三相桥式整流成品.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流三相桥式整流成品.精品文档.北京电子科技职业学院Beijing Electronic Science and Technology Vocational College毕 业 论 文设计题目题目基于ELWE电力电子 实验项目开发 系 部 自动化系 专 业 机电一体化 班 级 082002班 姓 名 贾贺佳 指导教师 徐美德 2011 年 2 月目 录摘要2绪论2设计目的2设计意义.2第一章 电力电子技术.3第二章 设计总体思路.52.1设计思路52.2 基本原理52.3 基本框图5第三章 单元电路设计63.1 主电路62、晶闸管的选择6（1）

2、晶闸管额定电压的选择6（2）晶闸管额定电流的选择7（2）晶闸管额定电流的选择73.2 触发电路71、触发电路图82、KJ004可控硅移相电路93、KJ041 可控硅移相触发器93.3 保护电路91、晶闸管的过电压保护102、晶闸管的过电流保护10第4章 电路分析与仿真.114.1 带电阻负载电路分析与仿真114.2 带阻感负载电路分析与仿真.12谢词14参考文献15摘要整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，

3、主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路的种类有很多，有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。关键词：整流，变压，触发绪论设计目的1、通过对三相桥式电路的设计,掌握整流电路的工作原理,提高我们的运用科学理论知识能力、工程实践能力2、通过系统建模和仿真，掌握和运用MATLAB/SIMULINK工具分析系统的基本

4、方法。设计意义 电力电子技术无论对改造传统工业（电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等），还是对新建高技术产业（航天、激光、通信、机器人等）和高效利用能源均至关重要。我国目前仍旧是一个发展中的国家，尚处于前工业化阶段，传统产业仍然是我国国民经济的主力军，因此在近期或在较长一段时期内，传统产业的改造和发展将在很大程度上决定着我国经济的发展。而电力、机械、冶金、石油、化工、交通运输是传统产业的重要支柱，这些产业技术水平的高低直接关系到我国工业基础的强弱。毫无疑问，电力电子技术是提高这些产业技术水平的重要手段，它是对我国传统产业实现技术改造、建立自动化工业体系的关键应用技术。下面就电力电子技术在国民经

5、济各部门的应用进行简要讨论。概括起来说，电力电子技术主要应用于电机调速传动、工业供电电源、电力输配电和照明四大方面。自20世纪50年代末开始，电力电子技术在应用需求的推动下迅速发展成一门崭新的技术。可以预见，在21世纪，电力电子技术在现代化社会的建设中的应用将起着重要作用并得到飞跃性的发展。中国是能耗大国，能源利用率很低，而能源储备不足，直流电是一种能够储备的能源，它不仅用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛应用。晶闸管在整流电路中充当一个非常重要的角色，本次设计采用的主要器件就是晶闸管。第一章电力电子技术电

6、力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。现已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养该专业人才中占有重要地位。 电力电子学（Power Electronics）这一名称是在上世纪60年代出现的。1974年，美国的W.Newell用一个倒三角形（如图）对电力电子学进行了描述，认为它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。这一观点被全世

7、界普遍接受。“电力电子学”和“电力电子技术”是分别从学术和工程技术2个不同的角度来称呼的。 一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。此前就已经有用于电力变换的电子技术，所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。70年代后期以门极可关断晶闸管（GTO），电力双极型晶体管（BJT），电力场效应管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件全速发展（全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断），使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发

8、展阶段。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT 可看作MOSFET和BJT的复合）为代表的复合型器件集驱动功率小，开关速度快，通态压降小，在流能力大于一身，性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。为了使电力电子装置的结构紧凑，体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式，后来又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。目前PIC的功率都还较小但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。 利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，有时也称为功率电子技术。一般情况下，它是将一种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。例如，将交流电能变

9、换成直流电能或将直流电能变换成交流电能；将工频电源变换为设备所需频率的电源；在正常交流电源中断时，用逆变器（见电力变流器）将蓄电池的直流电能变换成工频交流电能。应用电力电子技术还能实现非电能与电能之间的转换。例如，利用太阳电池将太阳辐射能转换成电能。与电子技术不同，电力电子技术变换的电能是作为能源而不是作为信息传感的载体。因此人们关注的是所能转换的电功率。 电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半

10、导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅；它的理论基础为半导体物理学；它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。利用这些电路，根据应用对象的不同，组成了各种用途的整机，称为电力电子装置。这些装置常与负载、配套设备等组成一个系统。电子学、电工学、自动控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用。第二章 设计总体思路2.1设计思路三相桥式全控整流电路的功能是将三相交流电能变为直流电

