電力電子課程設(shè)計(jì)---三相橋式全控整流電路的設(shè)計(jì)與分析

1、<p><b>　　緒論</b></p><p>　　電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和交流技術(shù)（整流、逆變、斬波、變頻、變相等）兩個(gè)分支。它是建立在電子學(xué)、電工原理和自動(dòng)控制三大學(xué)科上的新興學(xué)科。因它本身是大功率的電技術(shù)，又大多是為應(yīng)用強(qiáng)電的工業(yè)服務(wù)的，故常將它歸屬于電工類。電力電子技術(shù)的內(nèi)容主要包括電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置及其系統(tǒng)。</p>&

2、lt;p>　　整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它將交流電變?yōu)橹绷麟姽┙o直流用電設(shè)備，應(yīng)用十分廣泛。例如直流電動(dòng)機(jī)、電鍍、電解電源、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、通信系統(tǒng)電源等。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀(jì)70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負(fù)載之間，用于濾除脈動(dòng)直流電壓中的交流成分。變壓器設(shè)置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實(shí)現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電

3、路之間的電隔離（可減小電網(wǎng)與電路間的電干擾和故障影響）。</p><p>　　整流電路的種類有很多，有半波整流電路、單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流電路、三相橋式半控整流電路、三相橋式全控整流電路等。當(dāng)整流負(fù)載容量較大或要求直流電壓脈沖較小時(shí)應(yīng)采用三相整流電路，其交流測(cè)由三相電源供電。本設(shè)計(jì)要求整流電路帶直流電機(jī)負(fù)載，希望獲得的直流電壓脈沖較小，所以用三相全控整流比較合理。</p><p

4、>　　1 晶閘管的工作原理</p><p>　　晶閘管組成的實(shí)際電路如圖1-1所示：</p><p>　　圖1-1 晶閘管組成的實(shí)際電路</p><p>　　為了說(shuō)明晶閘管的工作原理，可將其看成NPN和PNP兩個(gè)三極管相連，用三極管的符號(hào)來(lái)表示晶閘管的等效電路，如圖1-2（a）所示,其工作過(guò)程如圖1-2（b）所示。</p><p>　　

5、圖1-2 晶閘管的等效電路</p><p>　　當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極A和陰極K之間加正向電壓UZ而控制極K不加電壓時(shí)，中間的PN結(jié)處于反向偏置，管子不導(dǎo)通，處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極A和陰極K之間加正向電壓UA，且控制極G和陰極K之間也加正向電壓UG時(shí)，外層靠下的PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。若V2管的基極電流為IB2，則集電極電流Ic2為β2IB2，V1管的基極電流IB1等于Vz管的集電極電流，因而V2的集電極電流Icl為β

6、lβ2如，該電流又作為V2管的基極電流，再一次進(jìn)行上述的放大過(guò)程，形成正反饋。在很短的時(shí)間（一般幾微秒）兩只二極管均進(jìn)入飽和狀態(tài)，使晶閘管完全導(dǎo)通。當(dāng)晶閘管完全導(dǎo)通后，控制極就失去了控制作用，管子依靠?jī)?nèi)部的正反饋始終維持導(dǎo)通狀態(tài)。此對(duì)管子壓降很小，一般為0. 6～1.2 V，電源電壓幾乎全部加在負(fù)載電阻R上，晶閘管中有電流流過(guò)，可達(dá)幾十至幾千安。要想關(guān)斷晶閘管，必須將陽(yáng)極電流減小到不能維持正反饋過(guò)程，當(dāng)然也可以將陽(yáng)極電源斷開(kāi)或者在晶閘管

7、的陽(yáng)極和陰極之間加一反向電壓。綜上所述，可得如下結(jié)論：①晶閘管與硅整流二極管相似，都具有反向阻斷能力，但晶閘管還具有正向阻斷能力，即晶閘管正向?qū)ū仨毦哂幸欢ǖ臈l件：陽(yáng)極加正向電壓，同時(shí)控</p><p>　　圖1-3 晶閘管的伏安特性</p><p>　　2 主電路設(shè)計(jì)及原理</p><p>　　2.1 三相橋式全控整流電路的原理</p>&l

