三相桥式相控整流电路课程设计.docx

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1、四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告前言21. 主电路的设计原理与方案31.1 三相桥式相控整流电路的特点与原理31.1.1 三相桥式相控电路的工作特点31.1.2 三相桥式相控整流电路的工作原理31.2 总体方案图42. 电路流程图及工作原理52.1 三相桥式相控整流电路的流程图52.2 三相桥式相控整流电路的工作原理53. 单元模块设计83.1 主电路的设计83.2 触发电路的设计93.2.1 KJ004 的工作原理93.2.2 电路图的选择103.2.3 触发电路原理说明113.3 保护电路的设计123.3.1 晶闸管的保护电路123.3.2 沟通侧保护电路133.3.3 直流侧阻

2、容保护电路134. MATLAB 的分析与仿真144.1 三相桥式相控整流电路定量分析144.2 带电阻性负载的波形分析154.3 仿真试验结论18四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告5. 设计总结196. 参考文献201四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告前言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争论更为重要。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已得到总电能的一半以上1。如今电力半导体整流装

3、置已获得及其广泛的应用，小到家用的小型整流电源，大至上万甚至几十万安的电解电源。不仅如此，各种逆变装置绝大局部的前级无不带有整流局部。沟通电机变频调速的广泛应用，也给电网增加了许很多多的整流负载,依靠转变触发角来实现调压或稳压的目的, 即所谓相控调压.目前,依靠转变触发角来实现调压的相控方式整流技术仍旧在工业电源中使用,尤其在大功率场合。相控整流电路分为单相、三相、多相整流电路 3 种三相相控整流电路当整流容量较大，要求直流电压脉动较小,对快速性有特别要求的场合,应考虑承受三相可控整流电路2。承受三相全控桥式整流电路时，输出电压交变重量的最低频率是电网频率的 6 倍,沟通重量与直流重量之比也较

4、小，因此滤波器的电感量比同容量的单相或三相半波电路小得多。另外，晶闸管的额定电压值也较低。因此，这种电路适用于大功率变流装置整流电路技术在工业生产上应用极广4。如调压调速直流电源、电解及电镀的直流电源等。整流电路就是把沟通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、发电机的励磁调整、电解、电镀等领域得到广泛应用。2四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告1. 主电路的设计原理与方案1.1 三相桥式相控整流电路的特点与原理1.1.1 三相桥式相控电路的工作特点三相相控整流电路当整流容量较大，要求直流电压脉动较小 ,对快速性有特别要求的场合,

5、应考虑承受三相可控整流电路。承受三相全控桥式整流电路时，输出电压交变重量的最低频率是电网频率的 6 倍,沟通重量与直流重量之比也较小，因此滤波器的电感量比同容量的单相或三相半波电路小得多。另外，晶闸管的额定电压值也较低。因此，这种电路适用于大功率变流装置。半控桥只有共阴极组是晶闸管，触发电路只需给共阴极组 3 个晶闸管送出相隔 120的单窄脉冲触发。在移相掌握角 a 较大时，半控桥输出电压脉动较大，脉动频率也较低，同时半控桥触发脉冲间隔在 120。三相桥式全控整流电路电路特点：全控桥在工作时要向 6 个晶闸管送出相隔 60的双窄触发脉冲。在移相掌握角 a 较大时，全控桥输出电压脉动小。全控桥触

6、发脉冲间隔仅 60。1.1.2 三相桥式相控整流电路的工作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。2 管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各 1，且不能为同 1 相器件。对触发脉冲的要求：按 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6 的挨次， 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

7、脉动的波形都一样，故该电路为 6 脉波整流电路。需保证同时导通的 2 个晶闸管均有脉冲，可承受两种方法：一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发常用晶闸管承受的电压波形与三相半波时一样，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也一样。三相桥式全控整流电路实质上是三相半波共阴极组与共阳极组整流电路的串联。在任何时刻都必需有两个晶闸管导通才能形成导电回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，另一个晶闸管是共阳组的。 6 个晶闸管导通的挨次是按 VT6 VT1 VT1 VT2 VT2 VT3 VT3 VT4 VT4 VT5 VT5 VT6 依此循环，每隔 60 有一个晶闸管换相。为了保证在任何时刻都必需有两个晶闸管导通，承

