电力电子课设

摘要

整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。整流电路的应用十分广泛，例如直流电动机，电镀，电解电源，同步发电机励磁，通信系统电源等。

本次研究的就是交流电经过整流电路，变成直流电，供给直流电动机负载。采用并联多重12脉冲联结（两个三相桥式全控整流电路并联）和顺序控制的方法，减少交流输入的电流谐波，同时减少直流输出电压中的谐波幅值，提高纹波频率。由于晶闸管的导通，必须有触发脉冲，所以整流电路外加触发电路，由于集成电路可靠性高，体积小，功耗低，调试方便，所以触发电路由KJ004和KJ041集成电路组成。

本文通过理论分析、仿真研究和实验验证，证实了该电路的合理性、可靠性，实用性。

关键词：12脉并联；整流电路；KJ004；KJ041

目录

第1章绪论 (3)

1.1电力电子技术概况 (3)

1.2本文设计内容 (4)

第2章电路设计 (5)

2.1总体设计方案 (5)

2.2.1主电路设计 (5)

2.2.2触发电路设计 (8)

2.3元器件型号选择 (8)

第3章课程设计总结 (16)

参考文献 (17)

第1章绪论

1.1电力电子技术概况

电力电子器件应用与电力电子系统，它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的新兴学科。电力电子技术主要应用于电力变换。电力电子器件的发展是以电力电子器件为核心，伴随着变换技术和控制技术的发展而发展。电力电子技术可以理解为功率强大，可供诸如电力系统那样的大电流、高电压场合应用的电子技术，它与传统的电子技术相比，其特殊之处不仅仅因为它运行效率问题。为了解决发热和效率问题，对于大功率的电子电路，器件的运行都采用开关方式，这种开关方式就是电力电子器件运能够通过大电流和承受高电压，而且要考虑在大功率情况下，器件发热、行的特点。

新型电力电子器件呈现出许多优势，它使得电力电子技术发生了突变，进入了现代电力电子技术阶段。现代电力电子技术的主要特点是：

（1）全控化是由半控型普通晶闸管发展到各类自关断器件，是电力电子器件在功能上的重大突破。自关断器件实现了全控化，取消了传统电力电子器件的复杂换相电路，使电路大大简化。

（2）集成化与传统电力电子器件的分立方式完全不同，所有的全控型器件都是由许多单元器件并联在一起，集成在一个基片上。

（3）高频化是指随着器件集成化的实现，同时也提高了器件的工作速度，例如GTR可工作在10kHz频率以下，IGBT工作在几十千赫兹以上，功率MOSFET 可达数百千赫兹以上。

（4）高效率化体现在器件和变换技术这2个方面，由于地电力电子器件的导通压降不断减少，降低了导通损耗；器件开关的上升和下降过程加快，也降低了开关损耗；器件处于合理的运行状态，提高了运行效率；变换器中采用的软开关技术，使得运行效率得到进一步提高。（5）变换器小型化是指随着器件的高频化，控制电路的高度集成化和微型化，使得滤波电路和控制器的体积大大减小。电力电子器件的多单元集成化，减少了主电路的体积。控制器和功率半导体器件等，采用微型化的表面贴技术使得变换器的体积得到了进一步减少，功率为10kV 。

1.2本文设计内容

本设计的主要内容是采用多脉整流，以减小输出直流的脉动，为1台额定电

压220V、功率为42kW的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调

速。

课题对带三相 PFC 的AC / DC变换器进行一些有益的研究，重点对传统的

12脉波整流电路进行了改进，加入辅助电路有效的减小了流入电网的谐波电流，

并且在较宽的范围内可以调节输出电压。交流电源三相380V经过整流输出电压

U

在0～220V连续可调，同时整流输出电流最大值为200A，向直流电动机负载d

供电。根据实际工作情况最小控制角α取20～300左右。

220Ｖ／200Ａ并联多重12脉可控整流电路的设计包括方案的经济技术论证、

设计并联多重可控整流电路的主电路设计、通过计算选择整流器件的具体型号、

确定变压器变比及容量、触发电路设计和选择绘制相关电路图。

第2章 电路设计

2.1总体设计方案

对于输入交流电流，采用多重联结不仅可以减少交流输入电流的谐波，同时也可以减少直流输出电压中的谐波幅值并提高纹波频率，因而可减少平波电抗器。初选并联6脉可控整流、串联12脉可控整流、并联12脉可控整流。12脉冲整流器在多项性能指标优于6脉整流器，同时并联和串联整流器效果是相同的。但根据本次设计的主要内容、技术要求和经济支持下，采用并联12脉可控整流。

电路设计构想方案如下：

图2.1电路方框图

2.2具体电路设计

2.2.1主电路设计

随着整流装置功率的进一步加大，它所产生的谐波、无功功率等对电网的干扰也随之加大，为了减轻干扰，可采用多重化整流电路。即将几个整流电路多重联结可减少交流侧输入电流的谐波，而对晶闸管多重整流电路采用顺序控制的方法可提高功率因数。

根据此次设计的要求，采用将两个三相桥式全控整流电路（带阻感负载）并联多重12脉波整流电路，并且连接一个额定电压为220V 、额定功率为42KW 的直流电动机的负载，还有一个电感L,平衡电抗器Lp

。电路采用平衡电抗器来平

衡各组整流器的电流，其原理与双反星型电路中采用平衡电抗器是一样的。变压器二次侧的两绕组的机型相反可消除贴心的直流磁化，设置电感量为Lp的平衡电抗器是为了保护两组三相全控桥式整流电路同时导电，每组承担一半负载。

依据题意控制角取30º，利用变压器的二次绕组不同，使两组三相交流电源间相位错开30º，从而使输出整流电压Ud,在每个交流电源周期中脉动12次，故该电路是12脉冲整流电路。整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位差30º、大小相等的两组电压，接至相互并联的两组整流桥。因绕组接法不同，变压器一次绕组和两组二次绕组的匝比为错误！未找到引用源。。

图2.1并联多重12脉冲可控整流电路主电路原理图

此次设计采用多重联结电路顺序控制，使得各整流电桥交流二次输入电压错开一定此相位，但工作是各桥的控制角错误！未找到引用源。。这样可以使输入电流谐波含量大为降低。根据总直流输出电压从低到高的变化，按顺序依次对各桥进行控制，虽然不能减少输入电流的谐波，但是各组桥中只有一组在进行相位控制，其余各组或不工作，或位移因数为1，因此总的功率因数提高。

下面介绍三相桥式全控整流电路：