8、t;p>　　一般變壓器一次側(cè)接成三角型，二次側(cè)接成星型，晶閘管分共陰極和共陽(yáng)極。一般1、3、5為共陰極，2、4、6為共陽(yáng)極。</p><p>　?。?）2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組各1，且不能為同1相器件。</p><p>　　（2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：</p><p>　　1)按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差

9、60。</p><p>　　2)共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差120。</p><p>　　3)同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。</p><p>　?。?）Ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。</p><

10、;p>　?。?）需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）</p><p>　　三相橋式全控整流電路實(shí)質(zhì)上是三相半波共陰極組與共陽(yáng)極組整流電路的串聯(lián)。在任何時(shí)刻都必須有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通才能形成導(dǎo)電回路，其中一個(gè)晶閘管是共陰極組的，另一個(gè)晶閘管是共陽(yáng)組的。 6 個(gè)晶閘管導(dǎo)通的順序是按 VT6 – VT1 → VT1 – VT2 → VT2 – VT3 → VT3

11、 – VT4 → VT4 – VT5 → VT5 – VT6 依此循環(huán)，每隔 60 °有一個(gè)晶閘管換相。為了保證在任何時(shí)刻都必須有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，采用了雙脈沖觸發(fā)電路，在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)每個(gè)晶閘管連續(xù)觸發(fā)兩次，兩次脈沖前沿的間隔為 60 °。三相橋式全控整流電路原理圖如右圖所示。 </p><p>　　三相橋式全控整流電路用作有源逆變時(shí)，就成為三相橋式逆變電路。由整流狀態(tài)轉(zhuǎn)換到逆變狀態(tài)必須同時(shí)具備

12、兩個(gè)條件：一定要有直流電動(dòng)勢(shì)源，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)稍大于變流器直流側(cè)的平均電壓；其次要求晶閘管的 a ＞ 90 °，使 U d 為負(fù)值。</p><p>　　圖2-1 三相橋式全控整流電路</p><p>　　2.2 三相全控橋的工作特點(diǎn)</p><p>　?、?2個(gè)晶閘管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組 各1個(gè)，且不能為同1

13、相器件。</p><p>　　⑵ 對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：</p><p>　　按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60?。</p><p>　　共陰極 組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120?。</p><p>　　共陽(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差120?。</p><p>　　同

14、一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6， VT5與VT2，脈沖相差180。</p><p>　?、?ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣, 故該電路為6脈波整流電路。</p><p>　?、?晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。</p><p>　　2.3 阻感負(fù)載時(shí)的波形分析</p><

15、;p>　　三相橋式全控整流電路大多用于向阻感負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載供電（即用于直流電機(jī)傳動(dòng)），下面主要分析阻感負(fù)載時(shí)的情況。 </p><p>　　當(dāng)α≤600時(shí)，ud波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。區(qū)別在于負(fù)載不同時(shí)，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電流 id 波形不同，電阻負(fù)載時(shí) ud 波形與 id 的波形形

16、狀一樣。而阻感負(fù)載時(shí)，由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線。圖2-2和圖2-3分別給出了三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載α=00和α=300的波形。 </p><p>　　圖2-2 觸發(fā)角為00時(shí)的波形圖</p><p>　　圖2-3 觸發(fā)角為300時(shí)的波形圖</p><p>　　當(dāng)α＞600時(shí)，阻感負(fù)載時(shí)的工

17、作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同，電阻負(fù)載時(shí)ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分，而阻感負(fù)載時(shí)，由于電感L的作用，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。圖2-4給出了α=900時(shí)的波形。若電感L值足夠大，ud中正負(fù)面積將基本相等，ud平均值近似為零。這說(shuō)明，帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的α角移相范圍為900。</p><p>　　圖2-4 觸發(fā)角為900時(shí)的波形圖</p><p><b>　　3 觸發(fā)電

18、路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)目的 </p><p>　　要使晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通，必須施加觸發(fā)脈沖，在晶閘管觸發(fā)電路中必須有觸發(fā)電路，觸發(fā)電路性能的好壞直接影響晶閘管電路工作的可靠性，也影響系統(tǒng)的控制精度，正確設(shè)計(jì)觸發(fā)電路是晶閘管電路應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　3.2 設(shè)計(jì)的任務(wù)指標(biāo)及要求</p><p