8、受了双脉冲触发电路，在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次，两次脉冲前沿的间隔为 60 。三相桥式全控整流电路原理图如 1 所示。3四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告1.2 总体方案图图 1 三相桥式全控整流电路原理图主电路设计方案确实定分析，三相桥式相控整流电路优于三相半波相控整流电路，再对三相桥式半控整流电路与三相桥式全控整流电路进展比较。半控桥只有共阴极组是晶闸管，触发电路只需给共阴极组 3 个晶闸管送出相隔 120的单窄脉冲触发，而全控桥要向6 个晶闸管送出相隔 60的双窄触发脉冲，因此半控桥电路较简洁，投资省。而在移相掌握角 a 较大时，半控桥输出电压脉动较大，脉动频率也较低。

9、全控桥脉动小，脉动频率也高，因此半控桥要求的平波电抗器电感量较大。同时半控桥触发脉冲间隔在 120，全控桥触发脉冲间隔仅 60，因此全控桥的动态响应快，系统调整准时。因此三相全控桥广泛应用在大功率直流电动机调速系统，以及对整流各项指标要求较高的整流装置。而三相半控桥只能用在一般要求的调流装置中。所以本次设计主电路设计承受三相桥式全控整流方案。整个设计主要分为主电路、触发电路、保护电路三个局部。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，经过整流后的直流电通给直流电动机，使之工作。如图 2 所示。电源三相

10、桥式全控整流电路直流电动机触发触同步电路信发号模块集成触发器图 2 总体框架图4四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告2. 电路流程图及工作原理2.1 三相桥式相控整流电路的流程图三相桥式相控整流电路的流程图如图 3 所示。交 流 源 220V主变压器触发电路主电路保护电路图 3 三相桥式相控整流电路的流程图由图 3 可知：当接入电源后，经过主变压器的升降压作用，电压分别进入触发电路和主电路，使触发电路产生动身脉冲，主电路也开头工作。与此同时，保护电路也开头启动， 分别对触发电路和主电路进展掌握，使电路始终在安全的状态下运行。2.2 三相桥式相控整流电路的工作原理一般变压器一次侧接成三角型

11、，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。12 管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1 个晶闸管，不能为同1 相器件。（2） 对触发脉冲的要求：1） 按 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6 的挨次，相位依次差 60。2） 共阴极组 VT1、VT3、VT5 的脉冲依次差 120。3） 共阳极组 VT4、VT6、VT2 也依次差 120。4） 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。5四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告（3） 需保证同时导通的 2 个晶闸管均

12、有脉冲，可承受两种方法：一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发常用。（4） 晶闸管承受的电压波形与三相半波时一样，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也一样。在实际运用中，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。共阴极组中与三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 VT1、VT3、VT5， 共阳极组中与三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 VT4、VT6、VT2。从而使晶闸管的导通挨次为 VT1VT2VT3VT4VT5VT6。变压器为D -Y 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开 3 次谐波流入电网。本次设计为三相桥式相控带阻感负

13、载，依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。带阻感性负载时的电路原理图如图 4 所示。图 4 三相桥式全控整流电路带电动机负载原理图晶闸管触发角=0o 时的状况：此时，对于共阴极组的 3 个晶闸管，阳极所接沟通电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的 3 个晶闸管，则是阴极所接沟通电压值最低或者说负得最多的一个导通。这样，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，施加于负载上的电压为某一线电压。当触发角=0o 时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由变压器二绕组中相电压与线电压的对应关系可知，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。从而总的整流输出电压为

14、两个晶闸管端电压之间的差值。假设将一个周期等分为 6 段，每段为 60， 每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的状况如下表 1 所示。6四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告时段123456共阴极组中导通的晶闸VTVTVTVTVTVT管113355共阳极组中导通的晶闸VTVTVTVTVTVT管622446整流输出电U -U =UababU -U =U U -U =U U -U =U U -U =U U -U =Uacacbcbcbabacacacbcb压 U表 1 晶闸管的导通及整流输出状况6 个晶闸管的脉冲按 VT VT VT VT VT VT 的挨次导通，而且相位依次差 60o；1234

15、56共阴极组和阳极组依次差 120o；同一相的上下两个桥臂脉冲相差 180o。 整流输出电压 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。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的 2 个晶闸管均有触发脉冲。为此，可承受两种方法：一种是使脉冲宽度大于 60o，称为宽脉冲触发。另一种方法是，在触发某个晶闸管的同时，给序号前的一个晶闸管补发脉冲 ,即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差 60o，脉宽一般为 20o30o，称为双脉冲触发。双脉冲电路较简单，但要求的触发电路输出功率小。宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲，但为了不使

