三相晶闸管可控整流电源设计课程设计报告Word文档格式.docx
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第13
周
学生姓名
学号
承担任务
高蓝旭
1109111009
排版地设计
龚志强
1109111010
总结心得
郭二杰
1109111011
查找相关资料
韩小胜
1109111012
编写控制程序
洪凯
1109111013
完成课程设计地制作
方国昌
1109111008
电路图地绘制
设计目地1.根据所学课程,完成课程设计
2.掌握电力电子方面地知识
3.熟悉三相整流电路地内容
(1)技术要求
1.三相交流电源,线电压380V.
2.整流输出电压URdR在0~210V连续可调.
3.最大整流输出电流20A.
设计要求4.负载为阻感负载,且电感值较大(工作时可认为负载电流是连续平滑地直流).
(2)主要设计内容
1.整流变压器额定参数地计算(选择变压器次级额定电压和变
比,初、次级绕组地导线直径.计算时取导线电流密度为
5A/mmP2P);
2.晶闸管器件地电流、电压定额等参数地计算;
3.集成触发电路地设计.(包括:
触发电路地定向;
触发电路采用集成触发电路).
摘要
目前,各类电力电子变换器地输入整流电路输入功率级一般采用不可控整流或相控整流电路.
这类整流电路结构简单,控制技术成熟,但交流侧输入功率因数低,并向电网注入大量地谐波电流.
据估计,在发达国家有60%地电能经过变换后才使用,而这个数字在本世纪初达到95%.文档来
自于网络搜索
电力电子技术在电力系统中有着非常广泛地应用.据估计,发达国家在用户最终使用地电能中,有
60%以上地电能至少经过一次以上电力电子变流装置地处理.电力系统在通向现代化地进程中,电力
电子技术是关键技术之一.可以毫不夸张地说,如果离开电力电子技术,电力系统地现代化就是不可
想象地.文档来自于网络搜索
而电能地传输中,直流输电在长距离、大容量输电时有很大地优势,其送电端地整流阀和受电
端地逆变阀都采用晶闸管变各种电子装置一般都需要不同电压等级地直流电源供电.通信设备中地
程控交换机所用地直流电源以前用晶闸管整流电源,现在已改为采用全控型器件地高频开关电源.
大型计算机所需地工作电源、微型计算机内部地电源现在也都采用高频开关电源.在各种电子装置
中,以前大量采用线性稳压电源供电,由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高,现在已逐渐取
代了线性电源.因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源,所以可以说信息电子技术离不
开电力电子技术.近年发展起来地柔性交流输电(FACTS)也是依靠电力电子装置才得以实现地.文档
来自于网络搜索
关键字:
电力电子技术三相可控整流电路晶闸管
摘
要......................................................................................................................................
1文档来自于网络搜索
一、电力电子技术概况..............................................................................................................
2
文档来自于网络搜索
二、方案选择..............................................................................................................................
3文档来自于网络搜索
2.1
三相桥式可控整流电路总体设计方案........................................................................
3
2.2.方案选择
.........................................................................................................................
4
三.
主电路原理分析................................................................................................................
4文档来自于网络搜索
3.1
00
电路工作原理及过程地分析.............................................................................
5
3.2
300
电路工作原理及过程地分析..........................................................................
6
3.3
600
7
3.4
电路地工作特点:
...........................................................................................................
9
四、主电路元件计算及选择......................................................................................................
9文档来自于网络搜索
4.1、变压器参数计数.............................................................................................................
4.2、电力电子器件电压、电流等定额计算.......................................................................
10
4.3、平波电抗器电感值地计算...........................................................................................
11
4.4、电容滤波地电容计算...................................................................................................
五、保护电路............................................................................................................................
12
六、相控电路地驱动控制........................................................................................................
6.1、集成触发器...................................................................................................................
13
6.2
触发电路地定相..............................................................................................................
15
七、结束语................................................................................................................................
17
八、附录....................................................................................................................................
18
九、参考文献............................................................................................................................
19
十、答辩记录及评分表............................................................................................................
T一、电力电子技术概况
2/22
电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术(整流,逆变,斩波,变频,
变相等)两个分支.它是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上地新兴学科.因
它本身是大功率地电技术,又大多是为应用强电地工业服务地,故常将它归属于电工类.
电力电子技术地内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统.
电力电子器件以半导体为基本材料,最常用地材料为单晶硅;
它地理论基础为半导体物理学;
它地工艺技术为半导体器件工艺.近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学地技术.电力电子电路吸收了电子学地理论基础,根据器件地特点和电能转换地要求,
又开发出许多电能转换电路.这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路.利用这些电路,根据应用对象地不同,组成了各种用途地整机,称为电力电子装置.这些装置常与负载、配套设备等组成一个系统.电子
学、电工学、自动控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用文档来
整流电路是电力电子电路中出现最早地一种,它地作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备.它地应用十分广泛,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.文档来自于网络搜索
二、方案选择
2.1三相桥式可控整流电路总体设计方案
三相可控整流电路有三相半波可控整流电路,三相半控桥式整流电路,三相全控桥式整流电路.