19、>　　1 輸入電壓：直流+15V,-15V.</p><p>　　2 交流同步電壓：20V.</p><p>　　3 移相電壓：0 - 10 V.</p><p>　　4移相范圍：大于等于170度.</p><p>　　5對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算元器件參數(shù).</p><p>　　3.3觸發(fā)電路設(shè)計(jì)方案的選擇</

20、p><p>　　3.3.1 可供選擇的方案種類</p><p>　　1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路</p><p>　　2 正弦波同步觸發(fā)電路</p><p>　　3 鋸齒波同步觸發(fā)電路</p><p><b>　　4 集成觸發(fā)電路</b></p><p>　　3.3.2 方案選擇的論

21、證</p><p>　　1 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路：脈沖寬度窄，輸出功率小，控制線性度差；移相范圍一般小于180度，電路參數(shù)差異大，在多相電路中使用不易一致，不付加放大環(huán)節(jié)。適用范圍：可觸發(fā)50A以下的晶閘管，常用于要求不高的小功率單相或三相半波電路中，但在大電感負(fù)載中不易采用。</p><p>　　2 正弦波同步觸發(fā)電路：由于同步信號(hào)為正弦波，故受電網(wǎng)電壓的波動(dòng)及干擾影響大，實(shí)際移相范圍只

22、有150度左右。適用范圍：不適用于電網(wǎng)電 壓波動(dòng)較大的晶閘管裝置中。</p><p>　　3 鋸齒波同步觸發(fā)電路：它不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)與波形畸變的直接影響，抗干擾能力強(qiáng)，移相范圍寬，具有強(qiáng)觸發(fā)，雙脈沖和脈沖封鎖等環(huán)節(jié)，可觸發(fā)200A的晶閘管。適用范圍：在大眾中容量晶閘管裝置中得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　4 集成觸發(fā)電路：移相范圍小于180度，為保證觸發(fā)脈沖的對(duì)稱度，要求交流電網(wǎng)

23、波形畸變率小于5%。適用范圍：應(yīng)用于各種晶閘管。</p><p>　　根據(jù)晶閘管觸發(fā)電路設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求決定采用鋸齒波同步觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.4鋸齒波同步移相觸發(fā)電路</p><p>　　3.4.1鋸齒波形成和同步移相控制環(huán)節(jié)</p><p><b>　　圖 3-1</b></p&

24、gt;<p>　　鋸齒波同步移相的原理是利用受正弦同步信號(hào)電壓控制的鋸齒波電壓作為同步電壓，再與直流控制電壓與直流偏移電壓組成并聯(lián)控制，進(jìn)行電流疊加，去控制晶體管的截止與飽和導(dǎo)通來(lái)實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　圖3-1所示為恒流源電路方案，由、、和等無(wú)件組成，其中、、和為一恒流源電路。</p><p>　　當(dāng)截止時(shí)，恒流源電流對(duì)電容充電，所以兩端電壓為</p>

25、<p><b>　　==</b></p><p>　　按線性增長(zhǎng)，即的基極電位按線性增攻。調(diào)節(jié)電位器，即改變的恒定充電流，可見(jiàn)是用來(lái)調(diào)節(jié)鋸齒波斜率的。當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，由于阻值很小，所以迅速放電，使電位迅速降到零伏附近周期性的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，便形成了一個(gè)鋸齒波，同樣也是鋸齒波電壓，如圖3-1所示。射極跟隨器的作用是減小控制回路的電流對(duì)鋸齒波電壓的影響。</p><p>

26、;　　管的基極電位由鋸齒波電壓、直流控制電壓,直流偏移電壓三個(gè)電壓作用的疊加值所確定，它們分別通過(guò)電阻和與基極相接。</p><p>　　設(shè)為鋸齒波電壓?jiǎn)为?dú)作用在基極時(shí)的電壓，其值為</p><p><b>　　=</b></p><p>　　可見(jiàn)仍為一鋸齒波，但斜率比低。同理偏移電壓?jiǎn)为?dú)作用時(shí)的電壓為：</p><p>

