毕业设计-三相桥式全控整流电路.doc
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1、分类号 编号烟 台 大 学毕 业 论 文(设 计)三相桥式全控整流电路设计The design of Fully-controlled three-phase bridge rectifier circuit申请学位: 工学学士学位 院 系: 机电汽车工程学院 专 业: 测控技术与仪器 姓 名: 王绍龙 学 号: 200923502236 指导老师: 姜风国(讲师) 2013年5月30日烟台大学.三相桥式全控整流电路设计姓 名: 王绍龙 指导教师:姜风国(讲师) 2013年5月30日烟台大学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,和人们日常生活的各
2、个领域,进入新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。近几年越来越多电力电子应用在国民工业中,一些技术先进的国家,经过电力电子技术处理的电能己达到总电能的一半以上。本文主要介绍基于MCS51系列单片机TC787芯片控制的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,软件部分由C51高级语言编程。具体运行由工频三相电压经变压器后在芯片控制下在不同的时刻发出不同的脉冲信号去控制相应的SCR可控硅整流为直流电给负载供电。此种控制方式其主要优点是输出波形稳定和可靠性高抗干扰强的特点。触发电路结构简单,控制灵活,温度影响小,控制精度可通过软件补偿,移相范围可任意调节
3、等特点,目前已获得业界的广泛认可。并将在很多的工业控制中得到很好的运用。关键词:晶闸管 MCS51单片机 触发角 三相全控桥 烟台大学毕业论文(设计)ABSTRACTThe application of electronic technology has deep into the agricultural economic construction, transportation, space technology, national defense modernization, medical, environmental protection, and Peoples Daily lif
4、e in all areas, enter the new century power electronic technology, so more widely in power electronic technology research is more important. In recent years, more and more application in the national power electronics industry, some advanced technologies of the country, after processing of electric
5、power electronic technology has reached more than half the total energy. This paper mainly introduces the MCU based on MCS - 51 series three-phase TC787 chip controlled rectifier bridge type all control circuit and the circuit principle of trigger circuit and control circuit and software consists of
6、 senior programming language C51. Specific operation by frequency voltage transformer in the three-phase after under control chip at different moments of the pulse signal to control the SCR silicon rectifier is corresponding to load power DC. The control mode is the main advantages of high stability
7、 and reliability of output waveform characteristics of strong anti-jamming. Trigger circuit structure is simple, flexible control, temperature, control accuracy can be compensated by software, can adjust arbitrarily limits have won the wide recognition. And in many industrial control will get to goo
8、d use.Keywords: thyrister MCS - 51 single-chip Microcontroller triggering Angle three-phase fully-controlled bridge烟台大学毕业论文(设计)目录第一章 绪论11.1 研究背景和意义11.2 晶闸管发展的现状11.3 电力电子技术的前景11.4 晶闸管的应用2第二章 主电路设计及原理42.1 主电路设计42.2 三相桥式全控整流电路电感性负载82.3 小结11第三章 基于芯片TC787的三相六脉冲晶闸管触发电路设计133.1 TC787芯片介绍133.2 基本参数和特点133.3 引