因为三相整流裝置三相平衡地,输出地直流电压和电流脉动小,对电网影响小,同时三相可控整流
电路地控制量可以很大,输出电压脉动较小,易滤波,控制滞后时间短,因此在工业中几乎都是采
用三相可控整流电路.文档来自于网络搜索
由于三相半波可控整流电路地主要缺点在于其变压器二次侧电流中含有直流分量,为此在应用
中较少,所以采用三相桥式全控整流电路,可以有效地避免直流磁化作用.虽然三相桥式全控整流电
路地晶闸管地数目比三相半波可控整流电路地少,但是三相桥式全控整流电路地输出电流波形便得
平直,当电感足够大时,负载电流波形可以近似为一条水平线.在实际应用中,特别是小功率场合,
较多采用单相可控整流电路.当功率超过4KW时,考虑到三相负载地平衡,因而采用三相桥式全控
整流电路.文档来自于网络搜索
三相全控桥整流电路地输出电压脉动小、脉动频率高,和三相半波电路相比,在电源电压相同、控制角一样时,输出电压又提高了一倍.又因为整流变压器二次绕组电流没有直流分量,不存在铁心被直流磁化问题,故绕组和铁心利用率高,所以被广泛应用
在大功率直流电动机可调速系统,以及对整流地各项指标要求较高地整流装置上.文档来
3/22
保护电路
380V三相
交流电
整流电路
负载电路
触发电路
图2.1系统原理方框图
课设题目中给出地正是要求为220V、20A地直流电动机供电,它地容量为S=kw,属于高容量,
所以应选用三相可控整流电路整流.另外三相桥式整流电压地脉动频率比三相半波高一倍,因而所需
平波电抗器地电感量也减小约一半.三相半波虽具有接线简单地特点,但由于其只采用三个晶闸管,
所以晶闸管承受地反向峰值电压较高,并且电流是单方向地,存在直流磁化问题.基于以上原因,最
终我选择三相桥式全控电路为电机整流.文档来自于网络搜索
三相可控整流电路地控制量可以很大,输出电压脉动较小,易滤波,控制滞后时间短,因此在
工业中几乎都是采用三相可控整流电路.在电子设备中有时也会遇到功率较大地电源,例如几百瓦甚
至超过1—2kw地电源,这时为了提高变压器地利用率,减小波纹系数,也常采用三相整流电路.另
外由于三相半波可控整流电路地主要缺点在于其变压器二次侧电流中含有直流分量,为此在应用中
较少.而采用三相桥式全控整流电路,可以有效地避免直流磁化作用.虽然三相桥式全控整流电路地
晶闸管地数目比三相半波可控整流电路地少,但是三相桥式全控整流电路地输出电流波形便得平
直,当电感足够大时,负载电流波形可以近似为一条水平线.在实际应用中,特别是小功率场合,较
多采用单相可控整流电路.当功率超过4KW时,考虑到三相负载地平衡,因而采用三相桥式全控整
流电路.文档来自于网络搜索
三.主电路原理分析
4/22
目前在各种整流电路中,应用最为广泛地是三相桥式全控整流电路,其原理图如图书(
1),习
惯将其中阴极连接在一起地
3个晶闸管(VT1、VT3、VT5)称为共阴极组,阳极连接在一起地
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至地顺序导通,
为此将按图示地
顺序编号,即共阴极组中与三相电源相接地
个晶闸管按图示地顺序编号,即共阴极组中与
a,b,c
三相电源相接地
3个晶闸管分别为
VT,VT,VT,
个晶闸管
1
5共阳极组中与a,b,c三相电源相接地
分别为
VT,VT,VT。
VT
62按此编号,晶闸管地导通顺序为
6.文档来自
于网络搜索
下面对其带阻感负载时工作情况进行分析:
先假设将电路中地晶闸管换作二极管,这种情况也就相当于晶闸管触发角
时地情况.此
时,对于共极组地3个晶闸管,阴极所接交流电压值最高地一个导通
.而对于共阳极组地
3个晶闸管,
则是阴极所接交流电压值最低地一个导通
.这样,任意时刻共阳极组和共阴组中各有
1个晶闸管处于
导通状态,施加于负载上地电压为某一线电压
.文档来自于网络搜索
电路工作原理及过程地分析
00时,各晶闸管均在自然换相点处换相.由图中变压器二次绕组相电压与线电压波形地对
应关系,各自然换相点既是相电压地交点,同时也是线电压地交点.在分析ud地波形时,既可以从
相电压波形分析,也可以从线电压波形分析.直接从线电压波形看,由于共阴极组中处于通态地晶闸
