电力电子课程设计三相全控桥式整流电路

西南交通大学

电力电子课程设计

三相全控整流电路设计院系：电气工程系

专业：电力机车及其自动化

姓名：李哲旭

班级：电车二班

学号：2014121034

目录

第一章：绪论

第二章：电路设计及其功能介绍第三章：仿真实现及其波形分析第四章：总结

第一章：绪论

整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它是一种将交流电变为直流电的电路，在工业技术上应用十分广泛。主要用在直流电动机调速，发电机励磁调节，电镀，电解等各种工业生产领域。

整流电路形式多种多样，按照电路结构可分为桥式电路和零式电路；按组成器件可分为不可控、半控和全控三种。按交流输入相数分为单相电路和多相电路。在此，我们着重讨论三相桥式全控整流电路！

三相桥式整流电路是现代整流电路中应用最为广泛的，整流电路通常由主电路，滤波器，和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路的种类有很多，有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。

把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。整流器的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般可在输入端加接整流变压器，把一次电压U1，变成二次电压U2。由晶闸管等组成的全控整流主电路，其输出端的负载，我们研究是电阻性负载、电阻电感负载（如直流电动机的励磁绕组，滑差电动机的电枢线圈等）。以上负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。为此，只要改变触发电路所提供的触发脉冲送出的早晚，就能改变晶闸管在交流电压U2一周期内导通的时间，这样负载上直流平均值就可以得到控制。

第二章电路设计及其功能介绍

2.1三相桥式全控整流电路的原理

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）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。

（2）对触发脉冲的要求：

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

2)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。

3)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。

（3）Ud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。

（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。

三相桥式全控整流电路实质上是三相半波共阴极组与共阳极组整流电路的串联。在任何时刻都必须有两个晶闸管导通才能形成导电回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，另一个晶闸管是共阳组的。6 个晶闸管导通的顺序是按VT6 –VT1 →VT1 –VT2 →VT2 –VT3 →VT3 –VT4 →VT4 –VT5 →VT5 –VT6 依此循环，每隔60 °有一个晶闸管换相。为了保证在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，采用了双脉冲触发电路，在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次，两次脉冲前沿的间隔为60 °。三相桥式全控整流电路原理图如右图所示。

三相桥式全控整流电路用作有源逆变时，就成为三相桥式逆变电路。由整流状态转换到逆变状态必须同时具备两个条件：一定要有直流电动势源，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；其次要求晶闸管的a ＞90 °，使U d 为负值。

2.2 设计内容和要求：

1. 在 AC220v、工频输入情况下，设计三相全控整流电路，实现 DC15v、工频的整流输出结果。

2. 对全控器件，完成电角度 30 度、60 度、90 度、120 度的移相控制，给出上述电角度情况下的输出波形。

3.完成上述移相控制输出波形的谐波分析。

4针对任意一个电角度，实现控制输入信号滞后的输出波形，比较与正常工况输出波形的区别。

2.3 电路图设计：

用vivso画出三相全控整流电路电路图如图所示：

Ua

ub

uc

VT1VT3VT5

Ld

Rd

VT4VT2

VT6

三相桥式全控整流电路原理图

2.4 电路分析与参数计算

1电路分析

根据设计要求可知，此电路的负载是纯电阻负载，当触发角α<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。

晶闸管及输出整流电压的情况如下表所示：

时段I II III IV V VI

共阴级

组中导

通的晶

闸管

VT1 VT1 VT3 VT3 VT5 VT5

共阴级

组中导

通的晶

VT6 VT2 VT2 VT4 VT4 VT6

闸管

整流输出电压u

a

-u

b

=u

ab

u

a

-u

c

=u

ac

u

b

-u

c

=u

bc

u

b

-u

a

=u

ba

u

c

-u

a

=u

ca

u

c

-u

b

=u

cb

2参数计算：

实验要求在 AC220v、工频输入情况下，设计三相全控整流电路，实现DC15v、工频的整流输出结果。

根据实验测得的波形可以求得负载两端的直流平均电压：

代入数据得α=88.33