三相全控整流电路专业课程设计.doc

烟 台 南 山 学 院电力电子技术课程设计题目：三相全控整流电路姓名：所在学院：自动化工程学院专业：电气工程及其自动化班级：08级02班学号：06709032指导老师：王选诚完成时间：-6-11目录摘要1Abstract2一设计任务及要求21.1设计任务21.2设计要求2二.方案比较和论证32.1单相桥式全控整流32.1.1电阻负载3电路分析4基础数量关系42.1.2带阻感负载工作情况5电路分析5基础数量关系62.2单相桥式半控整流7电路分析7三总体电路功效框图及其说明8四功效块及单元电路设计、计算和说明94.1整流电路94.2触发电路101常见晶闸管触发电路102晶闸管触发电路10五保护电路115.1过电流过载和短路两种情况115.2电力电子装置可能过电压外因过电压和内因过电压125.3保护方法13A、避雷器保护13B、利用非线性过电压保护元件保护13C、利用储能元件保护13D、利用引入电压检测电子保护电路作过电压保护145.4.限制du/dt保护方法145.5 限制di/dt保护方法15六系统原理电路图156.1所用全部元器件型号参数16七设计体会17八参考文件17摘要 本文描述了单相桥式可控电路设计。主电路采取晶闸管并联桥式整流，并将直流电传送到电动机，带动负载。晶闸管控制应用是锯齿波触发电路。电路中保护电路确保了电路工作时各个元件安全。主电路采取全控桥，确保了各项参数有很好精度AbstractThis paper describes the design of single phase bridge type controlled rectifier circuit。The main circuit adopts bridge rectifier of thyristors parallel connection，and the DC.will be send to motor driving loads. Thyristors will be controlled by sawtooth wave trigger circuit. Protection circuit inside the main circuit ensure that every components safety in the running circuit. The main circuit adopts all controlled bridge, to make sure various parameters have good precision.一设计任务及要求1.1设计任务（1）综合利用所学知识，进行电力电子电路和系统设计能力。（2）了解和熟悉常见电力电子电路电路拓扑、控制方法。（3）了解和掌握常见电力电子电路及系统主电路、控制电路和保护电路设计方法，掌握元器件选择计算方法。（4）含有一定电力电子电路及系统试验和调试能力。 （5）.培养学生综合分析问题.发觉问题.处理问题能力.1.2设计要求 1).输入电压:22v交流电，50赫兹.(2).输出功率:(3).用集成电路组成触发电路.(4).负载性质:电阻.电阻电感.(5).对电路进行设计.计算和说明.(6).计算全部元器件型号参数二.方案比较和论证2.1单相桥式全控整流2.1.1电阻负载图3-5 单相全控桥式带电阻性负载波形带电阻负载时电路及波形u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4电路分析 闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成另一对桥臂。 在u2正半周（即a点电位高于b点电位） 若4个晶闸管均不导通，id=0,ud=0,VT1、VT4串联承受电压u2。 在触发角a处给VT1和VT4加触发脉冲，VT1和VT4即导通，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端。 当u2过零时，流经晶闸管电流也降到零，VT1和VT4关断。 在u2负半周，仍在触发角a处触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。 到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。 基础数量关系 晶闸管承受最大正向电压和反向电压分别为 和 。 整流电压平均值为： =0时，Ud= Ud0=0.9U2。=180时，Ud=0。可见，角移相范围为180。 向负载输出直流电流平均值为：流过晶闸管电流平均值 ： 流过晶闸管电流有效值为： 变压器二次侧电流有效值I2和输出直流电流有效值I相等，为 由式（3-12）和（3-13）可见：不考虑变压器损耗时，要求变压器容量为S=U2I2 2.1.2带阻感负载工作情况 电路分析在u2正半周期 触发角a处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，ud=u2负载电感很大，id不能突变且波形近似为一条水平线u2过零变负时，因为电感作用晶闸管VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。 wt=p+a时刻，触发VT2和VT3，VT2和VT3导通，u2经过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压使VT1和VT4关断，流过VT1和VT4电流快速转移到VT2和VT3上，此过程称为换相，亦称换流。 2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u图3-6 单相桥式全控整流电流带阻感负载时电路及波形 基础数量关系 整流电压平均值为： 当a=0时，Ud0=0.9U2。a=90时，Ud=0。晶闸管移相范围为90。 晶闸管承受最大正反向电压均为 。 晶闸管导通角q和a无关，均为180，其电流平均值和有效值分别为： 和 。 变压器二次侧电流i2波形为正负各180矩形波，其相位由a角决定，有效值I2=Id2.2单相桥式半控整流 电路分析每一个导电回路由1个晶闸管和1个二极管组成。 在u2正半周，a处触发VT1，u2经VT1和VD4向负载供电。 u2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通，但因a点电位低于b点电位，电流是由VT1和VD2续流 ，ud=0。 在u2负半周，a处触发触发VT3，向VT1加反压使之关断，u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零。 