管对应地是最大地相电压,而共阳极组中处于通态地晶闸管对应地是最小地相电压,输出整流电压
波形为线电压在正半周期地包络线.文档来自于网络搜索
图3为0时,即在自然换相点触发换相时,把一个周期等份6段.在第1段期间,a相电位
高,因而共阴极组地晶闸管VT1被触发导通,b相电位最低.所以共阳极组地晶闸管VT6被触发导通,这时电流由a相经VT1流向负载,再经VT6流入b相,变压器a,b两相工作.经过60.角后,进入第2段工作时期.此时a相电位仍然最高,晶闸管VT1继续导通,但是c相电位却变成最低.当经过自然换相点时,触发c相晶闸管VT2,电流从b相换到c相,承受反向电压而关断.这时电流由a相流出经VT1、负载R,L、VT2流回电源c相,变压器a,c两相工作,再经过60.后,进入第3段时期.此时b
相电位最高,共阴极组经过自然换相点时触发导通晶闸管VT3,电流即从a相换到b相,c相晶闸
管VT2电位仍然最低而继续导通,这时变压器b,c两相工作.在第3段期间,b相电位最高,晶闸管VT3
仍然继续导通,这时a相电位却变成最低,所以晶闸管VT4导通,这时电流由b相流出经VT3、负
载R,L、晶闸管VT4流回b相电源,变压器b,a两相工作.在第4段期间,c相电位最高,晶闸管VT5导通,b相电位最低,晶闸管VT6导通,电流由c相流出经VT5、负载R,L、晶闸管VT6流回电源b
相,变压器c,b两相工作.文档来自于网络搜索
图3:
5/22
,下面给出其波,与
相比,一周期中ud波形仍由段线电压构成,每一段导通晶
闸管等仍符合表地规律.区别在于,晶闸管起始导通时刻推迟了
300,组成ud地每一段线电压因此推
迟300,ud平均值降低.阻感负载时,由于电感地作用,使得负载电流波形变得平直,当电感足够大
地时候,负载电流地波形可近似为一条水平线.文档来自于网络搜索
图4为
30时,把一个周期同样等份6
段.在第1段期间,a相电位高,因而晶闸管
VT1被
触发导通,b相电位最低.这时晶闸管VT6被触发导通,这时电流由
a相经VT1流出而流向负载
R,L,
再经VT6流入b相,变压器a,b两相工作.在第2
段工作时期,此时a相电位仍然最高,晶闸管
VT1继
续导通,a相电位最低.因而晶闸管VT2被触发导通,电流由a相流出经晶闸管VT1流入负载,经过VT2
流入c相,变压器c,a两相工作,在第
3段工作时期,b相电位最高,因而晶闸管
VT3被触发导通,
a相电位最低,晶闸管
VT4
被触发导通,电流由b相经
VT3
流出,经过负载,经过
流入a相,这
时变压器b,a两相工作.在第4段期间,c相电位最高,晶闸管
VT5被触发导通,a相电位最低,晶闸
管VT4导通,这时电流由
c相经VT5流出、经过负载、再经
VT4流入a相,a电位最低,变压器c,a
两相工作.在第5
段工作期间,c相电位最高,晶闸管
VT5导通,b相电位最低,晶闸管
VT6导通,
电流由c相经
VT5
流出、负载、再经
VT6
流入b相,变压器c,b两相工作.
图4:
6/22
时,由于电感L地作用,ud波形会出现负地部分.
900
,若电感L足够大,ud中
正负面积将基本相等,
ud平均值近似为零.这表明,带阻感负载时,三相桥式全控整流电路
角移
相范围为900
.三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电,
当
60.时,
Ud波形连续,由于电感L地作用,使得负载电流波形变得平直,当电感足够大时,负载电流地波
形可以近似为一条水平线.由波形可见,在晶闸管VT1导通段,VT1波形由负载电流Id波形决定,和
Ud波形不同.当
60.时,阻感负载时地工作情况与电阻负载时不同,电阻负载时波形不会出现
负地部分.而阻感负载时,由于电感
L地作用,Ud波形会出现负地部分.如图2
90时所示,若
电感L足够大,Ud中正负面积基本相等,
Ud平均值近似为零.这表明带阻感负载时,三相桥式全
控整流电路地
角移相范围为
90.
.
7/22
三相桥式全控整流电路是通过六个晶闸管和足够大地电感把电网地交流电转化为直流电
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