电力电子关键技术专业课程设计方案报告.doc

电力电子课程设计报告

题 目三相桥式全控整流电路设计

学 院：
电子与电气工程学院
年级专业：
级电气工程及其自动化
姓 名：

学 号：

指引教师：
高婷婷，林建华
成 绩：

指引教师评语：

指引教师签名：
年 月 日

摘要
整流电路特别是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要同步也是应用得最为广泛电路，不但用于普通工业，也广泛应用于交通运送、电力系统、通信系统，能源系统及其她领域，因而对三相桥式可控整流电路有关参数和不同性质负载工作状况进行对比分析与研究具备很强现实意义，这不但是电力电子电路理论学习重要一环，并且对工程实践实际应用品有预测和指引作用，因而调试三相桥式可控整流电路有关参数并对不同性质负载工作状况进行对比分析与研究具备一定现实意义。 

核心词：电力电子，三相，整流

目录
1 设计目和意义………………………………………1
2 设计任务与规定…………………………………………1
3 设计方案…………………………………………………1
3.1三相全控整流电路设计 ……………………………………1
3.1.1三相全控整流电路图原理分析…………………………………2
3.1.2整流变压器设计………………………………………………2
3.1.3晶闸管选取……………………………………………………3
3.2 保护电路设计……………………………………………4
3.2.1变压器二次侧过压保护…………………………………………4
3.2.2 晶闸管过压保护………………………………………………4
3.2.3 晶闸管过流保护………………………………………………5
3.3 触发电路选取设计………………………………………5
4 实验调试与分析…………………………………………6
4.1三相桥式全控整流电路仿真模型………………………6
4.2仿真成果及其分析……………………………………………7
5 设计总结…………………………………………………8
6 参照文献…………………………………………………9
1 设计目和意义
本课程设计属于《电力电子技术》课程延续，通过设计实践，进一步学习掌握《电力电子技术》，更进一步掌握和理解她三相桥式全控整流电路。通过设计基本技能训练，培养学生具备一定工程实践能力。通过重复调试、训练、便于学生掌握规范系统电子电力方面知识，同步也提高了学生动手能力。
2 设计任务与规定
三相桥式全控整流电路规定输入交流电压为阻感性负载。
1.写出三相桥式全控整流电路阻感性负载移相范畴，并计算出直流电压变化范畴
2.计算α=60°时，负载两端电压和电流，晶闸管平均电流和有效电流。
3.画出α=60°时，负载两端和晶闸管两端波形。
4.分析纯电阻负载和大电感负载以及加续流二极管电路区别。
5.晶闸管型号选取。
3 设计方案
3.1三相全控整流电路设计

图1.三相桥式全控整流电路阻感性负载

3.1.1三相全控整流电路图原理分析
晶闸管按从1至6顺序导通，为此将晶闸管按图示顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接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3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。编号如图示，晶闸管导通顺序为 VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。其工作特点是任何时刻均有不同组别两只晶闸管同步导通，构成电流通路，因而为保证电路启动或电流断续后能正常导通，必要对不同组别应到导通一对晶闸管同步加触发脉冲，因此触发脉冲宽度应不不大于π／3宽脉冲。宽脉冲触发规定触发功率大，易使脉冲变压器饱和，因此可以采用脉冲列代替双窄脉冲；每隔π／3换相一次，换相过程在共阴极组和共阳极组轮流进行，但只在同一组别中换相。
接线图中晶闸管编号办法使每个周期内6个管子组合导通顺序是VT1-
VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；共阴极组T1，T3，T5脉冲依次相差2π／3；同一相上下两个桥臂，即VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2脉冲相差π，给分析带来了以便；当α=O时，输出电压Ud一周期内波形是6个线电压包络线。因此输出脉动直流电压频率是电源频率6倍，比三相半波电路高l倍，脉动减小，并且每次脉动波形都同样，故该电路又可称为6脉动整流电路。同理，三相半波整流电路称为3脉动整流电路。α>0时，Ud波形浮现缺口，随着α角增大，缺口增大，输出电压平均值减少。当α=2π／3时，输出电压为零，因此电阻性负载时，α移相范畴是O～2π／3；当O≤α≤π／3时，电流持续，每个晶闸管导通2π／3；当π／3≤α≤2π／3时，电流断续，个晶闸管导通不大于2π／3.23α=π／3是电阻性负载电流持续和断续分界点。
3.1.2整流变压器设计
三相桥式全控整流电路应选用三相变压器星形接法如图1所示。
主电路种影响整流变压器次级电压精准计算重要因素是值大小要保证满足负载所规定最大平均电压，当整流输出电压持续时（即带阻感负载时）平均值为

