电力电子(晶闸管整流)

一、概述

二、课程设计方案

本次课程设计的主要内容是利用晶闸管整流来设计直流电机控制系统，主要设计内容有

1、电路功能：

（1）、用晶闸管缺角整流实现直流调压，控制直流电动机的转速。（2）、电路由主电路与控制电路组成，主电路主要环节：整流电路及保护电路。控制电路主要环节：触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电路。

（3）、主电路电力电子开关器件采用晶闸管、IGBT或MOSFET。

（4）、系统具有完善的保护

2、系统总体方案确定

3、主电路设计与分析

（1）、确定主电路方案

（2）、主电路元器件的计算及选型

（3）、主电路保护环节设计

4、控制电路设计与分析

（1）、检测电路设计

（2）、功能单元电路设计

（3）、触发电路设计

（4）、控制电路参数确定

设计要求有一下四点：

1、设计思路清晰，给出整体设计框图；

2、单元电路设计，给出具体设计思路和电路；

3、分析所有单元电路与总电路的工作原理，并给出必要的波形分析。

4、绘制总电路图

5、写出设计报告；

主要的设计条件有：

1、设计依据主要参数

（1）、输入输出电压：（AC）220（1+15%）、

（2）、最大输出电压、电流根据电机功率予以选择

（3）、要求电机能实现单向无级调速

（4）、电机型号布置任务时给定

2、可提供实验与仿真条件

三、系统电路设计

1、主电路的设计

（1）、主电路设计方案

主电路的主要功能是实现整流，将三相交流电变为直流电。主要通过整流变压

器和三相桥式全控整流来实现。

整流变压器是整流设备的电源变压器。整流设备的特点是原方输入电流，而副方通过整流原件后输出直流。变流是整流、逆流和变频三种工作方式的总称，整流是其中应用最广泛的一种。作为整流装置电源用的变压器称为整流变压器。工业用的整流直流电源大部分都是由交流电网通过整流变压器与整流设备而得到的。

整流变压器是专供整流系统的变压器。整流变压器的功能：

1.是供给整流系统适当的电压，

2.是减小因整流系统造成的波形畸变对电网的污染。

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，其原理图如图1所示，习惯将其中阴极连接在一起的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。此外，习惯上希望晶闸管按从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。以下首先分析带电阻负载时的工作情况。

整流输出的波形在一周期内脉动6次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉波（即1/6周期）进行计算即可。此外，以线电压的过零点为时间坐标的零点，于是可得当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载α≤60o时）的平均值为

带电阻负载且α>60o时，整流电压平均值为

输出电流平均值为I d = U d/R。

当整流变压器为图1中所示采用星形联结，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图7中所示，为正负半周各宽120o、前沿相差180o

的矩形波，其有效值为

晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。

三相桥式全控整流电路接反电动势阻感负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，仅在计算I d时有所不同，接反电动势阻感负载时的I d为

式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。

主电路图中的保护电路说明在后续章节中会介绍

（2）、主电路图

（3）、主电路的参数计算及器件的选型

①、电动机

本直流电机控制系统选用Z2-102型号电动机，其主要参数如下：

额定电压 V U N 220=

额定电流 A I N 635=

额定功率 KW P N 125=

额定转速 m in /1500d n N =

②、整流变压器

变压器二次侧电压：A U U d /)5.1~2.1(max 2=；考虑安全裕量，取1.倍的电压值，因为是三相桥式全控整流，所以A=2.34，所以V U U d 03.14034.2/220*5.134.2/5.1max 2===

变压器二次侧电流：由三相桥式全控整流电路知识及考虑安全裕量有

A I I N 0.570635*816.0*1.1816.0*1.12===

变压器的容量：KW I U S 5.2390.570*03.140*3322===

变压器的变比：57.103.140/220/21===U U k

则变压器一次侧电流：A k I I 0.36357.1/0.570/21===

③、晶闸管 晶闸管元件在电路中实际承受的最大电压为

07.34003.140*45.262===U U Tm V

考虑安全裕量，所以晶闸管的额定电压为

V U U Tm TN 4.6817.340*22===

晶闸管元件在电路中实际承受的最大电流为

A

I I Tm 6.209)57.1*414.1/(573)57.1*3/(2===考虑安全裕量，所以晶闸管的额定电流为

A I I Tm TN 4.3146.209*5.15.1===

④、断路器

整流变压器一次侧所接断路器承受的最大电压为V U U N 2201==

整流变压器一次侧所接断路器承受的最大电流为A I I N 3631==

考虑安全裕量，选取整流变压器的额定电压为V U QN 270=