27、;　　可見(jiàn)仍為一條與平行的直線，但絕對(duì)值比小。</p><p>　　直流控制電壓?jiǎn)为?dú)作用時(shí)的電壓為：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　可見(jiàn)仍為與平行的一直線，但絕對(duì)值比小。</p><p>　　如果=0,為負(fù)值時(shí),點(diǎn)的波形由確定。當(dāng)為正值時(shí)，點(diǎn)的波形由確定。由于的存在，上述電壓波形與實(shí)際波形有

28、出入，當(dāng)點(diǎn)電壓等于0.7V后，導(dǎo)通。之后一直被鉗位在0.7V。圖中M點(diǎn)是由截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。由前面分析可知經(jīng)過(guò)M點(diǎn)時(shí)使電路輸出脈沖。因此當(dāng)為固定值時(shí),改變便可改變M點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo)，即改變了脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻，脈沖被移相。可見(jiàn)，加的目的是為了確定控制電壓=0時(shí)脈沖的初始相位。當(dāng)接阻感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)三項(xiàng)全控橋的脈沖初始相位應(yīng)定在=90度;如果是可逆系統(tǒng)，需要在整流和逆變狀態(tài)下工作，這時(shí)要求脈沖的移相范圍理論上為180度，由于鋸齒波波形兩端的非線

29、性，因而要求鋸齒波的寬度大于180度，例如240度，此時(shí)，令=0，調(diào)節(jié)的大小使產(chǎn)生脈沖的M點(diǎn)移至鋸齒波240度地的中央(120度)，對(duì)應(yīng)于=90度的位置。這時(shí)，如為正值，M點(diǎn)就向前移，控制角<90度，晶閘管電路處于整流工作狀態(tài)；如為負(fù)值，M點(diǎn)就向后移，控制角>90度，晶閘管電路處于逆變狀態(tài)。</p><p>　　在鋸齒波同步的觸發(fā)電路中，觸發(fā)電路與主電路的同步是指要求鋸齒波的頻率與主電路電源的頻率相同

30、且相位關(guān)系確定。從圖2-2可知，鋸齒波是由開(kāi)關(guān)管來(lái)控制的。由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波，截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)間就是鋸齒波的寬度，開(kāi)關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率。要使觸發(fā)脈沖與主電路電源同步，使開(kāi)關(guān)的頻率與主電路電源頻率同步就可達(dá)到。如圖2-2中的同步環(huán)節(jié)，是有同步變壓器TS和作同步開(kāi)關(guān)用的晶體管組成的。同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上，用同步變壓器的二次電壓來(lái)控制的通斷作用，這就保證了觸發(fā)脈沖與主電路電源同步。</p><

31、p>　　同步變壓器TS二次電壓經(jīng)二極管間接加在的基極上。當(dāng)二次電壓波形在負(fù)半周的下降段時(shí)，導(dǎo)通，電容被迅速充電。因O點(diǎn)接地為零電位，R點(diǎn)為負(fù)電位，Q點(diǎn)電位與R點(diǎn)相近，故在這一階段基極為反向偏置，截止。在負(fù)半周的上升段，+電源通過(guò)給電容反向充電,為電容反向充電波形，其上升速度比波形慢，故截止，如圖2-5所示。當(dāng)Q點(diǎn)電位達(dá)1.4V時(shí)，導(dǎo)通，Q點(diǎn)電位被鉗位在1.4V.直到TS二次電壓的下一個(gè)負(fù)半周到來(lái)時(shí)，重新導(dǎo)通，迅速放電后又被充電，截

32、止。如此周而復(fù)始。在一個(gè)正弦波周期內(nèi)，包括截止和導(dǎo)通兩個(gè)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)鋸齒波波形恰好是一個(gè)周期,與主電路電源頻率和相位完全同步，達(dá)到同步的目的?？梢钥闯?，Q點(diǎn)電位從同步電壓負(fù)半周上升段開(kāi)始時(shí)刻到達(dá)1.4V的時(shí)間越長(zhǎng)，截止時(shí)間就越長(zhǎng)，鋸齒波就越寬。可知鋸齒波的寬度是由充電時(shí)間常數(shù)決定的。</p><p>　　3.4.2脈沖形成，整形放大和輸出環(huán)節(jié)</p><p>　　脈沖形成環(huán)節(jié)由晶閘管、組成，

