晶闸管电解整流装置设计与计算

电力电子技术基础综合作业（一）晶闸管电解整流装置设计与计算

第1章整流装置主电路拓扑设计

1.1电路拓扑选择原因

应用最为广泛的整流电路有：单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、单相全波可控整流电路、单相桥式半控整流电路、三相半波可控整流电路、三相不可控整流电路、三相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、带平衡电抗器的双反星形可控整流电路、串联12脉波全控整流电路、并联12脉波全控整流电路。

单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、单相全波可控整流电路、单相桥式半控整流电路、三相半波可控整流电路、三相不可控整流电路、三相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路，都不适用于大功率整流电路，所以本次设计没有采用。

带平衡电抗器的双反星形可控整流电路、串联12脉波全控整流电路、并联12脉波全控整流电路，都适用于大功率整流，但带平衡电抗器的双反星形可控整流电路多适用于需要输出低电压大电流的装置。对于交流输入电流来说，采用串联12脉波整流电路和并联12脉波整流电路的效果是相同的。

由于可控整流装置用来驱动电解电路，容易引起交流侧的高次谐波，对电网的干扰严重，且电路要求输出脉波不小于12。采用12脉波全控整流电路（多重化整流电路），这种整流电路的功率因数较高，对减少电网中的谐波干扰十分有效，可以有效地消除电力系统中较高次数的谐波。

并联12脉波全控整流电路带有平衡电抗器，而串联12脉波全控整流电路则没有，其对材料的消耗大于串联12脉波全控整流电路，在当今世界上有色金属资源有限的情况下，这是不利的，其成本也比串联12脉波全控整流电路高，而且其接线也比串联12脉波全控整流电路复杂。

根据以上分析比较，本次设计采用移相30串联二重联结电路即12脉波整流电路比较适合。

整流电路主要由触发电路、保护电路和整流主电路组成。根据设计任务，将三相10kV交流电源经变压器变压，再经整流电路整流输出带脉动的直流电，其中保护电路为保证此整流电路安全可靠的工作，驱动电路是整流电路的触发电

路，控制整流后输出直流电压Ud在0～600V连续可调。

在此设计中采用串联12脉波整流，方框图如图2.1所示。

图1.1方框图

1.2工作原理

3个相差120︒的三相电源电压，可以通过变压器的适当联结，能够获得一组相位依次相差60︒的六相电源电压，从而得到六相整流电压。为获得12脉波整流装置，需要的到十二相电源，采用方法如图2.2所示。

图1.2主电路

图1.2是移相构成串联2重联结电路的原理图，整流变压器二次侧绕组分别采用星形和三角形接法，使两组三相交流电源间相位错开，其大小相等，从而使

输出整流电压在每个交流电源周期中脉动12次。因为绕组接法不同，变压器一次绕组和二次绕组的匝数比为。可将桥I 和桥 II 看成两相同3相桥串联而成，只是两桥间相位相差。

三相桥式全控电路分析

对于三相桥式全控整流电路，其工作原理如图1.3所示，习惯将其中阴极连接在一起的三个晶闸管（1VT ,3VT ,5VT ）称为共阴极组；阳极连接在一起的的三个晶闸管（4VT ,6VT ,2VT ）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1.3的顺序编号。

图1.3三相桥式全控电路图

为简单起见，在分析整流电路工作时，认为晶闸管（SCR ）为理想器件，即晶闸管导通时其管压降等于晶闸管阻断时其漏电流等于0。假设将电路中晶闸管换为二极管，这种情况就相当于触发角为0α=︒时的情况。此时共阴极组的三个晶闸管，阳极所接交流电压值最大的一个导通。而共阳极组则是阴极所接交流电压最小的一个导通。此时电路电压工作波形如图1.4所示。

图1.4电压波形

1.3工作波形分析

由于串联多重化整流电路相当于俩三相桥式全控整流电路串联，两桥间相位差为30︒，所以将两相位差为30︒的三相桥式全控电路电压波形叠加即可得到

U实心点串联12脉波全控整流电路电压波形（如图2.5所示），其中粗红线为d

为a，b，c自然换相点，空心点为'a，'b，'c的自然换相点。

图2.5串联12脉波全控制整流电路电压波形

第2章 晶闸管元件参数计算及选型

触发电路的类型很多,各有其特点。在选择触发电路时，应根据系统的要求合理选择。

对于三相桥式全控整流电路，在其合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路在正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有脉冲。为此，可采用两种方法：一种是使脉冲宽度大于060（一般取080～0100），称为宽脉冲触发；另一种方法是，在触发某个晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差060，脉宽一般为020～030，称为双脉冲触发。双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲，但为了不使脉冲变压饱和，需将铁心体积做得较大，绕组匝数较多，导致漏感增大，脉冲前沿不够陡。因此，常用的是双脉冲触发。

主电路：输出电压：Ud =Ud1 +Ud2，电流Id=Id1=Id2

απ

cos 6

62U U d =

，Ud =600V ，Id=5000A

一、主电路二次侧是有两个分别采用采用星接和角接的三相桥式全控整流电路，对于二次侧采用星接的整流电路其晶闸管的参数有以下计算得出

晶闸管的有效值：A A I I VT 8.28863

5000

3d ===

晶闸管通态平均电流：A A I I dVT 6.16663

5000

3d === 取安全裕量

1.5~2，则所选晶闸管电流值为：

A A I AV T 3677.4~275857.18.2886)2~5.1()(=⨯=

在三相桥式整流电路中，晶闸管所承受最大反向电压值为26U , 2U 为二次侧相电压有效值。

由2122cos 34.2d d d U U U U U +==，α可得：

α

cos 34.2112d U U =

其中V

U U V U d d d 30060021===，

由于变压器的一次侧和两组二次侧的匝数比为3:1:1,为可靠换相,取α=30°,则

V

U U d 148)30cos 34.2(30030cos 34.21min 12≈︒*=︒=

因为电网电压存在%5±的波动，则 V V U U 8.15595.014895.0min 1212===