三相全控整流電路課程設(shè)計

1、<p>　　電力電子技術(shù)課程設(shè)計</p><p>　　題目：三相全控整流電路</p><p><b>　　姓名：</b></p><p>　　所在學院：自動化工程學院</p><p>　　專業(yè)：電氣工程及其自動化</p><p><b>　　班級：08級02班</b>

2、;</p><p>　　學號：200806709032</p><p><b>　　指導老師：王選誠</b></p><p>　　完成時間：2010-6-11</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b><

3、/p><p>　　Abstract2</p><p>　　一．設(shè)計任務(wù)及要求2</p><p><b>　　1.1設(shè)計任務(wù)2</b></p><p><b>　　1.2設(shè)計要求2</b></p><p>　　二.方案的比較與論證3</p><p>

4、;　　2.1．單相橋式全控整流3</p><p>　　2.1.1電阻負載3</p><p><b>　　電路分析4</b></p><p><b>　　基本數(shù)量關(guān)系4</b></p><p>　　2.1.2帶阻感負載的工作情況5</p><p><b>　

5、　電路分析5</b></p><p><b>　　◆基本數(shù)量關(guān)系6</b></p><p>　　2.2單相橋式半控整流7</p><p><b>　　電路分析7</b></p><p>　　三．總體電路的功能框圖及其說明8</p><p>　　四．功能塊

6、及單元電路的設(shè)計、計算與說明9</p><p><b>　　4.1整流電路9</b></p><p>　　4.2觸發(fā)電路10</p><p>　　1常見的晶閘管觸發(fā)電路10</p><p>　　2晶閘管的觸發(fā)電路10</p><p><b>　　五．保護電路11</b&

7、gt;</p><p>　　5.1過電流——過載和短路兩種情況11</p><p>　　5.2電力電子裝置可能的過電壓——外因過電壓和內(nèi)因過電壓12</p><p>　　5.3保護措施13</p><p>　　A、避雷器保護13</p><p>　　B、利用非線性過電壓保護元件保護13</p>

8、<p>　　C、利用儲能元件保護13</p><p>　　D、利用引入電壓檢測的電子保護電路作過電壓保護14</p><p>　　5.4.限制du/dt保護措施14</p><p>　　5.5 限制di/dt保護措施15</p><p>　　六．系統(tǒng)的原理電路圖15</p><p>　　6.1所用的

9、全部元器件型號參數(shù)16</p><p><b>　　七設(shè)計體會17</b></p><p><b>　　八．參考文獻17</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文描述了單相橋式可控電路的設(shè)計。。主電路采用晶閘管并聯(lián)的橋式整流，并將直流電傳

10、送到電動機，帶動負載。晶閘管的控制應(yīng)用的是鋸齒波觸發(fā)電路。電路中的保護電路保證了電路工作時各個元件的安全。主電路采用全控橋，保證了各項參數(shù)有較好的精度</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper describes the design of single phase bridge type controlled r

11、ectifier 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 circu

12、it 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.</p><p><b>　　一

13、．設(shè)計任務(wù)及要求</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　?。?）．綜合運用所學知識，進行電力電子電路和系統(tǒng)設(shè)計的能力。</p><p>　　（2）．了解與熟悉常用的電力電子電路的電路拓撲、控制方法。</p><p>　?。?）．理解和掌握常用的電力電子電路及系統(tǒng)的主電路

14、、控制電路和保護電路的設(shè)計方法，掌握元器件的選擇計算方法。</p><p>　?。?）．具有一定的電力電子電路及系統(tǒng)實驗和調(diào)試的能力。</p><p>　?。?）.培養(yǎng)學生綜合分析問題.發(fā)現(xiàn)問題.解決問題的能力.</p><p><b>　　1.2設(shè)計要求</b></p><p>　　1).輸入電壓:22v交流電，50赫

15、茲.</p><p><b>　　(2).輸出功率:</b></p><p>　　(3).用集成電路組成觸發(fā)電路.</p><p>　　(4).負載性質(zhì):電阻.電阻電感.</p><p>　　(5).對電路進行設(shè)計.計算與說明.</p><p>　　(6).計算所有元器件型號參數(shù)</p>

16、;<p>　　二.方案的比較與論證</p><p>　　2.1．單相橋式全控整流</p><p><b>　　2.1.1電阻負載</b></p><p><b>　　電路分析</b></p><p>　　?閘管VT1和VT4組成一對橋臂，VT2和VT3組成另一對橋臂。</p>

17、;<p>　　?在u2正半周（即a點電位高于b點電位） </p><p>　　√若4個晶閘管均不導通，id=0,ud=0,</p><p>　　VT1、VT4串聯(lián)承受電壓u2。</p><p>　　√在觸發(fā)角處給VT1和VT4加觸發(fā)脈沖，VT1和VT4即導通，電流從電源a端經(jīng)VT1、R、VT4流回電源b端。 </p><p>　