16、脉冲变压器饱和，需将铁心体积做得较大， 绕组匝数较多，导致漏感增大，脉冲前沿不够陡，对于晶闸管串联使用不利，故承受双脉冲触发。当触发角转变时，电路的工作状况将发生变化。当=30o 时。假设把一个周期等分为 6 段，每段为 60。与0o 时的状况相比，一周期中U 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 1 的规律。区分在于，晶闸管起始导通时刻推迟了 30o,组成U 的每一段线电压因此推迟 30o，U 平均值降低。当=60o 时，电路工作状况仍可用前面的方法分析，U 每段线电压的波形连续向后移， U 平均值连续降低。60o 时,U 消灭了为零的点。当60o 时:如90o 时电阻负

17、载状况下，此时 U 每 60o 中有 30o 为零，这是由于电阻负载时 I 与 U 全都，一旦 U 降至零，I 也降至零，流过晶闸管的电流即降至零，晶闸管关断，输出整流电压 U 为零，因此 U 波形不能消灭负值。假设连续增大至 120o，整流输出电压U 波形将全为零，其平均值也为零，可见带电阻7四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告负载时三相桥式相控整流电路角的移相范围是 120o。三相桥式相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，对于带反电动势阻感负载的状况，只需在阻感负载的根底上把握其特点，即可把握其工作状况。当60o 时，U

18、 连续，电路的工作状况与带电阻负载时格外相像，各晶闸管的通断状况、输出整流电压 U、晶闸管承受的电压 U 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I 不同，电阻负载时I 与 U 外形一样。而阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的可近似为一条水平线。当60o 时，阻感负载时的工作状况与电阻负载时不同，电阻负载时 U 不会消灭负的局部，而阻感负载时，由于电感 L 的作用，U 会消灭负的局部。假设电感 L 值足够大，U 中正负面积将根本相等，U 平均值近似为零。这说明，带阻感负载时，三相桥式相控整流电路的角移相范围为 90o

19、。三相桥式相控整流电路用作有源逆变时，就成为三相桥式逆变电路。由整流状态转换到逆变状态必需同时具备两个条件：肯定要有直流电动势源，其极性须和晶闸管的导通方向全都，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；其次要求晶闸管的 a 90，使 U 为负值。3. 单元模块设计3.1 主电路的设计主电路为带电阻负载的三相桥式电路, 用 protel 绘制如图 5 所示。图 5 主电路图当主电路工作时，晶闸管的导通挨次为 VT1VT2VT3VT4VT5VT6。为此将晶8四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告闸管按图示的挨次编号，即共阴极组中与三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 VT1、VT3、VT5， 共阳极

20、组中与三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 VT4、VT6、VT2。其工作特点是任何时刻都有不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路。3.2 触发电路的设计掌握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。3.2.1 KJ004 的工作原理KJ004 的电路原理图如图 6 所示。图 6 KJ004 电路原理图KJ004 电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四局部组成。锯齿波的斜率打算于外接电阻 R6、RW1,流出的充电电流和积分电容 C1 的

21、数值。对不同的移相掌握电压 Vy,只有转变权电阻 R1、R2 的比例,调整相应的偏移电压 Vp。同时调整锯齿波斜率电位器RW1,可以使不同的移相掌握电压获得整个移相范围。触发电路为正极性型,即移相电压增加,导通角增大，R7 和 C2 形成微分电路,转变 R7 和 C2 的值可以获得不同的脉冲输出。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(+15VR3VD2V3R5R21(15V)。因此，在正、负半周期间。V4 根本上处于截止状态。只有

22、在同步电压|Us|0.7V 时，V1V3 截止，V4 从电源+15V 经R3、R4 取得基极电流才能导通。电容 C1 接在 V5 的基极和集电极之间，组成电容负反响的锯齿波发生器。在V4 导通9四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告时，C1 经 V4、VD3 快速放电。当 V4 截止时，电流经(+15VR6C1R22RP1( 15V)对 C1 充电，形成线性增长的锯齿波，锯齿波的斜率取决于流过 R22、RP1 的充电电流和电容 C1 的大小。依据 V4 导通的状况可知，在同步电压正、负半周均有一样的锯齿波产生，并且两者有固定的相位关系。V6 及外接元件组成移相环节。锯齿波电压 Uc5、偏移

