出晶闸管承受的最大正、反向电压值。然后根据三相桥式整流电路的驱动控制要求，设计其控制电路，产生符合电路驱动所要求的触发波形。再用Multisim软件进行仿真，调试，得到仿真图形。

1．主电路图原理图

图一主电路原理图

2.三相桥式全控整流电路的特点及其要求：

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。

①两管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各一个，且不能为同一相器件。

②对触发脉冲的要求：

a.按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60︒。

b.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︒。

c.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︒。

U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。③

d

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．主电路设计、元器件选型及计算：

1. 主电路仿真图

用的是Multisim软件进行仿真

图二主电路仿真图

2. 根据设计要求具体参数的确定

设计要求：输入AC3*110V ，50Hz ，输出电流连续，阻感负载，电阻为30欧，要求输出直流电压60V~200V 。

整流输出电压d U 的波形在一周期内脉动六次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉冲进行即可。此外，以线电压的过零点 为时间坐标的零点，于是可得到当整流输出电压连续时（及带阻感负载时）的平均值为

α

ωωπ

απ

α

π

cos 34.2)(sin 63

1

2323

2d U t td U U ==

⎰++

所以，晶闸管承受的最大正、反向电压为变压器二次线电压峰值，即：

22=236 2.45110269.5F U U U U V =⨯==⨯=M RM

晶闸管电流有效值即为变压器二次电流：

根据计算结果，所以选取 c233m 型号晶闸管。

因为wL R >>

，再根据仿真中的最佳效果，所以选取电感值为180mH 。

四．主电路仿真分析

1. 仿真电路

图三 仿真主电路图

22

0.8163

VT

d d

I I I I ===d

d U I R

=

2. 阻感负载，a=0时工作情况

图四 a=0时晶闸管U VT 波形 图五 a=0时负载电压U d 波形

定量分析

α

ωωπ

απ

α

π

cos 34.2)(sin 63

1

2323

2d U t td U U ==

⎰++

所以，2

=2.34cos 2.34110257.4d U U a V

=⨯=

因为d U >200V ，所以必须串入电阻分压，分压电阻必须满足任意a 角时的要求

1

257.4200R

V V

R R ⨯=+

所以 1R =8.61Ω

则输出电流的平均值为

d 1257.4

6.6738.61

d U I A R R =

==+

3. 阻感负载，a=30时工作情况

图六 a=30时晶闸管VT U 的波形

图七 a=30时负载电压d U 的波形

定量分析

α

ωωπ

απ

α

π

cos 34.2)(sin 63

1

2323

2d U t td U U ==

⎰++

所以， 23

=2.34cos 2.341102232

d U U a V =⨯⨯= 因为d U >200V ，所以必须串入电阻分压，分压电阻必须满足任意a 角的要求

2

223200R

V V

R R ⨯=+

得2R =3.45Ω 则输出电流的平均值为

d 2223

6.6733.45

d U I A R R =

==+