33、、起脈沖放大作用。控制電壓加在基極上，電路的觸發(fā)脈沖有脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，起一次繞組接在集電極電路中。</p><p>　　當(dāng)控制電壓=0時(shí)，截止。+（+15V）電源通過(guò)供給一個(gè)足夠大的基極電流，使飽和導(dǎo)通，所以的集電極電壓接近于-(-15V)。、處于截止?fàn)顟B(tài)，無(wú)脈沖輸出。另外，電源的+(15V)經(jīng)、發(fā)射結(jié)到-(-15V)，對(duì)電容充電，充滿后電容兩端電壓接近2 (30V),極性如圖3-2所示:</p&

34、gt;<p><b>　　圖 3-2</b></p><p>　　3.4.3 強(qiáng)觸發(fā)和雙脈沖形成環(huán)節(jié)</p><p><b>　　圖 3-3</b></p><p>　　強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)有單相橋式整流獲得近似50V直流電壓作電源，在導(dǎo)通前，50V電源經(jīng)對(duì)充電，N點(diǎn)電位為50V。當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，經(jīng)脈沖變壓器一次側(cè)，與迅速

35、放電，由于放電回路電阻很小，N點(diǎn)電位迅速下降，當(dāng)N點(diǎn)電位下降到14.3V時(shí)，導(dǎo)通，脈沖變壓器TP改由+15V穩(wěn)壓電源供電。這時(shí)雖然50V電源也在向再充電使它電壓回升，但由于充電回路時(shí)間常數(shù)較大，N點(diǎn)電位只能被15V電源鉗位在14.3V。電容的作用是為了提高強(qiáng)觸發(fā)脈沖前沿。</p><p>　　如圖3-3中、兩個(gè)晶體管構(gòu)成一個(gè)“或”門。當(dāng)、都導(dǎo)通時(shí),約為-15V，使、都截止，沒(méi)有脈沖輸出。但只要、中有一個(gè)截止，都會(huì)

36、使變?yōu)檎妷?，使、?dǎo)通，就有脈沖輸出。所以只要用適當(dāng)?shù)男盘?hào)來(lái)控制或的截止（前后間隔60度），就可以產(chǎn)生符合要求的雙脈沖。其中，第一個(gè)脈沖有本相觸發(fā)單元的對(duì)應(yīng)的控制角所產(chǎn)生，使由截止變?yōu)閷?dǎo)通造成瞬間截止，于是輸出脈沖。相隔60度的第二個(gè)脈沖是由滯后60度相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生，在其生成第一個(gè)脈沖時(shí)刻將其信號(hào)引至本相觸發(fā)單元的基極，使瞬時(shí)截止，與是本相觸發(fā)單元的管又導(dǎo)通，第二次輸出一個(gè)脈沖，因而得到間隔60度的雙脈沖。其中和的作用，主要是

37、防止雙脈沖信號(hào)相互干擾。</p><p>　　4 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了保護(hù)設(shè)備安全，必須設(shè)置保護(hù)電路。保護(hù)電路包括過(guò)電流與過(guò)電流保護(hù)，大致可以分為兩種情況：一種是在適當(dāng)?shù)牡胤桨惭b保護(hù)器件，例如R-C阻容吸收回路、限流電感、快速熔斷器等；另一種則是采用電子保護(hù)電路，檢測(cè)設(shè)備的輸出電壓或輸入電流，當(dāng)輸出電壓或輸入電流超過(guò)允許值時(shí)，借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋短時(shí)內(nèi)工作于有

38、源逆變工作狀態(tài)，從而抑制過(guò)電壓或過(guò)電流的數(shù)值。</p><p>　　本例中設(shè)計(jì)的三相橋式全控整流電路為大功率裝置，故考慮第一種保護(hù)方案，分別對(duì)晶閘管、交流側(cè)、直流側(cè)進(jìn)行保護(hù)設(shè)電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　　4.1 晶閘管的保護(hù)電路</p><p>　?、拧⒕чl管的過(guò)電流保護(hù)：過(guò)電流可分為過(guò)載和短路兩種情況，可采用多種保護(hù)措施。對(duì)于晶閘管初開(kāi)通時(shí)引起的較大的di/d