18、　?當u2過零時，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，VT1和VT4關(guān)斷。 </p><p>　　?在u2負半周，仍在觸發(fā)角處觸發(fā)VT2和VT3，VT2和VT3導通，電流從電源b端流出，經(jīng)VT3、R、VT2流回電源a端。 </p><p>　　?到u2過零時，電流又降為零，VT2和VT3關(guān)斷。 </p><p><b>　　基本數(shù)量關(guān)系</b></

19、p><p>　　晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為 和 。</p><p><b>　　整流電壓平均值為：</b></p><p>　　α=0時，Ud= Ud0=0.9U2。α=180時，Ud=0。可見，α角的移相范圍為180。</p><p>　　向負載輸出的直流電流平均值為：</p&

20、gt;<p>　　流過晶閘管的電流平均值 ：</p><p>　　流過晶閘管的電流有效值為： </p><p>　　變壓器二次側(cè)電流有效值I2與輸出直流電流有效值I相等，為</p><p>　　由式（3-12）和（3-13）可見：</p><p>　　不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量為S=U2I2</p>&

21、lt;p>　　2.1.2帶阻感負載的工作情況</p><p><b>　　電路分析</b></p><p><b>　　在u2正半周期 </b></p><p>　　觸發(fā)角處給晶閘管VT1和VT4加觸發(fā)脈沖使其開通，ud=u2</p><p>　　負載電感很大，id不能突變且波形近似為一條水平

22、線</p><p>　　u2過零變負時，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id，并不關(guān)斷。 </p><p>　　t=+時刻，觸發(fā)VT2和VT3，VT2和VT3導通，u2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱為換相，亦稱換流。 </p><p><b&g

23、t;　　◆基本數(shù)量關(guān)系</b></p><p>　　?整流電壓平均值為：</p><p>　　當=0時，Ud0=0.9U2。=90時，Ud=0。晶閘管移相范圍為90。</p><p>　　?晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。 </p><p>　　?晶閘管導通角與無關(guān)，均為180，其電流平均值和有效值分別為：

24、 </p><p>　　和 。 </p><p>　　?變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負各180的矩形波，其相位由角決定，有效值I2=Id</p><p>　　2.2單相橋式半控整流</p><p><b>　　電路分析</b></p><

25、p>　　每一個導電回路由1個晶閘管和1個二極管構(gòu)成。</p><p>　　在u2正半周，處觸發(fā)VT1，u2經(jīng)VT1和VD4向負載供電。</p><p>　　u2過零變負時，因電感作用使電流連續(xù)，VT1繼續(xù)導通，但因a點電位低于b點電位，電流是由VT1和VD2續(xù)流 ，ud=0。</p><p>　　在u2負半周，處觸發(fā)觸發(fā)VT3，向VT1加反壓使之關(guān)斷，u2經(jīng)V

26、T3和VD2向負載供電。</p><p>　　u2過零變正時，VD4導通，VD2關(guān)斷。VT3和VD4續(xù)流，ud又為零。</p><p>　　與全控橋式相似，假設(shè)負載中電感很大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài)，在U2正半周，觸發(fā)角α處給晶閘管VT1加觸發(fā)脈沖，u2經(jīng)VT1和VT4向負載供電，u2過零變負時，因電感作用使電流連續(xù)，VT1繼續(xù)導通但因a點電位低于b點，使得電流從VD4轉(zhuǎn)移至VD2，VD4，關(guān)

27、斷，電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由VD1和VD2續(xù)流。此階段，忽略器件的通態(tài)壓降，則ud=0,不想全控橋電路那樣出現(xiàn)ud為負的情況</p><p>　　在u2負半周觸發(fā)角α時刻觸發(fā)VT3，VT3導通，則像VT1加反向電壓使之關(guān)斷，u2經(jīng)VT3和VD2向負載供電。U2過零變正時，VD4導通，VD2關(guān)斷，VT3和VD4續(xù)流，ud又為零。此后重復(fù)以上過程</p><p>　　在實際應(yīng)用中需加

28、續(xù)流二極管若無續(xù)流二極管，則當突然增大至180或觸發(fā)脈沖丟失時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導通而兩個二極管輪流導通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期ud為零，其平均值保持恒定，相當于單相半波不可控整流電路時的波形，稱為失控。 </p><p>　　?有續(xù)流二極管VDR時，續(xù)流過程由VDR完成，避免了失控的現(xiàn)象。</p><p>　　?續(xù)流期間導電回路中只有一個管壓降，少

29、了一個管壓降，有利于降低損耗。 </p><p>　　綜合比較：單相全控橋式整流電路具有輸出電流較小，功率因數(shù)高，變壓器二次電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器的利用率高的優(yōu)點。</p><p>　　三．總體電路的功能框圖及其說明</p><p>　　交流市電經(jīng)過變壓得到</p><p>　　四．功能塊及單元電路的設(shè)計、計算與說

30、明</p><p><b>　　4.1整流電路</b></p><p><b>　　整流電壓平均值為：</b></p><p>　　當=0時，Ud0=0.9U2。=90時，Ud=0。晶閘管移相范圍為90。</p><p>　　晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。 </p>&

31、lt;p>　　晶閘管導通角與無關(guān)，均為180，其電流平均值和有效值分別為： </p><p>　　和 。 </p><p>　　變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負各180的矩形波，其相位由角決定，有效值I2=Id。 </p><p><b>　　4.2觸發(fā)電路</b><