2）二次电流和一次电流计算 直流输出平均电流为

3）变压器容量计算变压为

3.1.3 晶闸管选取
合理地选取晶闸管，可以在保证晶闸管装置可靠运营前提下减少成本，获得较好技术经济指标。在采用普通型（KP型）晶闸管整流电路种，应对的选取晶闸管额定电压与额定电流参数。
1晶闸管额定电压（）
晶闸管额定电压必要不不大于元件在电路中实际承受最大电压，考虑到电网电压波动和操作过电压等因素，还要设立2到3倍安全系数，即

由理论分析可得，当可控整流电路接成三相全控电路形式时，每个晶闸管所承受正、反向电压均为整流变压器次级线电压峰值，即

由三相全控整流电路波形分析可知，晶闸管最大正向电压峰值均为变压器二次线电压峰值：

2晶闸管额定电流（）
晶闸管电流定额要按照有效值相等原则来选用，并应留一定裕量。普通取其额定电流为按此原则计算成果1.5到2倍，即

3选取晶闸管型号
三相桥式全控整流电路应选取KP30-4型晶闸管，共六只
4晶闸管图片

图2.晶闸管
3.2.保护电路设计
3.2.1变压器二次侧过压保护
该变压器为初级绕组三角形接法=380V，=82.96A；次级绕组星形接法=150V，=24.804A，容量为12KV变压器，RC过电压抑制电路可接于供电变压器两端（供电网一侧称网测，电力电子电路一侧称阀测），或电力电子电路直流侧。

图3.二次侧过压保护
3.2.2晶闸管过压保护：
重要考虑换相过电压抑制。晶闸管元件在反向阻断能力恢复前，将在反向电压作用下流过相称大反向恢复电流。当阻断能力恢复时，因反向恢复电流不久截止，通过恢复电流电感会因高电流变化率产生过电压，即换相过电压。为使元件免受换相过电压危害，普通在元件两端并联RC电路。即

图4.晶闸管过压保护
3.2.3过流保护电路
1主电路保护
电子电路作为第一保护办法，迅速熔断器仅作为短路时某些区段保护，支流迅速熔断器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。
2晶闸管过流保护
对重要且易发生短路晶闸管设备，需采用电子电路进行过电流保护。常在全控型器件驱动电路种设立过电流保护环节，响应最快。

图5.晶闸管过流保护
3.3触发电路选取设计
驱动电路位于主电路和控制电路之间，用来对控制电路信号进行放大中间电路（即放大控制电路信号使其可以驱动功率晶体管），称为驱动电路，驱动电路基本任务。就是将信息电子电路传来信号按照其控制目的规定，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断信号。对半控型器件只需提供开通控制信号，对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号，以保证器件按规定可靠导通或关断。触发电路由三片集成触发电路芯片KJ004和一片集成双脉冲发生器芯片KJ041形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，即构成完整。触发电路产生触发信号用接插线与主电路各晶闸管相连接。该电路可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几种环节。

图6.触发电路
3.4总设计图

图7.总设计图
4 调试与总结分析
4.1三相桥式全控整流电路仿真模仿
依照三相桥式全控整流电路原理可以运用Simulink内模块建立仿真模型如图2所示，设立三个交流电压源Va，Vb，Vc相位角依次相差120°，得到整流桥三相电源。用6个Thyristor构成整流桥，实现交流电压到直流电压转换。6个PULSE generator产生整流桥触发脉冲，且从上到下分别给1～6号晶闸管触发脉冲。

图8.仿真模仿电路
4.2仿真成果与分析
当α=60度时，ud波形持续，电路工作状况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管通断状况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受电压波形等都同样。区别在于负载不同步，同样整流输出电压加到负载上，得到负载电流 id 波形不同，电阻负载时 ud 波形与 id 波形形状同样。而阻感负载时，由于电感作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大时候，负载电流波形可近似为一条水平线。

图9.触发角为α=60°时波形图

图10.触发角为α=60°时仿真波形图
5 设计总结

6 参照文献
【1】 王兆安，黄俊，电力电子技术（第四版），北京：机械工业出版社；
【2】 康华光，电子技术基本，北京：高等教诲出版社；
【3】 谭立新，刘觉民，三相桥式全控整流电路设计期刊论文，湖南文理学院学报（自然科学报）；
【4】 李自成，许丽，电力电子技术及应用，西北工业大学出版社；