39、t，可在晶閘管的陽(yáng)極回路串聯(lián)入電感進(jìn)行抑制；對(duì)于整流橋內(nèi)部原因引起的過(guò)流以及逆變器負(fù)載回路接地時(shí)可以采用接入快速熔短器進(jìn)行保護(hù)。</p><p>　?、啤⒕чl管的過(guò)電壓保護(hù)：晶閘管的過(guò)電壓保護(hù)主要考慮換相過(guò)電壓抑制。晶閘管元件在反向阻斷能力恢復(fù)前，將在反向電壓作用下流過(guò)相當(dāng)大的反向恢復(fù)電流。當(dāng)阻斷能力恢復(fù)時(shí)，恢復(fù)電流的電感會(huì)因高電流變化率產(chǎn)生過(guò)電壓，即換相過(guò)電壓。為使元件免受換相過(guò)電壓的危害，一般在元件的兩端并聯(lián)

40、RC電路。</p><p>　　4.2 交流側(cè)保護(hù)電路</p><p>　　晶閘管設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過(guò)電壓和雷擊過(guò)電壓的侵襲，同時(shí)設(shè)備自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過(guò)電壓出現(xiàn)，所以要進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)，可采用如圖4-1所示的反向阻斷式過(guò)電壓抑制RC保護(hù)電路。整流電路正常工作時(shí)，保護(hù)三相橋式整流器輸出端電壓為變壓器次級(jí)電壓的峰值，輸出電流很小，從而減小了保護(hù)元件的發(fā)熱

41、。過(guò)電壓出現(xiàn)時(shí)，該整流橋用于提供吸收過(guò)電壓能量的通路，電容將吸取過(guò)電壓能量轉(zhuǎn)換為電場(chǎng)能量；過(guò)電壓消失后，電容經(jīng) 、 放電，將儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量釋放，逐漸將電壓恢復(fù)到正常值。</p><p>　　圖4-1反向阻斷式過(guò)電壓抑制RC電路</p><p>　　4.3 直流側(cè)阻容保護(hù)電路</p><p>　　直流側(cè)也可能發(fā)生過(guò)電壓，在圖4-2中，當(dāng)快速熔斷器熔斷或直流快速開(kāi)關(guān)切斷

42、時(shí)，因直流側(cè)電抗器釋放儲(chǔ)能，會(huì)在整流器直流輸出端造成過(guò)電壓。另外，由于直流側(cè)快速開(kāi)關(guān)（或熔斷器）切斷負(fù)載電流時(shí)，變壓器釋放的儲(chǔ)能也產(chǎn)生過(guò)電壓，盡管交流側(cè)保護(hù)裝置能適當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)這種過(guò)電壓，仍會(huì)通過(guò)導(dǎo)通的晶閘管反饋到直流側(cè)來(lái)，為此，直流側(cè)也應(yīng)該設(shè)置過(guò)電壓保護(hù)，用于抑制過(guò)電壓。</p><p>　　圖4-2 直流側(cè)阻容保護(hù)</p><p>　　5. 三相橋式整流電路MATLAB仿真</p&g

43、t;<p>　　5.1電路的構(gòu)成及其工作原理</p><p>　　三相橋式全控整流電路原理圖如圖2-1所示。三相橋式全控整流電路是由三相半波可控整流電路演變而來(lái)的，它由三相半波共陰極接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共陽(yáng)極接法(VT1，VT6，VT2)的串聯(lián)組合。</p><p>　　其工作特點(diǎn)是任何時(shí)刻都有不同組別的兩只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，構(gòu)成電流通路，因此為保證電路啟動(dòng)

