三相桥式全控整流电路设计(共28页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上 电力电子技术课程设计报告题 目 三相桥式全控整流电路设计 学 院 电子信息工程学院 专 业 自动化 学生姓名 秋凉 学 号 2 年级 10 级 指导教师 一叶 职称 高工 2013年 12 月 31 日三相桥式全控整流电路设计摘要: 电子技术的应用已深入到工农业经济建设,交通运输,空间技术,国防现代化,医疗,环保,和亿万人们日常生活的各个领域,进入21世纪后电力电子技术的应用更加广泛,因此对电力电子技术的研究更为重要。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控制电路图,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。本电
2、路图主要由芯片C8051-F020微控制器来控制并在不同的时刻发出不同的脉冲信号去控制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处理后发出信号控制SCR的导通角的大小。 关键字:电力电子;MCU ;SCR; 导通角;;KEIL-CThree-phase bridge type all control rectifier circuit design Abstract :Application of electronic technology has done a great deal to the agricultural and industrial
3、 economic development, transportation, space technology, the modernization of national defense, health care, environmental protection, and the millions of people in all areas of daily life, after entering the 21st century, more widespread application of power electronics, power electronics research
4、was more important. This article introduces three phase full-controlled rectifier circuit principle and control of main circuit and trigger circuit circuit after step-up transformer, the power frequency voltage of 380V three-phase SCR (Silicon controlled rectifier) rectifier to DC for the load. The
5、circuit diagram is mainly controlled by a micro-controller chip C8051-F020 and at different moments of the pulse control 6 SCR. Remove the rectifier voltage on the load side, load current to C8051-F020 analog, then signals after processed by MCU controlling the size of SCRs breakover angleKey words
6、:Power electronics; MCU; SCR; conduction angle; KEIL-C目录课程设计题目:三相桥式全控整流电路设计学生姓名:秋凉设计报告成绩 (按照优、良、中、及格、不及格评定)指导教师评语:指导教师(签名) 年 月 日说明:指导教师评分后,设计报告交院实验室保存。专心-专注-专业课程设计题目:运动控制工程综合项目设计学生姓名:秋凉设计报告成绩 (按照优、良、中、及格、不及格评定)指导教师评语:指导教师(签名) 年 月 日说明:指导教师评分后,设计报告交院实验室保存。 绪论目前,各类电力电子变换器的输入整流电路输入功率级一般采用不可控整流或相控整流电路。这类
7、整流电路结构简单,控制技术成熟,但交流侧输入功率因数低,并向电网注入大量的谐波电流。据估计,在发达国家有60%的电能经过变换后才使用,而这个数字在本世纪初达到95%。电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计,发达国家在用户最终使用的电能中,有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中,电力电子技术是关键技术之一。可以毫不夸张地说,如果离开电力电子技术,电力系统的现代化就是不可想象的。而电能的传输中,直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势,其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设
8、备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源,现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在各种电子装置中,以前大量采用线性稳压电源供电,由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高,现在已逐渐取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源,所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。近年发展起来的柔性交流输电(FACTS)也是依靠电力电子装置才得以实现的。随着社会生产和科学技术的发展,整流电路在自动控制系统、测量系统和发电机励磁系统等领域的应用日益广泛。常用的三相整流电路有三相桥式不可控整流电路、三相桥式半控整
9、流电路和三相桥式全控整流电路,由于整流电路涉及到交流信号、直流信号以及触发信号,同时包含晶闸管、等元件,采用常规电路分析方法显得相当繁琐,高压情况下实验也难顺利进行。提供的可视化仿真工具Simulink可直接建立电路仿真模型,随意改变仿真参数,并且立即可得到任意的仿真结果,直观性强,进一步省去了编程的步骤。本文利用Simulink对三相桥式全控整流电路进行建模,对不同控制角、桥故障情况下进行了仿真分析,既进一步加深了三相桥式全控整流电路的理论,同时也为现代电力实验教学奠定良好的实验基础。 1 原理及方案三相桥式全控整流电路系统通过变压器与电网连接,经过变压器的耦合,晶闸管主电路得到一个合适的输
