三相桥式全控整流电路的设计与仿真.doc

____ ____学院______级_电气工程及其自动化_专业 姓名_ _______ 学号_____________
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本科课程设计专用封面

设计题目：三相桥式全控整流电路的设计与仿真
所修课程名称： 电力电子技术课程设计
修课程时间： 年 06 月 17 日至 6 月 23 日
完成设计日期： 年 06 月 23 日
评阅成绩：
评阅意见：

评阅教师签名： 年 月 日
6

三相桥式全控整流电路的设计与仿真
一．设计要求
1）完成三相桥式全控整流电路的设计与仿真 ；
2）设计要求：
输入：AC220V，50Hz； 输出：260V，5A
二．题目分析
（1）电路组成：该电路为三相桥式全控整流电路，由变压器、六个晶闸管、电感以及电阻组成。
（2）电路原理图：

n 图1三相桥式全控整流电路的原理图

（3）工作原理：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。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。从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为 VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6，且相位依次相差120º。整流输出电压Ud一周期脉动六次，每次脉动的波形都一样。电阻负载id波形与Ud波形形状一致。而阻感负载时，当α≤60o时，ud波形连续，电路的工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于负载不同时，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流 id 波形不同，电阻负载时 id 波形与 ud 的波形形状一样。而阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。

三．主电路设计、元器件选型及计算：
已知：U2=220V,Ud=260V,Id=5A,f=50HZ 则有：
（1） 控制角α： Ud=2.34U2cosa 则cosα=0.505,所以α=60º。
（2） 晶闸管的电流平均值和有效值：
=1/3Id=5/3=1.67A
=1/ Id=5/ =2.89A
（3）变压器二次电流有效值I2= Id=0.816*5=4.08A
（4）电阻R=Ud/Id=260/5=52Ω
（5）晶闸管选型：
晶闸管承受最大正方向电压为： U2=2.45*220=539V
晶闸管额定电压：UN=(2~3)*539=1078~1617
晶闸管额定电流：IN=（1~1.5）*2.89/1.57=2.76~3.68

四．主电路仿真分析
选择相位依次相差120º的电源，分别给每个晶闸管加一个触发电源，触发脉冲应保证晶闸管可靠导通，触发脉冲应有足够的幅度，应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。通过改变晶闸管的类型或电感的值，直到仿真图接近理论图为止。由于在仿真过程中存在各方面的误差，比如晶闸管的选择，使得仿真图与理论图之间存在一定的误差。仿真图如下：

图2 仿真图形

图3输出电压与电流波形

图4 各次谐波分量

图5 部分数据分析

图3分析：题上所给输出电流Id=5A，从理论来讲，当电感足够大时，输出电流波形接近一条直线，且值为5A，但由于在仿真中存在误差，电流会有一点波动，如图所示。而当a=60º时，电压波形的最低值应该达到零，而实际仿真中最低电压在40v，与理论存在存在一定的区别。

图4分析：由仿真图形可得（300/50=6,600/50=12····）仅含有六及六的整数倍次谐波，且负载电流谐波幅值的减小更为迅速。

仿真分析：三相桥式全控整流电路的触发角从30º之后开始，由于α=60º，所以V1的延迟时间为1.667+3.333=5ms，又由于各晶闸管的导通相位相差60 º，因此晶闸管的导通时间依次向后推迟3.333ms,所以V1~V6的导通延迟时间依次为:5ms,8.333ms,11.667ms,15ms,18.333ms,1.667ms。又由于在阻感负载中，wL>>R,所以负载电流的波形可近似为一条水平线。

五．控制电路设计
经过分析，采用锯齿波同步移相触发电路Ⅰ、Ⅱ由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其原理图如下所示。

由V3、VD1、VD2、C1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压UT来控制锯齿波产生的时刻及锯齿波的宽度。由V1、V2等元件组成的恒流源电路，当V3截止时，恒流源对C2充电形成锯齿波；当V3导通时，电容C2通过R3、V3放电。调节电位器Rp1可以调节恒流源的电流大小，从而改变锯齿波的斜率。控制电压Uct、偏移电压Ub和锯齿波电压在V5基极综合叠加，从而构成移相控制环节，Rp2、Rp3分别调节控制电压Uct 和偏移电压Ub的大小。V6、V7 构成脉冲波形放大环节，C5为强触发电容改善脉冲的前沿，由脉冲变压器输出触发脉冲。本装置有三路锯齿波同步移相触发电路Ⅰ和Ⅱ和Ⅲ，在电路上完全一样，只是锯齿波触发电路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ输出的脉冲相位以此相差120°。
六．设计总结
此次课程设计总共有几天时间，虽然时间短暂，但我仍然学到了不少东西。首先，我了解到了ORCAD软件的用法，以前上课的时候没认真听讲，但是在老师和同学的讲解下我学会了怎么用此软件，我相信这对于我以后的工作也可能会有不同程度的帮助。其次，通过对三相全控桥式整流电路的设计与仿真，使我加深了对整流电路的理解，也把上课时没理解到或是忽略的知识点熟记于心，同时也让我对电力电子该课程产生了浓烈的兴趣。最后，虽然此次课程设计圆满成功，但是在设计中也遇到了很多问题，比如我的输出电压总是不能达到零，虽然我也琢磨了很久，但是始终找不出问题所在，最后在汤老师的指导下，我知道我忽略了很多细节问题，然后通过改正才将仿真做成功。这次课程设计让我学到了很多东西，同时我也意识到了自己在很多方面的不足，应多与老师交流，努力增加自己的知识含量，争取以后能有一番作为。最后感谢汤老师，总之以后我会认真学习，更加努力的汲取知识，争取将事情做到尽善尽美。

参考文献：
[1] 王兆安编著.电力电子技术.北京:机械工业出版社,2004年5月.
[2] 徐强主编.专业基础实验教程.四川：西南交通大学出版社2010年3月.
[3] 郝万新编著，电力电子技术.北京：化学工业出版社，2005.

设计计算（30分）
仿真验证（50分）
控制电路的设计
（20分）
总成绩
教师签名
根据课题参数进行分析
（10分）
电路主电路设计，主开关元器件的选型等
（20分）
仿真模型的建立
(20分)
仿真参数的设置
（15分）
仿真的效果
(15分)

评分表：