44、或電流斷續(xù)后能正常導(dǎo)通，必須對(duì)不同組別應(yīng)到導(dǎo)通的一對(duì)晶閘管同時(shí)加觸發(fā)脈沖，所以觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)大于π／3的寬脈沖。寬脈沖觸發(fā)要求觸發(fā)功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以可以采用脈沖列代替雙窄脈沖；每隔π／3換相一次，換相過(guò)程在共陰極組和共陽(yáng)極組輪流進(jìn)行，但只在同一組別中換相。接線圖中晶閘管的編號(hào)方法使每個(gè)周期內(nèi)6個(gè)管子的組合導(dǎo)通順序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；共陰極組T1，T3，T5的脈沖依次相差2π／3；同一相的上下

45、兩個(gè)橋臂，即VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2的脈沖相差π，給分析帶來(lái)了方便；當(dāng)α=O時(shí)，輸出電壓Ud一周期內(nèi)的波形是6個(gè)線電壓的包絡(luò)線。所以輸出脈動(dòng)直流電壓頻率是電源頻率的6倍，比三相半波電路高l倍，脈動(dòng)減小，而且每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路又可稱為6脈動(dòng)整流電路。同理，三相半波整流電路稱為3脈動(dòng)整流電路。α>0時(shí)，Ud的波形出現(xiàn)缺口，隨著α角的增大，缺口增大，輸出電壓平均值降低。當(dāng)α=2π／3時(shí)，輸出電壓為零，所

46、以電阻性負(fù)載時(shí)，α的移相范圍是O～2π／</p><p><b>　　5.2 建模</b></p><p>　　根據(jù)三相橋式全控整流電路的原理可以利用Simulink內(nèi)的模塊建立仿真模型如圖4-2所示，設(shè)置三個(gè)交流電壓源V1，V2，V2相位角依次相差120°，得到整流橋的三相電源。用6個(gè)Thyristor構(gòu)成整流橋，實(shí)現(xiàn)交流電壓到直流電壓的轉(zhuǎn)換。6個(gè)PULS

47、E generator產(chǎn)生整流橋的觸發(fā)脈沖，且從上到下分別給1～6號(hào)晶閘管觸發(fā)脈沖</p><p><b>　　圖5-1</b></p><p><b>　　5.3參數(shù)的設(shè)置</b></p><p>　　三相電源的相位互差120°，交流峰值電壓為159.55V，頻率為50 Hz。晶閘管的參數(shù)為：Rn=O．001

48、Ω，Lon=0．000 1 H，Vf=0 V，Rs=50 Ω，Cs=250×10-9。</p><p>　　負(fù)載電阻性設(shè)R=0.18 Ω，電感性負(fù)載設(shè)L=7.31mH。脈沖發(fā)生器脈沖寬度設(shè)置為脈寬的20 ％，脈沖高度為5 V，脈沖周期為0.02 s，脈沖移相角隨著控制角的變化對(duì)“相位角延遲”進(jìn)行設(shè)置。</p><p>　　（1）三相電源的設(shè)置情況</p><p

49、>　　三相電源的相位互差120°，V1為0°，V2為-120°，V3為120°，頻率為50HZ，電壓峰值為159.55V。</p><p>　?。?）脈沖的仿真情況</p><p>　　根據(jù)觸發(fā)角為0°，所以晶閘管VT1，VT3，VT5，VT4，VT6，VT2的延遲時(shí)間分別為0.00166s，0.00833s，0.015s，0.011

50、66s，0.01833s，0.025s</p><p><b>　　5.4仿真結(jié)果</b></p><p>　　以下為觸發(fā)角為30°時(shí)的仿真結(jié)果：</p><p>　　圖5-2 輸入電壓波形</p><p>　　圖5-3 觸發(fā)脈沖波形</p><p>　　圖5-4 輸出電壓波形</

51、p><p>　　圖5-5 晶閘管承受電壓波形</p><p><b>　　5.5仿真結(jié)果分析</b></p><p>　　由前面的理論分析知道，當(dāng)α≤60°時(shí)，波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。區(qū)別在于負(fù)載不同時(shí)，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電

52、流 波形不同，電阻負(fù)載時(shí) 波形與 的波形形狀一樣。而阻感負(fù)載時(shí)，由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線。</p><p>　　由仿真結(jié)果可知，當(dāng)α≤60°時(shí)，電壓波形連續(xù)，與理論值相差不大，但由于電感與無(wú)窮大相差甚遠(yuǎn)，所以電流并不是一條直線，而是符合電機(jī)啟動(dòng)電流由零逐漸增大趨于穩(wěn)定。</p><p><b>

