三相桥式全控整流电路设计课程设计.docx

三相桥式全控整流电路设计课程设计 电力电子学课程设计说明书 题目： 三相桥式全控整流电路的设计 学生姓名 学号 专业 电气工程及其自动化 班级 指导老师 完成时间 2013 摘 要 整流电路技术在工业生产上应用极广，整流电路就是把沟通电能转换为直流电能的电路。本文主要介绍三相桥式全控整流电路的主电路和触发电路的原理及限制电路图,由工频三相电压380V经升压变压器后由SCR(可控硅)再整流为直流供负载用。但是由于工艺要求大功率,大电流,高电压,因此限制比较困难,特殊是触发电路部分必需一一对应,否则输出的电压波动大甚至还有可能短路造成设备损坏。 本电路图主要由芯片C8051-F020微限制器来限制并在不同的时刻发出不同的脉冲信号去限制6个SCR。在负载端取出整流电压,负载电流到C8051-F020模拟口,然后由MCU处理后发出信号限制SCR的导通角的大小。在本课题设计开发过程中,我们运用KEIL-C开发软件,C8051开发系统及PROTEL-99,并最终实现电路改造设计,并达到预期的效果。关键字：KEIL-C；电力电子；三相；整流； 目 录 摘要2 第一章 课程设计要求 4 其次章 主电路的设计及定量分析4 2.1 主电路设计4 2.3 参数分析6 第三章 爱护电路的设计7 3.1 晶闸管的过电压爱护7 3.2 晶闸管的过电流爱护8 3.3 触发电路与主电路的同步8 第四章 器件参数选择9 第五章 总电路图10 第六章 MATLAB 仿真10 第七章 课程设计体会12 参考文献13 第一章 课程设计要求 1、单相桥式相控整流的设计要求为： 负载为感性负载,L=500mH,R=100欧姆. 2、技术要求: 1)、电源电压：沟通380V/50Hz 2)、整流功率：1KW 按课程设计指导书供应的课题，依据基本要求及参数独立完成设计。 其次章 课程设计方案的选择及分析 2.1 整个设计主要分为主电路、触发电路、爱护电路三个部分。 电源 三相桥式全控整流电路 直流电动机 同步电路 集成触发器 触发信号 触发模块 图1-1 三相桥式全控整流电路结构图 三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电（即用于直流电机传动），下面主要分析阻感负载时的状况，因为带反电动势阻感负载的状况，与带阻感负载的状况基本相同。 当60度时，ud波形连续，电路的工作状况与带电阻负载时非常相像，各晶闸管的通断状况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区分在于负载不同时，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 ud 波形与 id 的波形形态一样。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。图2-2和图2-3分别给出了三相桥式全控整流电路带阻感负载=0度和=30度的波形。 图2-2中除给出ud波形和id波形外，还给出了晶闸管VT1电流 iVT1 的波形，可与带电阻负载时的状况进行比较。由波形图可见，在晶闸管VT1导通段，iVT1波形由负载电流 id 波形确定，和ud波形不同。 图2-3中除给出ud波形和 id 波形外，还给出了变压器二次侧a相电流 ia 的波形，在此不做详细分析。 图2-2 触发角为0度时的波形图 图2-3 触发角为30时的波形图 当60度时，阻感负载时的工作状况与电阻负载时不同，电阻负载时ud波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感L的作用，ud波形会出现负的部分。图2-4给出了=90度时的波形。若电感L值足够大，ud中正负面积将基本相等，ud平均值近似为零。这说明，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的角移相范围为90度。 图2-4 触发角为90时的波形图 2.2定量分析 在以上的分析中已经说明，整流输出的波形在一周期内脉动6次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉波（即1/6周期）进行计算即可。此外，以线电压的过零点为时间坐标的零点，于是可得当整流输出电压连续时（即带阻感负载60o时）的平均值为 电阻负载且>60o时，整流电压平均值为 输出电流平均值为Id = Ud/R。 当整流变压器为图1中所示采纳星形联结，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图7中所示，为正负半周各宽120o、前沿相差180o的矩形波，其有效值为 晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一样。 晶闸管的参数：（1）电压额定：晶闸管在三相桥式全控整流过程中承受的峰值电压Utn=U2考虑平安裕量，一般晶闸管的额定电压为工作时所承受峰值电压的23倍。即 U额=(23)Utn 。 依据要求，输出功率为1kw，负载电阻为100欧姆，志向变压器二次侧电压U2=330，所以晶闸管的额定电压U额=(23)U2=(23)×330. （2）电流额定：通态平均电流IVT(AV)=0.368Id，Id=Ud/R, Ud=2.34 U2.考虑平安裕量，应选用的通态平均电流为计算的（1.52）倍。计算得IVT(AV)=2.45A. （3）对于晶闸管我们选用可关断晶闸管CTO。它是具有门极正信号触发导通和门极负信号关断的全控型电力电子器件。