9、脚排列、功能和用法143.4 内部结构及工作原理简介153.5 基于TC787的三相六脉冲晶闸管触发电路的设计与调试16第四章 控制及显示系统原理204.1 89C51芯片介绍204.1.2 管脚说明204.1.3 振荡器特性224.1.4 芯片擦除224.2 A/D转换234.3 LCD1602显示254.4 控制及显示系统设计274.4.1 系统结构框图284.4.2 单片机I/O口分配表284.4.3 系统工作说明28第五章 单片机软硬件抗干扰技术305.1 产生软硬件干扰分析305.2 单片机系统软件的抗干扰315.3 单片机系统中硬件抗干扰设计35第六章 系统软件设计386.1 主程
10、序设计386.2 A/D转换程序39第七章 结论40致谢41参考文献42附录4339烟台大学毕业论文(设计)第一章 绪论1.1 研究背景和意义基于TC787芯片设计三相桥式全控整流触发电路和基于89C51单片机设计控制及显示电路,将触发角和整流输出电压在LCD上显示。1.2 晶闸管发展的现状在晶闸管出现前,用于电力变换的电子技术已被应用:1904年出现的电子管(Valve),能在真空中控制电子流,并且应用于通信和无线电领域,从而开始了电子技术的先河。以后出现的水银整流器(Mercury-vapour thyratrons),其性能和晶闸管挺相似的。在30年代至50年代,是Mercury-vap
11、our thyratrons发展并迅速大量应用的时期。它广泛应用于电化学行业、电气铁道直流变电行业及轧钢用直流电动机传动领域,甚至用于直流输电。各种整流电路、逆变电路、周波变流电路的理论己经发展完善并且广范应用。在晶闸管出现之后的很长一段时期内,所有使用电路的形式仍然是以这些形式为主。除水银整流器能将交流电变成直流电外,还有发现更早的像电动机-直流发电机组,即是变流机组。对应的是旋转变流机组,静止变流器的称呼从Mercury-vapour thyratrons开始并沿用至今。1947年在美国贝尔实验室发明了晶体管(Transistor),引发了整个电子技术领域的一场革命;晶闸管(1957年)S
12、CR(Silicon Controlled Rectifier)能够通过门极控制其触发开通,但三再通过门极不能控制其关断,属于半控型器件。现在承受的电压、电流容量最高的器件仍然是晶闸管,并且工作很可靠,所以大量使用许多大容量场合。1.3 电力电子技术的前景高频率、大容量、低损耗、小体积(芯片利用率高)、易驱动、模块化是现在电力电子器件发展的目标。减小电力电子器件的开关损耗是基于新的控制技术的使用,例如软开关技术;通过谐振电路后能使器件在零电压(ZVS)或零电流(ZCS)的状态下进行开或者关。高效、节能、小型化和智能化是目前电力电子应用系统的方向发展。1.4 晶闸管的应用交通运输:整流装置被采用
13、在电气机车中的直流机车中,变频装置被采用在交流机车上。铁道车辆也广泛应用直流斩波器。现在高速发展的磁悬浮列车,电力电子技术的应用更是一项关键技术。车辆中的蓄电池的充电也离不开电力电子装置,其各种辅助的电源也都离不了电力电子技术。电力电子装置控制电动汽车的电机进行电力变换和驱动控制。控制电机被多次应用在一台高级汽车中,它们也需靠着斩波器和变频器驱动并且控制。不同型号的电源也被应用在飞机、船舶上,所以航海和航空全部离不开电力电子技术。如果交通运输工具包括电梯,电力电子技术也要被应用。以前直流调速系统被大量应用于电梯,最近几年交流变频调速被广泛应用。一般工业:直流电动机的调速性能很好,给其供电的电力
14、电子装置都是可控整流电源或者是直流斩波电源。近年来迅速发展的电力电子变频技术,使得交流电机的调速性能可以与直流电机相当,使得交流调速技术被大量应用并且占据着主导的地位。像电解铝、电解食盐水等电化学工业在大量使用着直流电源。大容量整流电源被急需用在冶金工业中的高频或中频感应加热电源、直流电弧炉电源及淬火电源等场合。电镀等一些装置也需要整流电源。电力系统:电子电力系统中广泛的应用了大量电力电子的技术。末了客户在使用电能的时候,经常性的进行预处理。如无功补偿、滤波、降压等等。据统计,在一些发达国家中用户末了小号的电能里有70%经过了一次电力电子变流装置的一般处理。现代化的电力电子系统中,关键技术之一
15、就是电力电子技术。可以这样地说,离开电力电子技术,现代化的电力系统是不可想象的。大容量、长距离输电时直流输电有很大的优势,其逆变阀的受电端和整流阀的送电端全都采用晶闸管的变流装置。现在发展起来柔性的交流输电能够大幅度的提高电网输稳定性和电能力。手段:连续、精确、快速地控制大容量无功和有功等性能的实现对系统的功率流向、潮流变化、阻尼振荡、输送能力的性能加以提高和改进。像有源的滤波器(APF Active Power Filter)一可进行应用端的谐波抑制和无功补偿。各种开关的电源和不间断着的电源(UPS),应用这一类的最为普遍。像各类电力电子装置大致都用不同的电压等级直流的电源提供电。现在高频开
16、关电源己被采用了全控型器件,以前晶闸管整流电源被用在通信设备中的程控交换机。现在小型计算机的内部电源、大型的计算机应用的工作电源也全部采用了高频开关电源。在一些电子装置中,以前线性稳压电源被大量采用供电,因为高频的开关电源重量轻、体积小、效率高,现在线性电源己被慢慢取代了。家用电器:家用的电器中起着重要地位的有照明。因为电子照明的电源发光效率高、体积小、可以节约大量能源,经常被叫做“节能灯”,传统的日光灯和白炽灯正被逐渐取缔。家用电器里被大量应用电子技术,像变频空调器。家用计算机、音响设备、电视机、等电子设备电源模块也大量需要电力电子技术。此外,有些微波炉、电冰箱、洗衣机等电器也都大量应用了电