53、　　結(jié)論</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)主要對(duì)三相橋式整流電路進(jìn)行設(shè)計(jì)分析和仿真，設(shè)計(jì)主要包括主電路，觸發(fā)電路和保護(hù)電路，對(duì)于主電路采用教材中的經(jīng)典設(shè)計(jì)，分別對(duì)觸發(fā)角為30°60°90°的情況進(jìn)行了理論分析。觸發(fā)電路為查閱相關(guān)資料所得，由于電路較復(fù)雜，并未做較為詳細(xì)的分析，保護(hù)電路亦為查閱資料獲取，但因保護(hù)電路較觸發(fā)電路簡(jiǎn)單故分析方面較為詳細(xì)。針對(duì)觸發(fā)角為30&

54、#176;的情況進(jìn)行了仿真，得到輸出端電壓，電流波形，并與理論分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)形同于不同之處均作了相關(guān)說(shuō)明與分析。最終得到結(jié)論：當(dāng)α≤60°時(shí)，電壓波形連續(xù)，與理論值相差不大，但由于電感與無(wú)窮大相差甚遠(yuǎn)，所以電流并不是一條直線，而是符合電機(jī)啟動(dòng)電流由零逐漸增大趨于穩(wěn)定。</p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　首先，我學(xué)到了不

55、少東西。是我開(kāi)闊了眼界，本次課程設(shè)計(jì)完美結(jié)束。同時(shí)我也意識(shí)到自己的不足，覺(jué)得應(yīng)該好好學(xué)習(xí)，努力增加自己的知識(shí)含量。在設(shè)計(jì)中，我感到自己平時(shí)下功夫太少，以至于書(shū)到用時(shí)方恨少。同時(shí)，我覺(jué)得，一次課程設(shè)計(jì)是我如此疲憊，所以應(yīng)該珍惜學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。</p><p>　　我知道電力電子技術(shù)是一門基礎(chǔ)性和支持很強(qiáng)的技術(shù)，但我真正體會(huì)到這一點(diǎn)卻是在這次課設(shè)的過(guò)程中。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì) ，我對(duì)電力電子技術(shù)這門課有了很深的了解，對(duì)各個(gè)知

56、識(shí)點(diǎn)有個(gè)更好的掌握。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)，我所設(shè)計(jì)的是三相橋式全控整流電路，開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)我遇到了很多的問(wèn)題，使我有種很深的無(wú)助感。好在后來(lái)經(jīng)過(guò)仔細(xì)查閱資料，各類圖書(shū)，以及老師和同學(xué)的幫助，我順利完成了課設(shè)中的任務(wù)。</p><p>　　通過(guò)這次電力電子課程設(shè)計(jì)，讓我明白了課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際動(dòng)手操作的巨大差距，課堂學(xué)習(xí)為動(dòng)手操作提供了不可或缺的理論指導(dǎo)，實(shí)際動(dòng)手操作可以讓自己更好地理解自

57、己所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)，本次課程設(shè)計(jì)中，很多地方用到了課堂上沒(méi)有詳細(xì)講解的內(nèi)容，比如觸發(fā)電路，所以在課設(shè)的過(guò)程中，就需要自己花費(fèi)大量的時(shí)間與精力去查找相關(guān)的資料，弄清楚觸發(fā)電路的原理，雖然過(guò)程比較辛苦，但覺(jué)得自己過(guò)得還是很充實(shí)，畢竟搞清楚了自己曾經(jīng)不清楚的地方，收獲還是很大。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]王兆安、黃俊,電力電子技

58、術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[2]王維平,現(xiàn)代電力電子技術(shù)及應(yīng)用.南京：東南大學(xué)出版社 </p><p>　　[3]葉斌,電力電子應(yīng)用技術(shù)及裝置.北京：鐵道出版社</p><p>　　[4]劉志剛主編.電力電子學(xué).第一版.北京：清華大學(xué)出版社</p><p>　　[5]馬建國(guó),電子系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社[6]王鎖萍