11、能供给直流用电设备。三相桥式全控整流电路可分为三部分电路模块：主电路模块，触发电路模块，保护电路模块。主电路模块，主要由三组两串联晶闸管并联而成。触发电路模块组成为，3个KJ004集成块和1个KJ041集成块，可形成流露双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大。保护电路模块有过电流保护，过电压保护。2.2 基本原理一般变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，晶闸管分共阴极和共阳极。一般1、3、5为共阴极，2、4、6为共阳极。（1）两管同时形成供电回路，其中共阴极和共阳极组各一组，且不能为同一组器件。（2）对脉冲的要求：1）按的顺序，相位依次差60。2）共阴极组、的脉冲依次差120，共阳极组、也依次差

12、1203）同一相的上下两个桥臂，即与、与、与，脉冲相差180（3）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。（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉动，可采取两种方法：一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发（常用）。（5）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2.3 基本框图图2-1第三章 单元电路设计3.1 主电路1、三相桥式全控整流主电路运用的开关器件为晶闸管。晶闸管为半控型器件，其主要控制方式为相控方式，并通过门极控制来使其导通或关断。图3-1为在阻感负载下三相桥式全控整流主电路图。图3-12、晶闸管的选择（1）晶闸管额定电压的选择在整流装置中晶

13、闸管额定参数的选择，注意根据晶闸管整流装置的工作条件，并适当考虑一定的安全余量。晶闸管的额定电压是指断态重复峰值电压和反向重复峰值电压中较小的值。因为晶闸管在不同电路中所承受的峰值电压，考虑电源电压的波动及过电压保护等因素，选用时，额定电压应为事迹所承受的峰值电压UTM的23倍。即： =(23) 式中 晶闸管额定电压，V； 晶闸管实际所承受的峰值电压，V。（2）晶闸管额定电流的选择晶闸管的额定电流是按电流的平均值标定的，它是通态平均电流的1.57倍。即 使用时，要求而定电流大于实际流过晶闸管电流的最大有效值,即 式中 k计算系数，； 电流波形系数，； 负载评价电流； 流过晶闸管的平均电流。由于

14、晶闸管的过载能力差，因而选用晶闸管的值应是实际流过晶闸管电流的最大有效值的1.52倍。即： =（1.52） 由上式可知，若已知的值则可确定的值；反之，若已知 的值，亦可确定的值。晶闸管电流的有效值=0.577晶闸管的额定电流 ）=0.3683.2 触发电路 触发脉冲的宽度应保证晶闸管开关可靠导通（门极电流应大于擎柱电流），触发脉冲应有足够的幅度，不超过门极电压、电流和功率，且在可靠出发区域之内，应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及主电路的电器隔离。晶闸管可控整流电路，通过控制触发角的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角的大小在正确的时刻向

15、电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。大、中功率的交流器广泛应用的是晶闸管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。可靠性高，技术性能好，体积小，功率低，调试方便。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。此外就是采用集成触发产生触发脉冲。KJ004组成分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲分选及脉冲放大几个环节。1、触发电路图图3-22、KJ004可控硅移相电路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移相触发。KJ004KJ004 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。

16、KJ004KJ004 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。3、KJ041 可控硅移相触发器KJ041六路双脉冲形成器是三相全控桥式触发线路中必备的电路,具有双脉冲形成和电子开关控制封锁功能。KJ041电路是脉冲逻辑电路。当把移相触发器的触发脉冲输入到KJ041电器的16端时,由输入二极管完成“或”功能,形成双脉冲,再由T1T6电流放大分六路输出。T7是电子开关,当控制7端接逻辑“0电平时T7截止,各路输出触发脉冲。当控制7端接逻辑“1”电子(+15V)时T7导通,各路无输出触发脉冲。3.3 保护电路我们不可

17、能从根本上消除生产过程中过电压的根源，只能设法将过电压的幅值抑制到安全限度之内，这是过电压保护的基本思想。抑制过电压的方法不外乎三种：用非线性元件限制过电压的幅度，用电阻消耗生产过电压的能力，用储能元件吸收生产过电压的能量。对于非线性元件，不是额定电压小，使用麻烦，就是不宜用于抑制频繁出现过电压的场合。所以我们选用储能元件吸收生产过电压的能量的保护。使用RC吸收电路，这种保护可以把变压器绕组中释放出的电磁能量转化为电容器的电场能量储存起来。由于电容两端电压不能突变，所以能有效的抑制过电压，串联电阻消耗部分产生过电压的能量，并抑制LC回路的震动。图3-31、晶闸管的过电压保护晶闸管的过电压能力比

