三相半波整流电路课程设计.docx
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1、三相半波整流电路一、引言随着时代的进步和科技的进展,拖动把握的电机调速系统在工农业生产、交通运输以 及日常生活中起着越来越重要的作用,因此,对电机调速的争论有着乐观的意义.长期以来, 直流电机被广泛应用于调速系统中,而且始终在调速领域占居主导地位,这主要是由于直流 电机不仅调速便利,而且在磁场确定的条件下,转速和电枢电压成正比,转矩简洁被把握; 同时具有良好的起动性能,能较平滑和经济地调整速度。因此承受直流电机调速可以得到良 好的动态特性。整流电路是消灭最早的电力电子电路,将沟通电变为直流电,电路形式多种多样。当整流负载容量较大,或要求直流电压脉动较小时,应承受三相整流电路。其沟通侧由三相电源
2、供电。三相可控整流电路中,最根本的是三相半波可控整流电路,应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路、以及双反星形可控整流电路、十二脉波可控整流电路等,均可在三相半波的根底上进展分析。由于直流电动机具有优良的起、制动性能,宜与在广泛范围内平滑调速。在轧钢机、矿井卷机、挖掘机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控硅电力拖动的领域中得到广泛应用。近年来沟通调速系统进展很快,然而直流拖动把握系统到底在理论上和在时间上都比较成熟,而且从反响闭环把握的角度来看,它又是沟通拖动系统的根底,长期以 来,由于直流调速拖动系统的性能指标优于沟通调速系统。因此,直流调速系统始终在调速系统领域内占重要位置。国内
3、三相半波可控整流电路技术不够娴熟,设备不够先进。国外的 三相半波可控整流电路设备完善技术比较娴熟。二、设计任务设计一三相半波整流电 路, 直流电动机负载 , 电机技术数据如下:U=220V,I=308A,n=1000r/min,C=0.196V min/r,R=0.18。nomnomnomea(1) 方案设计。(2) 完成主电路的原理分析,过主要元件的选择。(3) 触发电路保护电路的设计。(4) 利用MATLAB 仿真软件建模并仿真,猎取电压电流波形,对结果进展分析。(5) 撰写设计说明书。三、设计方案选择及论证本文主要完成三相半波整流电路的设计,通过 MATLAB 软件的 SIMULINK模
4、块建模并仿真,进而得到仿真电压电流波形。分析承受三相半波整流电路反电动势负载电路,如图 1 所示。为了得到零线, 变压器二次侧必需接成星形,而一次侧接成三角形,避开 3 次谐波流入电网。三个晶闸管分别接入 a、b、c 三相电源,它们的阴极连接在一起,称为共阴极接法, 这种接法触发电路有公共端,连线便利。图 1三相半波整流电路共阴极接法反电动势负载原理图直流电动机负载除本身有电阻、电感外,还有一个反电动势E。假设暂不考虑电动机的电枢电感时,则只有当晶闸管导通相的变压器二次电压瞬时值大于反电动势时才有电流输出。此时负载电流时断续的,这对整流电路和电动机负载的工作都是不利的,实际应用中要尽量避开消灭
5、负载电流断续的工作状况。四、总体电路设计2.1 主电路组成三相半波整流电路主要由变压器、半波整整流流晶闸管及各级保护电路组成。由于电网电压通常与直流电机工作的正常电压,存在差异所以通常在整流变换是需要对电网电压进展变压,此外为了削减整流电路的屡次谐波,通常变压器需要三角形Y 接法,此外由于晶闸管在整流工作过程中存在过电压、过电流快速关断、快速导通的过程,所以需要在主电路中设置过电压、过电流以及缓冲电路,具体框图如下:电网变压器整流电路过电流保护负载过电压抑制电路缓冲电路五、各功能模块电路设计5.1 触发电路的设计如图 5 所示为触发电路。由三片集成触发电路芯片KJ004 和一片集成双脉冲发生器
6、芯片 KJ041 形成六路双脉冲,再由六个晶体管进展脉冲放大,即构成完整的。触发电路产生的触发信号用接插线与主电路各晶闸管相连接。该电路可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。图 5三相半波整流电路触发电路5.2 保护电路的设计电力电子电路中保护电路包括过电压保护和过电流保护。过电压保护一般承受 RC 过电压抑制电路,RC 过电压抑制电路可接于供电usauusbscR19R20R21ucoR13R14R15RP4RP1R1RPRPRP652R2RP3upR3C4C7R1687654321R7R4910111213141516C1C5R1787654321R8R5R9