Ob)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3vdRiVDRu图3-11 单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时电路及波形 和全控桥式相同，假设负载中电感很大，且电路已工作于稳态，在U2正半周，触发角处给晶闸管VT1加触发脉冲，u2经VT1和VT4向负载供电，u2过零变负时，因电感作用使电流连续，VT1继续导通但因a点电位低于b点，使得电流从VD4转移至VD2，VD4，关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是由VD1和VD2续流。此阶段，忽略器件通态压降，则ud=0,不想全控桥电路那样出现ud为负情况在u2负半周触发角时刻触发VT3，VT3导通，则像VT1加反向电压使之关断，u2经VT3和VD2向负载供电。U2过零变正时，VD4导通，VD2关断，VT3和VD4续流，ud又为零。以后反复以上过程在实际应用中需加续流二极管若无续流二极管，则当a忽然增大至180或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管连续导通而两个二极管轮番导通情况，这使ud成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时波形，称为失控。 有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失控现象。 续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一个管压降，有利于降低损耗。 综合比较：单相全控桥式整流电路含有输出电流较小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高优点。三总体电路功效框图及其说明交流市电经过变压得到四功效块及单元电路设计、计算和说明4.1整流电路整流电压平均值为： 当a=0时，Ud0=0.9U2。a=90时，Ud=0。晶闸管移相范围为90。 晶闸管承受最大正反向电压均为 。 晶闸管导通角q和a无关，均为180，其电流平均值和有效值分别为： 和 。 变压器二次侧电流i2波形为正负各180矩形波，其相位由a角决定，有效值I2=Id。 4.2触发电路1常见晶闸管触发电路 由V1、V2组成脉冲放大步骤和脉冲变压器TM和隶属电路组成脉冲输出步骤两部分组成。 当V1、V2导通时，经过脉冲变压器向晶闸管门极和阴极之间输出触发脉冲。 VD1和R3是为了V1、V2由导通变为截止时脉冲变压器TM释放其储存能量而设。 为了取得触发脉冲波形中强脉冲部分，还需合适附加其它电路步骤。 2晶闸管触发电路 作用：产生符合要求门极触发脉冲，确保晶闸管在需要时刻由阻断转为导通。 晶闸管触发电路往往还包含对其触发时刻进行控制相位控制电路。 触发电路应满足下列要求 触发脉冲宽度应确保晶闸管可靠导通，比如对感性和反电动势负载变流器应采取宽脉冲或脉冲列触发。 触发脉冲应有足够幅度，对户外严寒场所，脉冲电流幅度应增大为器件最大触发电流35倍，脉冲前沿陡度也需增加，通常需达12A/ms。 触发脉冲应不超出晶闸管门极电压、电流和功率定额，且在门极伏安特征可靠触发区域之内。 应有良好抗干扰性能、温度稳定性及和主电路电气隔离。 （单结晶体管触发电路）。 五保护电路5.1过电流过载和短路两种情况保护方法：负载触发电路开关电路过电流继电器交流断路器动作电流整定值短路器电流检测电子保护电路快速熔断器变流器直流快速断路器电流互感器变压器过电流保护方法及其配置位置 *同时采取多个过电流保护方法，提升可靠性和合理性。*电子电路作为第一保护方法，快熔仅作为短路时部分 区段保护，直流快速断路器整定在电子电路动作以后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。*全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适适用于小功率装置或器件裕度较大场所。*短路保护：快熔只在短路电流较大区域起保护作用5.2电力电子装置可能过电压外因过电压和内因过电压 外因过电压：关键来自雷击和系统操作过程等外因 操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引发 雷击过电压：由雷击引发 内因过电压：关键来自电力电子装置内部器件开关过程 换相过电压：晶闸管或和全控型器件反并联二极管在换相结束后，反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。 关断过电压：全控型器件关断时，正向电流快速降低而由线路电感在器件两端感应出过电压。 5.3保护方法A、避雷器保护B、利用非线性过电压保护元件保护C、利用储能元件保护阻容过电压保护连接方法RCD过电压吸收电路D、利用引入电压检测电子保护电路作过电压保护晶闸管变流装置过电压保护关键方法及设置位置A 避雷器；B 接地电容，C 阻容保护；D 整流式阻容保护； E 压敏电阻保护；F 器件侧阻容保护5.4.限制du/dt保护方法(1)产生电压上升率dudt原因 由电网侵入过电压。 因为晶闸管换相时造成dudt过大。(2) 电压上升率dudt限制方法在晶闸管两端并联一个RC或RCD吸收电路5.5 限制di/dt保护方法(1)变换器中产生过大didt 原因 在晶闸管开通时，和晶闸管并联阻容保护中电容忽然向晶闸管放电。 交流电源经过晶闸管向直流侧保护电容放电。 直流侧负载忽然短路。(2) 电流上升率didt限制方法 在阻容保护中选择适宜电阻。 在每个桥臂上和晶闸管串联一个约几到几十微亨小电感。六系统原理电路图6.1所用全部元器件型号参数电动机型号为Z2-11，额定功率：0.4KW 额定电压：220v 额定电流：2.68A晶闸型号：KK350 额定电压：350V电容型号：CZ32D33 熔断器型号：HC150七设计体会又有了这个机会，自己动手，自己动脑，查资料，用CAD绘图，自己策划做课程设计。每次课程设计全部能使自己提升不少，这次也不例外。经过对单相桥式可控整流电路研究，更了解了整流电路线路、原理，知道了很多触发电路，加深了对触发电路功效了解，还要保护电路，认识保护电路关键，并对其深入了研究。其次，我还学习了电气CAD,虽不很专业，但也了解不少，对word文档也复习了一遍，更深层了解了。在课程设计中，我们分组合作，真正体会到团体力量，一个团体绝不是个人事，合作很关键。最终，很感谢那些无私将资料共享好友们，最关键是老师和同学帮助，是我在这次设计中学到很多八参考文件王兆安，刘进军主编 电力电子技术 第五版 机械工业出版社 .7 叶斌主编 电力电子应用技术 清华大学出版社 .5唐志宏韩振振主编 数字电路和系统 北京邮电大学出版社 .2