18、一般的电器元件差，当它承受超过反向击穿电压时，也会被反向击穿而损坏。如果正向超过管子的正向转折电压，会造成晶闸管硬开通，不仅使电路可能出现的过电压，常采用简单有效的过电压保护措施。对于晶闸管的过电压保护可参考主电路的过电压保护，我们使用阻容保护。图3-42、晶闸管的过电流保护在整流中造成晶闸管过电流的主要原因是：电网电压波动太大负载超过允许值，电路中管子误导通以及管子击穿短路等。所以我们要设置保护措施，以避免损害管子。常见的过电流保护有：快速熔断器保护，过电流继电器保护，限流与脉冲移相保护，直流快速开关过电流保护。快速熔断器保护是最有效，使用最广泛的一种措施;快速熔断器的接法有三种：桥臂串快熔

19、，这是一种最直接可靠的保护；交流侧快熔，直流侧快熔，这两种保护接法虽然简单，但保护效果不好。过电流继电器保护中过电流继电器开关时间长（约几百毫秒）只有在短路电流不大时才有用。限流与脉冲移相保护电路保护比较复杂。直流快速开关过电流保护功能好，但造价高，体积大，不宜采用。因此，最佳方案是选用快速熔断器保护，并采用桥串快熔接法。图3-5第4章 电路分析与仿真主电路负载有电阻负载和阻感负载两种。因为电阻为线性负载，其输出电压和电流波形形状应该一致切电压和电流大侠突变显著。电感为储能元件，在阻感负载的情况下，电流突变不明显。下面为用MATLAB对在两种不同负载下的三相全控整流电路电路进行仿真。4.1 带

20、电阻负载电路分析与仿真（1）参数：电源相电压为220V，整流变压器输出为110V相电压，电阻负载，整流器输出电压平均为202.6V。（2）参数分析：由整流器输出电压平均值：可得触发角=38（3）仿真模型：因为考虑到变压器漏感对整流电路的影响，所以在设计仿真模型时直接给整流器输入110V的相电压。图4-1（4）仿真波形：分别为整流器交流侧电流波形、输出电压波形、输出电流波形和输出电流平均值波形图4-24.2 带阻感负载电路分析与仿真（1）参数：电源相电压为220V，整流变压器输出为110V相电压，电阻负载，电感触发角。（2）参数分析由整流器输出电压平均值：可得=128.7V（3）仿真模型：因为考

21、虑到变压器漏感对整流电路的影响，所以在设计仿真模型时直接给整流器输入110V的相电压。图4-3（4）仿真波形分别为整流器交流侧电流波形、输出电压波形、输出电流波形和输出电流平均值波形图4-4谢词随着科学技术发展的日新日异，电子技术已经成为当今世界空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的我们来说掌握电子的开发技术是十分重要的。回首这两周的学习和实践，发现自己还是收获颇丰。通过对课题的研究，让自己不只是对本门学科的知识有了更加深刻的印象，课题中涉及到一些我们学过的知识，也有还未曾接触的学科，让我们有机会复习了以前的知识，也主动去了解相关的一些的资料，将不同书本上的知识结合到

22、了一起。然而要完成课题团队的合作也是必不可少的，设计的过程中也遇到了很多问题都是一个人解决不了的，在最初的课题思路的设计中就感觉到课题有一定的难度，觉得无从下手，相关的知识也不知道要怎样融合，所以久久没有开始。之后在老师的指导下，组员们发扬团结协作的精神，分工合作，将问题逐个解决，最后完成了任务。通过本学期对电力电子基础知识学习以及此次为期两周的课程设计，让我们这门学科有了更好的掌握，在实践的过程中，培养我的综合运用所学知识发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼自己的实践能力，也让我体会到了团体合作的重要性。总的来说这个设计还是比较顺利的，在这里要感谢老师的指导，感谢同学们的帮助。正是有了这样一个机会才让我不仅在学识和能力上有了提高，也让同学之间有了好的默契和合作。参考文献1电力电子技术徐德鸿 马皓科技出版社，1998 2王兆安 黄俊电力电子技术（第4版）机械工业出版社，20003浣喜明 姚为正电力电子技术高等教育出版社，20004莫正康电力电子技术应用（第3版）机械工业出版社，20005电气工程和电力电子技术化学工业出版社，20016电力电子学高等教育出版社，19967刘祖润 胡俊达毕业设计指导机械工业出版社，19958刘星平电力电子技术及电力拖动自动控制系统校内，19999. METLAB应用技术 王忠礼 段慧达 高玉峰 清华大学出版社2007