三相桥式整流电路的设计

目录

1 方案设计 (1)

2 主电路分析及元件的选择 (2)

2.1 主电路的原理分析 (2)

2.2 整流变压器的选择 (3)

2.3 晶闸管的选择 (4)

2.4 平波电抗器的参数计算 (5)

3 触发电路的设计 (6)

3.1 触发电路的作用及要求 (6)

3.2 触发电路的选择 (7)

4 保护电路设计 (11)

4.1 过电压保护电路设计 (11)

4.2 过电流保护电路设计 (12)

4.3 缓冲电路的设计 (12)

5 MATLAB仿真及结果分析 (14)

5.1 MATLAB建模及仿真 (14)

5.2 仿真结果及分析 (14)

附录Ⅰ (17)

附录Ⅱ (18)

参考文献 (19)

三相桥式整流电路的设计

1 方案设计

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，应用广泛。当整流负载容量较大，或要求直流电压脉冲较小时，应采用三相整流电路，其交流测由三相电源供电。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最广泛的是三相桥式全控整流电路。

本设计要求整流电路带直流电机负载，希望获得的直流电压脉冲较小，所以用三相全波整流比较合理。三相桥式全控和三相桥式半控是常见的三相桥式可控全波整流电路。三相半控桥式整流电路适用于中等容量的整流装置或不要求可逆的电力拖动中，它采用共阴极的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成，电路兼有可控与不可控两者的特性。共阳极组的三个整流二极管总是在自然换流点换流，使电流换到阴极点为更低的一相中去。该电路在使用中需加设续流二极管，以避免可能发生的失控现象，所以电路不具备逆变能力。虽然三相半控电路相应触发电路较简单，但只能用于整流不能用于逆变，现在很少使用。本设计选择使用三相桥式全控整流电路。

整流电路的输入部分是变压器，作用是降低或减少晶闸管变流装置对电网和其它用电设备的干扰，将整流电路与电网隔离，并将电网电压值转变为整流所需输入值。整流部分是六个晶闸管，是由共阴极的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波可控整流电路串联而成。为使整流电路能正常工作，除了要给晶闸管配设可靠的触发电路外，还要有保护电路，以防止各种原因产生的过电压和过电流影响或损坏晶闸管。另外，在使用晶闸管整流装置供电时，其供电电压和电流中，含有各种谐波成份。当控制角α增大，负载电流减小到一定程度时，还会产生电流断续现象，造成对变流器特性的不利影响。当负载为直流电动机时，由于电流断续和直流电动机的脉动，会使晶闸管导通角θ减小，整流器等效内阻增大，电动机的机械特性变软，换相条件恶化，并且增加电动机的损耗。因此，需要在直流电路内串接平波电抗器，以限制电流的脉动分量，维持电流连续。

2 主电路分析及元件的选择

经上述方案确定，主电路主要包括整流变压器、整流电路、触发电路、保护电路、平波电抗器、直流电机几部分。

2.1 主电路的原理分析

主电路原理图如图1所示，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。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。通过调节触发电路的控制电压CO U 改变晶闸管的控制角 ，从而改变输出电压d U 和输出电流d I 对负载进行控制。三相桥式全控整流电路的一些特点如下：

1）每个时刻均需两个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，一个是共阳极组的，且不能为同一相的晶闸管。

2）对触发脉冲要求：6个晶闸管的脉冲按VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6的顺序，相位依次差60o ；共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120o ，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120o ；同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180o 。

3）整流输出电压d 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。

图1 主电路原理图

2.2 整流变压器的选择

变压器的主要任务就是将整流电路与电网隔离，并把交流电压值匹配成需要的大小。整流电路在接入电网时由于变压器一次侧电压为380V ，大于电动机的额定电压，所以选用降压变压器。为得到零线，变压器二次侧必须接成星型，而一次侧接成三角形，这样可以避免三次谐波电流流入电网，减少对电源的干扰。一般记变压器二次侧电压值为2U ，则取2U 大小时需考虑的因素有：

(1)2U 值的大小首先要保证满足负载所要求的最大直流平均电压d U 。

(2)实际上，晶闸管并非理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降T U 。

(3)变压器漏抗的存在，导致晶闸管整流装置在换相程中产生换相压降x U ∆。

(4)整流电路对直流电动机供电时，为保证流过电机的电流连续平滑，一般都需串接足够大电感的平波电抗器。平波电抗器具有一定的直流电阻，当电流流经该电阻时，会产生一定的电压降。

(5)当负载电流较大时，电机的端电压除考虑电动机的额定电压D U 外，还需考虑电动机电枢电阻的压降。在最大负载电流时，电机的端电压应为电动机的额定电压D U 和超载电流()dmax D I I -在电枢电阻D R 上压降之和。

可见，考虑电路实际情况后的2U 应该比理想情况下的值大。理想情况下，变压器一次侧相电压为1U ＝380V ，变压器二次侧线电压为交流电压在数值上等于输出的负载上的直流电压，即为直流电机的额定电压220V ，所以2e U ＝220V 。变压器二次侧相电压计算： V U U 02.1273/e 22== (1) 取实际二次侧电压值V U 1302=，则变压器的变比：

923.2/21==U U K (2)

因为负载为直流电动机带电感，所以输出电流平均值波形近似为一条直线，即平均值数值上与有效值相等，故

308d nom I I A == (3) 根据三相全控桥变压器二次侧电流的有效值2I 的计算公式：

2d d I 0.816I === (4) 可得A I I nom 328.2510.8162==，变压器一次侧电流有效值A K I I 98.85/21==。