23、电压 Ub、移相掌握电压 Uc 分别经 R24、R23、R26 在V6 基极上叠加。当Ube6+0.7V 时，V6 导通。设Uc5、Ub 为定值， 转变 Uc，则转变了 V6 导通的时刻，从而调整脉冲的相位。V7 等组成了脉冲形成环节。V7 经电阻R25 获得基极电流而导通，电容 C2 由电源+15V 经电阻 R7、VD5、V7 基射极充电。当 V6 由截止转为导通时，C2 所充电压通过 V6 成为V7 基极反向偏压，使 V7 截止。此后 C2 经 +15VR25V6地放电并反向充电， 当其充电电压 Uc2+1.4V 时，V7 又恢复导通。这样，在 V7 集电极就得到固定宽度的移相脉冲，其宽度

24、由充电时间常数 R25 和 C2 打算。V8、V12 为脉冲分选环节。在同步电压一个周期内，V7 集电极输出两个相位差为 180的脉冲。脉冲分选通过同步电压的正负半周进展。如在 Us 正半周 V1 导通，V8 截止，V12 导通，V12 把来自 V7 的正脉冲箝位在零电位。同时，V7 正脉冲又通过二极管 VD7，经V9V11 放大后输出脉冲。在同步电压负半周，状况刚好相反，V8 导通，V12 截止，V7 正脉冲经 V13V15 放大后输出负相脉冲。元件的功能说明如下：1) KJ004 中稳压管 VS6VS9 可提高 V8、V9、V12、V13 的门限电压，从而提高了电路的抗干扰力量。二极管 V

25、D1、VD2、VD6VD8 为隔离二极管。2) 承受 KJ004 元件组装的六脉冲触发电路，二极管 VD1VD12 组成六个或门形成六路脉冲，并由三极管 V1V6 进展脉冲功率放大。3) 由于 V8、V12 的脉冲分选作用，使得同步电压在一周内有两个相位上的脉冲产生， 这样，要获得三相桥式相控整流电路脉冲，需要六个与主电路同相的同步电压。图中 RP1 RP3 为锯齿波斜率电位器，RP4RP6 为同步相位3.2.2 电路图的选择晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以掌握，因此被广泛应用于可控整流、沟通调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。晶闸管具有下面

26、的特性：（1） 无论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导当晶闸管承受反向电压时通。10四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告（2） 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的状况下晶闸管才导通。（3） 晶闸管在导通状况下，只要有肯定的正向阳极电压，不管门极电压如何变化，晶闸管都保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。（4） 晶闸管在导通状况下，当主回路电压或电流减小到接近于零时，晶闸管关断。依据晶闸管的这种特性，通过掌握晶闸管的导通和关断时刻，就能掌握整流电路的触发角的大小。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的 2 个晶闸管均有触发脉冲。在触发某

27、个晶闸管的同时，给序号前的一个晶闸管补发脉冲。即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差 60，脉宽一般为 20 至 30，称为双脉冲触发。双脉冲电路较简单，但要求的触发电路输出功率小。触发电路图如图 7 所示。3.2.3 触发电路原理说明图 7 双脉冲触发电路1-6 脚管为单脉冲信号输入。把单脉冲信号由 10-15 脚管两两同时输出形成双脉冲信号，10-15 脚管两两同时输出，对应输送给 VT6-VT1 晶闸管。（1） 假设在 t1 时刻 15 脚管开头给 VT1 晶闸管输送脉冲信号，则经过 60 度后 14 脚管开头给 VT2 晶闸管双脉冲信号，即只有 15 脚管和 14 脚管有信号输

28、出，其他脚管没信号输出，则此时 VT1 和 VT2 同时导通；（2） 再过 60 度后，15 脚管停顿输出信号，而 13 脚管开头给 VT3 输出信号，即只有14 脚管和 13 脚管有信号输出，其他脚管没信号输出，此时 VT2 和 VT3 同时导通；11四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告（3） 再过 60 度后，14 脚管停顿输出信号，而 12 脚管开头给 VT4 输出信号，即只有13 脚管和 12 脚管有信号输出，其他脚管没有输出信号，此时 VT3 和 VT4 同时导通；（4） 再过 60 度后，13 脚管停顿输出信号，而 11 脚管开头给 VT5 输出信号，即只有12 脚管和 11