她既具有一般晶闸管耐压高、电流大的特点，同时又具有GTR可关断的优点。 （4）总上述，我们选用国产50A GTO。参数如下.选用电阻20欧姆。正向阻断电压:10001500,受反压，阳极可关断电流：30、50A擎柱电流0.52.5正向触发电流：200800MA，反向关断电流：610A，开通时间：<6us,m关断时间:<10us,工作频率：<3KHz,允许du/dt>500V/us,允许di/dt>100A/us,正管压降24V关断增益： （5）整流变压器的参数：许多状况下晶闸管整流装置所要求的变流供电压与电网电压往往不能一样，同时又为了削减电网与整流装置的相互干扰，可配置整流变压器。我们假设变压器是志向的。U2=Ud/2.3485.5V.所以变压器的匝数比为380/85.5=760/171.变压器一、二次容量为S2=3 U2I2=3*85.5*0.816Id。 第三章 爱护电路的设计 3.1 晶闸管的过电压爱护 晶闸管的过电压实力较差，当它承受超过反向击穿电压时，会被反向击穿而损坏。假如正向电压超过管子的正向转折电压，会造成晶闸管硬开通，不仅使电路工作失常，且多次硬开关也会损坏管子。因此必需抑制晶闸管可能出现的过电压，常采纳简洁有效的过电压爱护措施。 对于晶闸管的过电压爱护可参考主电路的过电压爱护，我们运用阻容爱护，电路图如图4 图4 3.2. 晶闸管的过电流爱护 常见的过电流爱护有：快速熔断器爱护，过电流继电器爱护，直流快速开关过电流爱护。 快速熔断器爱护是最有效的爱护措施；过电流继电器爱护中过电流继电器开关时间长（只有在短路电流不大时才有用；直流快速开关过电流爱护功能很好，但造价高，体积大，不宜采纳。 因此，最佳方案是用快速熔断器爱护。如图5 图5 3.3触发电路与主电路的同步 所谓的同步，就是要求触发脉冲和加于晶闸管的电源电压之间必需保持频率一样和相位固定。为实现这个，利用一个同步变压器，将其一侧接入为主电路供电的电网，其二次侧供应同步电压信号，这样，由同步电压确定的触发脉冲频率与主电路晶闸管电压频率始终保持一样的。再是触发电路的定相，即选择同步电压信号的相位，以保证触发电路相位正确。 第四章 参数的选择 我们选用国产50A GTO。参数如下.选用电阻20欧姆。 正向阻断电压:10001500,受反压，阳极可关断电流：30、50A擎柱电流0.52.5正向触发电流：200800MA，反向关断电流：610A，开通时间：<6us,m关断时间:<10us,工作频率：<3KHz,允许du/dt>500V/us,允许di/dt>100A/us,正管压降24V关断增益：5. 整流变压器的参数：许多状况下晶闸管整流装置所要求的变流供电压与电网电压往往不能一样，同时又为了削减电网与整流装置的相互干扰，可配置整流变压器。我们假设变压器是志向的。U2=Ud/2.3485.5V.所以变压器的匝数比为380/85.5=760/171.变压器一、二次容量为S2=3 U2I2=3*85.5*0.816Id。晶闸管阻容汲取元件参数可按下表所供应的阅历数据选取，电容耐压一般选晶闸管额定电压1.11.5倍。晶闸管额定电流IT(AV)/A 1000 500 200 100 50 20 10 电容C/UF 2 1 0.5 0.25 0.2 0.15 0.1 电阻R/欧姆 2 5 10 20 40 80 100 由题意用电容为0.2UF，电容耐压为900)V;电阻为40欧姆。 对于主电路的爱护，电容C=6I0%S/U2/U2,电阻R2.3 U2* U2 对于晶闸管的过电流爱护，快速熔断器的熔体采纳肯定的银质熔丝，四周充以石英砂填料，构成封闭式熔断器。选择快熔，要考虑一下几点：（1）快熔的额定电压应大于线路正常工作电压；（2）快熔的额定电流应大于或等于内部熔体的额定电流；（3）熔体的额定电流是有效值。依据以上特点，我们选用国产RLS系列的RLS-50快速熔断器。 第五章 总电路图 第六章 MATLAB 仿真 打开仿真参数窗口，选择ode123tb算法，将相对误差设置1e-3，仿真起先时间设置为0，停止时间设置为0.04秒。在下面的仿真图中Ud、Id为负载电压（V）和负载电流（A）。 触发角为0度是的波形 图5-5 触发角为0度时ud、id的波形图 触发角为30度时的波形 图5-6 触发角为30度时ud、id的波形图 触发角为90度时的波形 第七章 体会与心得 本次设计，我所设计的是三相桥式全控整流电路，起先设计时我遇到了许多的问题，特殊是在用MTALAB对整流电路进行仿真时，我有种很深的无助感。好在后来经过细致查阅资料，各类图书，以及老师和同学的帮助，我顺当完成了课设中的任务。我学到了不少东西，是我开阔了眼界，同时我也意识到到自己的不足，觉得应当好好学习，努力增加自己的学问含量。在设计中，我感到自己平常下功夫太少，以至于书到用时方恨少。我觉得，一次课程设计是我如此乏累，所以应当珍惜别人劳动成果。还要感谢教我的老师，没有他们，我这次课程设计无法完成。总之以后要好好学习，更加努力的吸取学问。 参考文献 1 潘湘高. 基于MATLAB的电力电子电路建仿照真方法的探讨. 计算机仿真，第20卷 第5期. 2 薛定宇，陈阳泉.基于MATLABSimulink的系统仿真技术与应用.北京：清华高校出版社，2002. 3 洪乃刚.电力电子和电力拖动限制系统的MATLAB仿真.北京：机械工业出版社，2007. 4 贺益康，潘再平.电力电子技术基础.浙江：浙江高校出版社，2003. 5 李维波.MATLAB在电气工程中的应用.北京：中国电力出版社，2007. 6 郑亚民，蒋保臣.基于Matlab的整流滤波电路的建模与仿真Jl.电子技术，2002.