32、/p><p>　　1常見的晶閘管觸發(fā)電路 </p><p>　　◆由V1、V2構(gòu)成的脈沖放大環(huán)節(jié)和脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成的脈沖輸出環(huán)節(jié)兩部分組成。</p><p>　　◆當V1、V2導通時，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。</p><p>　　◆VD1和R3是為了V1、V2由導通變?yōu)榻刂箷r脈沖變壓器TM釋放其儲存的能量而

33、設(shè)的。 </p><p>　　◆為了獲得觸發(fā)脈沖波形中的強脈沖部分，還需適當附加其它電路環(huán)節(jié)。 </p><p>　　2晶閘管的觸發(fā)電路 </p><p>　　◆作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉(zhuǎn)為導通。</p><p>　　◆晶閘管觸發(fā)電路往往還包括對其觸發(fā)時刻進行控制的相位控制電路。</p>&

34、lt;p>　　◆觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求</p><p>　　?觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導通，比如對感性和反電動勢負載的變流器應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。</p><p>　　?觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，對戶外寒冷場合，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流的3~5倍，脈沖前沿的陡度也需增加，一般需達1~2A/s。</p><p>　　?觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管

35、門極的電壓、電流和功率定額，且在門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。</p><p>　　?應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。 </p><p>　?。▎谓Y(jié)晶體管觸發(fā)電路）</p><p><b>　　。 </b></p><p><b>　　五．保護電路</b></p>

36、<p>　　5.1過電流——過載和短路兩種情況</p><p><b>　　保護措施：</b></p><p>　　過電流保護措施及其配置位置</p><p>　　*同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性。</p><p>　　*電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分 區(qū)段的保護，

37、直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定在過載時動作。</p><p>　　*全保護：過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合。</p><p>　　*短路保護：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護作用</p><p>　　5.2電力電子裝置可能的過電壓——外因過電壓和內(nèi)因過電壓</p><p>　　

38、外因過電壓：主要來自雷擊和系統(tǒng)操作過程等外因</p><p>　　操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起</p><p>　　雷擊過電壓：由雷擊引起</p><p>　　內(nèi)因過電壓：主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程</p><p>　　換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后，反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感

39、應(yīng)出過電壓。</p><p>　　關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。 </p><p><b>　　5.3保護措施</b></p><p><b>　　A、避雷器保護</b></p><p>　　B、利用非線性過電壓保護元件保護</p>

40、;<p>　　C、利用儲能元件保護</p><p>　　D、利用引入電壓檢測的電子保護電路作過電壓保護</p><p>　　5.4.限制du/dt保護措施</p><p>　　(1) 產(chǎn)生電壓上升率du／dt的原因</p><p>　　由電網(wǎng)侵入的過電壓。</p><p>　　由于晶閘管換相時造

41、成的du／dt過大。</p><p>　　(2) 電壓上升率du／dt的限制方法</p><p>　　在晶閘管兩端并聯(lián)一個RC或RCD吸收電路</p><p>　　5.5 限制di/dt保護措施</p><p>　　(1) 變換器中產(chǎn)生過大的di／dt 的原因</p><p>　　在晶閘管開通時，與晶閘管并聯(lián)

42、的阻容保護中的電容突然向晶閘管放電。</p><p>　　交流電源通過晶閘管向直流側(cè)保護電容放電。</p><p>　　直流側(cè)負載突然短路。</p><p>　　(2) 電流上升率di／dt的限制方法</p><p>　　在阻容保護中選擇合適的電阻。</p><p>　　在每個橋臂上與晶閘管串聯(lián)一個約幾到幾十微亨的小電

43、感。</p><p>　　六．系統(tǒng)的原理電路圖</p><p>　　6.1所用的全部元器件型號參數(shù)</p><p>　　電動機型號為Z2-11，額定功率：0.4KW 額定電壓：220v 額定電流：2.68A</p><p>　　晶閘型號：KK350 額定電壓：350V</p><p>　　電容型號：CZ32

44、D33μ </p><p>　　熔斷器型號：HC150</p><p><b>　　七設(shè)計體會</b></p><p>　　又有了這個機會，自己動手，自己動腦，查資料，用CAD繪圖，自己策劃做課程設(shè)計。每次課程設(shè)計都能使自己提高不少，這次也不例外。通過對單相橋式可控整流電路的研究，更了解了整流電路的線路、原理，知道了許多觸發(fā)電路，加深了對觸發(fā)

45、電路的功能了解，還要保護電路，認識保護電路的重要，并對其深入了研究。其次，我還學習了電氣CAD,雖不很專業(yè)，但也了解不少，對word文檔也復(fù)習了一遍，更深層的理解了。在課程設(shè)計中，我們分組合作，真正體會到團隊的力量，一個團隊絕不是個人的事，合作很重要。最后，非常感謝那些無私的將資料共享的朋友們，最重要的是老師和同學的幫助，是我在這次設(shè)計中學到很多</p><p><b>　　八．參考文獻</b&g