29、 脚管有信号输出，其他脚管没有信号输出，此时 VT4 和 VT5 同时导通；（5） 再过 60 度后，12 脚管停顿输出信号，而 10 脚管开头给 VT6 输出信号，即只有11 脚管和 10 脚管有信号输出，其他脚管没有信号输出，此时 VT5 和 VT6 同时导通；（6） 再过 60 度后，11 脚管停顿输出信号，而 15 脚管开头给 VT1 输出信号，即只有10 脚管和 15 脚管有信号输出，其他脚管没有信号输出，此时 VT6 和 VT1 同时导通；3.3 保护电路的设计为了保护设备安全，必需设置保护电路。保护电路包括过电流与过电流保护，大致可以分为两种状况：一种是在适当的地方安装保护器件，

30、例如 R-C 阻容吸取回路、限流电感、快速熔断器等；另一种则是承受电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发掌握系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。本设计的三相桥式相控整流电路为大功率装置，故考虑第一种保护方案，分别对晶闸管、沟通侧、直流侧进展保护设电路的设计。3.3.1 晶闸管的保护电路（1） 晶闸管的过电流保护：过电流可分为过载和短路两种状况，可承受多种保护措 施。对于晶闸管初开通时引起的较大的 di/dt，可在晶闸管的阳极回路串联入电感进展抑制； 对于整流桥内部缘由引起的过流以及逆变器负载回路接地时可以承

31、受接入快速熔短器进 行保护。晶闸管过电流保护电路如图 8 所示。图 8 晶闸管过电流保护电路（2） 晶闸管的过电压保护：晶闸管的过电压保护主要考虑换相过电压抑制。晶闸管元件在反向阻断力量恢复前，将在反向电压作用下流过相当大的反向恢复电流。当阻断力量恢复时，因反向恢复电流很快截止，通过恢复电流的电感会因高电流变化率产生过电压， 即换相过电压。为使元件免受换相过电压的危害，一般在元件的两端并联 RC 电路。晶闸12四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告管过电压保护电路如图 9 所示。3.3.2 沟通侧保护电路图 9 晶闸管过电压保护电路晶闸管设备在运行过程中会受到由沟通供电电网进入的操作过电压

32、和雷击过电压的 侵袭，同时设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压消灭，所以要进展过电压保护， 因此承受反向阻断式过电压抑制 RC 保护电路。整流电路正常工作时，保护三相桥式整流器输出端电压为变压器次级电压的峰值，输出电流很小，从而减小了保护元件的发热。过电压消灭时，该整流桥用于供给吸取过电压能量的通路，电容将吸取过电压能量转换为电场能量；过电压消逝后，电容将放电，将储存的电场能量释放，渐渐将电压恢复到正常值。沟通侧保护电路如图 10 所示。3.3.3 直流侧阻容保护电路图 10 沟通侧保护电路直流侧也可能发生过电压，当快速熔断器熔断或直流快速开关切断时，因直流侧电抗13四川师范大学成都学院电

33、子工程系课程设计报告器释放储能，会在整流器直流输出端造成过电压。另外，由于直流侧快速开关或熔断器 切断负载电流时，变压器释放的储能也产生过电压，尽管沟通侧保护装置能适当地保护这种过电压，仍会通过导通的晶闸管反响到直流侧来，为此，直流侧也应当设置过电压保护， 用于抑制过电压。直流侧阻容保护电路如图 11 所示。图 11 直流侧阻容保护电路4. MATLAB 的分析与仿真4.1 三相桥式相控整流电路定量分析当整流输出电压连续时即带阻感负载时，或带电阻负载 a 60时，整流电压平均值为：U= 3 6Usin wtd (wt) = 2.34U 1 + cos( + )2d +2233晶闸管额定电流、额

34、定电压的选择：选用晶闸管时，额定电压要留有肯定裕量通常取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的 23 倍。额定电流也要留肯定裕量，一般取额定电流为通态平均电流的 1.52 倍。此次仿真电路图如图 12 所示。14四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告图 12 三相桥式全控整流电路仿真图4.2 带电阻性负载的波形分析（1） 晶闸管触发角=0o 时的状况：此时，对于共阴极组的 3 个晶闸管，阳极所接沟通电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的 3 个晶闸管，则是阴极所接沟通电压值最低或者说负得最多的一个导通。这样，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，施加于负载上的电压