10、入电压,使晶闸管在较大的功率因数下运行。变流主电路和电网之间用变压器隔离,还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分。保护电路采用RC过电压抑制电路进行过电压保护,利用快速熔断器进行过电流保护。采用锯齿波同步KJ004集成触发电路,利用一个同步变压器对触发电路定相,保证触发电路和主电路频率一致,触发晶闸管,使三相全控桥将交流整流成直流,带动直流电动机运转。结构框图如图1-1所示。整个设计主要分为主电路、触发电路、保护电路三个部分。框图中没有表明保护电路。当接通电源时,三相桥式全控整流电路主电路通电,同时通过同步电路连接的集成触发电路也通电工作,形成触发脉冲,使主电路中晶闸管触发导通工作,经过整流后的
11、直流电通给直流电动机,使之工作。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2 主电路的设计及器件选择实验参数设定负载为220V、305A的直流电机,采用三相整流电路,交流测由三相电源供电,设计要求选用三相桥式全控整流电路供电,主电路采用三相全控桥。2.1 三相全控桥的工作原理如图2-1所示,为三相桥式全控带阻感负载,根据要求要考虑电动机的电枢电感与电枢电阻,故为阻感负载。习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管称为共阴极组;阳极连接在一起的3个晶闸管称为共阳极组。共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5
12、, 共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。晶闸管的导通顺序为 VT1VT2VT3VT4VT5VT6。变压器为型接法。变压器二次侧接成星形得到零线,而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网图2-1 三相桥式全控整流电路带电动机(阻感)负载原理图2.1.1 三相全控桥的工作特点 2个晶闸管同时通形成供电回路,其中共阴极组和共阳极组 各1个,且不能为同1相器件。 对触发脉冲的要求:按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序,相位依次差60。共阴极 组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120。共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下两个
13、桥臂,即VT1与VT4,VT3与VT6, VT5与VT2,脉冲相差180。 ud一周期脉动6次,每次脉动的波形都一样, 故该电路为6脉波整流电路。 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同,晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。2.1.2 阻感负载时的波形分析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情况,因为带反电动势阻感负载的情况,与带阻感负载的情况基本相同。 当60度时,ud波形连续,电路的工作情况与带电阻负载时十分相似,各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于负载不同时,同样的整流输
14、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 的波形形状一样。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情况进行比较。由波形图可见,在晶闸管VT1导通段,iVT1波形由负载电流 id 波形决定,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,在此不做具体分
15、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,阻感负载时的工作情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 参数计算2.2.1 整流变压器的选择由系统要求可知,整流变压器一、二次线电压分别为380V和220V,由变压器为接法可知变压器二次侧相电压为: (公式1) 变比为: (公式2变压器一次和
16、二次侧的相电流计算公式为: 公式3 公式4而在三相桥式全控中 公式5 公式6所以变压器的容量分别如下:变压器次级容量为: 公式7变压器初级容量为: 公式8变压器容量为: 公式9即:变压器参数归纳如下:初级绕组三角形接法,;次级绕组星形接法,;容量选择为9.46989kW。2.2.2 晶闸管的选择 晶闸管的额定电压由三相全控桥式整流电路的波形(图2-4)分析知,晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值 公式10故桥臂的工作电压幅值为: 公式11 考虑裕量,则额定电压为: 公式12 晶闸管的额定电流晶闸管电流的有效值为: 公式13考虑裕量,故晶闸管的额定电流为:公式142.2.3 平波电
17、抗器的选择为了限制输出电流脉动和保证最小负载电流时电流连续,整流器电路中常要串联平波电抗器。对于三相桥式全控整流电路带电动机负载系统,有: 公式15其中, (单位为mH)中包括整流变压器的漏电感、电枢电感和平波电抗器的电感。由题目要求:当负载电流降至20A时电流仍连续。所以取20A。所以有: 公式163 触发电路设计控制晶闸管的导通时间需要触发脉冲,常用的触发电路有单结晶体管触发电路,设计利用KJ004构成的集成触发器实现产生同步信号为锯齿波的触发电路。3.1 集成触发电路本系统中选择模拟集成触发电路KJ004,KJ004可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中,作可控硅的双路脉冲
18、移相触发。KJ004器件输出两路相差180度的移相脉冲,可以方便地构成全控桥式触发器线路。KJ004电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低,有脉冲列调制输出端等功能与特点。原理图如下:图3-1 KJ004的电路原理图3.2 KJ004的工作原理如图3-1 KJ004的电路原理图所示,点划框内为KJ004的集成电路部分,它与分立元件的同步信号为锯齿波的触发电路相似。V1V4等组成同步环节,同步电压uS经限流电阻R20加到V1、V2基极。在uS的正半周,V1导通,电流途径为(+15VR3VD1V1地);在uS负半周,V2、V3导通,电流途径为(+
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