17、力电子技术。利用和开发新能源:传统发电的方式有水力发电、火力发电以及后来兴起的核能发电。能源危机以后,各种可再生能源、新能源以及新型的发电方式逐渐受到重视。其中风力发电、太阳能发电的发展比较快,备受关注的还有燃料电池。风力发电和太阳能发电因环境有限制,产生的电力质量比较差,改善电能的质量必须经常用储能的装置缓冲,这样就需要用到电力电子技术。要是和电力系统联网的时候,也离不了电力电子技术。为了水力发电资源能被合理地利用,最近抽水储能发电站备受重视。像里面的大型的电动机调速和起动都需要电力电子技术。未来里一种储能方式超导储能,它将用强大的直流电源提供电,电力电子技术也离不了。核聚变反应堆在产生注入
18、能量和强大磁场时,需要一些大容量脉冲的电源,电力电子装置就是这种电源。某些特殊场合和科学实验,特种电源被大量应用。第二章 主电路设计及原理2.1 主电路设计其原理图如图2-1所示。图2-1 三相桥式全控整流电路原理图将其中的3个晶闸管(VT1、VT3、 VT5)的阴极连接在一起称为共阴极组;的3个晶闸管(VT4、VT6、VT2)的阳极连接在一起称为共阳极组。此外,晶闸管习惯上要按照从1至6的顺序导通,因此按图2-1所示的顺序将晶闸管编号,就是与a、b、c三相电源相接的共阴极组的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5,与a、b、c三相电源相接的共阳极组的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。在
19、以后的分析就能了解,按图2-1编号,晶闸管的导通顺序为 VT1VT2VT3VT4VT5VT6。每个工作周期中对于每相二次电源来说,即有负电流,也有正电流,所以没有直流磁化的问题,提高了绕组的利用率。1 三相桥式全控整流电路带电阻负载=0时的情况图2-2 三相桥式全控整流电路(带电阻负载=0时的波形)1)带电阻负载时的工作情况表2-1三相桥式全控整流电路电阻负载=0时晶闸管工作情况时段共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压UdUaUb=UabUaUc=UacUbUc=UbcUbUa=UbaUcUb=UcaU
20、cUb=Ucb(1)=0时的情况对于共阳极组的3个晶闸管,阴极所接交流电压值最低的一个导通。对于共阴极阻的3个晶闸管,阳极所接交流电压值最大的一个导通。从线电压波形看,线电压中最大的一个为Ud,因此Ud的波形为线电压的包络线。任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态。其余的均处于断开状态。触发角的起点,还是要从自然换相点来开始计算,注意正负方向都有自然换相点。(2)三相桥式全控整流电路的特点:. 两个同时导通形成供电回路,其中共阴极组和共阳极组各有一个导通,且不能为同相的两个否则没有输出。. 对触发脉冲的要求:. 按VT1VT2VT3VT4VT5VT6的顺序,相位依次差60。.
21、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,所以三相全桥电路称为6脉波整流电路。. 需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲(采用两种方法:一种是宽脉冲触发(大于60)。. 另一种是双脉冲触发(常用):在Ud的6个时间段,均给应该导通的SCR提供触发脉冲,而不管其原来是否导通。所以每隔60就需要提供两个触发脉冲。. 实际提供脉冲的顺序为:VT1,VT2VT2,VT3VT3,VT4VT4,VT5VT5,VT6VT6
22、,VT1VT1,VT2,不断重复。. 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为:UFM =URM=2.45 U22 三相桥式全控整流电路带电阻负载=30时的情况图2-3 三相桥式全控整流电路(带电阻负载=30时的波形)晶闸管起始导通时刻推迟了30,组成的每一段线电压因此推迟30。从Ut1开始把一周期等分为6段,Ud波形仍由6段线电压构成,每一段导通晶闸管的编号等仍符合表2-1的规律。变压器二次侧电流iu波形的特点:在VT1处于通态的120期间,iu为正,iu波形的形状与同时段的Ud波形相同,在VT4处于通态的120期间,iu波形的形状也与同时段的Ud波形相
23、同,但为负值。3 三相桥式全控整流电路带电阻负载=60时工作情况Ud波形中每段线电压的波形继续后移,平均值继续降低。=60时Ud出现为零的点。(因为在该点处,线电压为零)4 三相桥式全控整流电路带电阻负载60时工作情况当60时,如=90时电阻负载情况下的工作波形如图2-4所示:图2-4三相桥式全控整流电路带电阻负载=90时的波形小结: 当60时,Ud波形均连续,对于电阻负载,id波形与Ud波形一样,也连续; 当60时,Ud波形每60中有一段为零,Ud波形不能出现负值; 带电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围是120。2.2 三相桥式全控整流电路电感性负载1 三相桥式全控整流电路电感性负载
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