35、为某一线电压。=0o 时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。 从相电压波形看，以变压器二次侧的中点 n 为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压 ud1为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压 u为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压 U = U U 是两d2dd1d2条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。将波形中的一个周期等分为 6 段，每段为 60 度。6 个晶闸管的导通挨次为 VT VT VT3VT4VT512VT6。波形图如图 13

36、所示。15四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告（2） 当=30o 时。从t1图 13 =0 时波形图角开头把一个周期等分为 6 段，每段为 60o 与0o 时的情况相比，一周期中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 1 的规律。区分在于，晶闸管起始导通时刻推迟了 30o,组成 Ud的每一段线电压因此推迟 30o，U 平均值降低。晶闸管电压波形也相应发生变化如下图。图中同时给出了变压器二次侧da 相电流 Ia的波形，该波形的特点是，在VT1 处于通态的 120o 期间，Ia为正，Ia波形的形状与同时段的 Ud波形一样，在 VT4 处于通态的 120o 期间，Ia

37、波形的外形也与同时段的 Ud波形一样，但为负值。波形如以下图所示。当=60o 时，电路工作状况仍可参考上图分析，Ud 波形中每段线电压的波形连续向后移，Ud平均值连续降低。60o 时 Ud消灭了为零的点。 由以上分析可见，当60o 时，Ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与 ud波形的外形是一样的，也连续。具体波形如图 14 所示。16四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告图 14 =60 波形图4当60o 时，如90o 时电阻负载状况下，此时 U 波形每 60o 中有 30o 为零，d这是由于电阻负载时 I 波形与 U 波形全都，一旦U 降至零，I 也降至零，流过晶闸管的电dddd流即

38、降至零，晶闸管关断，输出整流电压Ud为零，因此ud波形不能消灭负值。假设连续增大至 120o，整流输出电压Ud波形将全为零，其平均值也为零，可见带电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围是 120o。具体波形如图 15 所示。图 15 =90 时波形图17四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告4.3 仿真试验结论通过仿真试验和多组仿真试验结果比照分析可知，当触发角 发生转变时，电路的工作状况也发生变化。 增大 Ud平均值降低，Id也随之降低，三相电源电流大小下降，三相电源电流波形、负载电流波形、负载电压波形波浪变大。参加滤波电容和滤波电感，使得谐波含量削减，波形更加平缓光滑。18四川师范

39、大学成都学院电子工程系课程设计报告5. 设计总结这次的三相桥式全控整流电路课程设计是电力电子技术课程的重点，整个课程设计的过程中。弄懂了设计原理后，首先要用 MATLAB 进展仿真，依据要求设计相关参数，模块搭建好后，通过调整触发角得到了不同的波形。在仿真试验中比较关键的是参数的设置。通过此次课程设计，我从完全不懂到渐渐了解，再到根本学会使用 Matlab 和 Protel, 它们都是与我们专业亲热联系的软件。其中把握了用 Matlab 对电力电子电路进展仿真，观看波形，调整参数等操作，也涉及了 Protel 的使用，固然这次试验有遇到了不少的困难， 也消灭了不少的错误，反映出根底学问的某些地

40、方还有薄弱的地方。通过自己查找资料， 苦心探究实践，与同学争论学习，使我进步了很多，学到了很多东西。不管是在根底理论上还是思维力量、动手力量上都有了比较大的提高。此外，由于这次课程设计是两人一组， 经过此次历练后提高了我的协调合作力量。很快活有这么一次课程设计的时机，我想它将对以后的学习和今后的工作带来肯定的好处。电力电子技术既是一门技术根底课程，也是有用性很强的一门课程。因此，电力电子装置的应用是格外重要的。电力电子装置供给应负载的是各种不同的直流电源，恒频沟通电源和变频沟通电源， 因此也可以说电力电子技术争论的也是电源技术。本文在生疏三相桥式整流电路根本原理的根底上，总结了一些主电路参数整定方法， 争论了不同整定方案对系统性能的影响，总结出一些较为有用的方法和规律。本文也对三相桥式全控整流装置相当于一个谐波发生器的理论进展了分析与介绍，强调实行必要措施抑制和消退谐波的重要性。19