7、R6910C2C640JK411R10C8RR1887654321910411C30JK12131415160JK1213141516R12119C(1 6脚为6路单脉冲输入)12 3 4 5 6 7 8KJ04161 51 4131 21 1 019(1510脚为6路双脉冲输出)-15V+15V至至VTVT12至至VTVT34至至VTVT56变压器的两端或电力电子电路的直流侧。过电流保护分为过载和短路两种状况,一般过电流保护措施常承受快速熔断器、直流快速熔断器和电流继电器。在本设计的保护电路中对变压器一次侧和二次侧分别加上熔断器对其进展保护,对电机加上一个过载保护熔断器,如图 6 所示。图
8、6保护电路的设计由于三相半波整流电路中晶闸管需要在不同的时候导通,而且要保持与三相沟通电频率保持全都,所以需要具体设计触发晶闸管的导通脉冲。R1216RRRRRR4VS VS 1678V18RVRRR1310VR2011V171415D4R9VVS18VRVS2V1919DV5D6VVSV71011620RP83V1VS4 74R4V5VDV62D3VVVR716V8R1715uVDsV1RV132V3R552VDVS 78R2014+15VVSR149VVSVVR1222211315V1516R3491112 1323RPR124CR1RCR2826252uubcoR27本设计中承受Kj00
9、4 脉冲触发集成芯片实现,集成芯片具有牢靠性高,技术性能好,体积小,功耗低,调试便利等特点而受到广泛应用。其脉冲形成原理与分立元件的锯齿波移相触发电路相像, 分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节其内部原理图见图 3-3:+15V+15V图 3-3 KJ004 触发芯片内部原理图触发电路的定相问题,触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的沟通电压保持固定、正确的相位关系其具体措施如下:(1) 同步变压器原边接入为主电路供电的电网,保证频率全都(2) 触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系(3) 同步信号负半周的起点对应于锯齿波的起点,通常使锯齿
10、波的上升段为240,上升段起始的 30和终了的 30线性度不好,舍去不用,使用中间的180。d(4) 使 U =0 的触发角a 为 90。当a 90时为逆变工作(5) 将a =90确定为锯齿波的中点,锯齿波向前向后各有90的移相范围。于是aaa=90与同步电压的 300对应,也就是a =0与同步电压的 210对应。由图 2-58 及 2.2 节关于三相桥的介绍可知, a =0对应于 u 的 30的位置,则同步信号的 180与 u 的 0对应。(6) 变压器接法:主电路整流变压器为 D,y-11 联结,同步变压器为 D,y-11,5 联结具体外部电路实现见电路原理图局部。3.3 保护电路的设计3
11、.3.1 过电压保护电路设计电力电子装置在实际工作中,由于工作环境的影响,可能存在过电压过电流运行的状况, 所以我们在设计电路中要先考虑到这些因素并实行确定防范措施,一般状况下可能的过电压 分为外因过电压和内因过电压。 外因过电压(1) 操作过电压:由分闸、合闸等开关操作引起(2) 雷击过电压 内因过电压(1) 换相过电压:晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相完毕后不能马上恢复阻断,因而有较大的反向电流流过,当恢复了阻断力气时,该反向电流急剧减小,会由线路电感在器件两端感应出过电压(2) 关断过电压:全控型器件关断时,正向电流快速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压,对于晶闸管来说由于
12、晶闸管的关断是考电网电压变化关断的所以不存在关断过电压。外因过电压抑制措施中,RC 过电压抑制电路最为常见,典型联结方式见以以下图3-4,RC 过电压抑制电路可接于供电变压器的两侧供电网一侧称网侧,电力电子电路一侧称阀侧,或电力电子电路的直流侧。对于大容量电力电子装置可承受图 4-5 所示的反向阻断式RC 电路,本设计电路中考虑到直流电机工作电压较高,电流较大所以承受反向阻断式RC 过电压保护电路。其工作原理为保护电路中,RC 电路对于电网电压有确定的钳位作用,使得电网中电压不至于发生猛烈变化,当电网电压发生大的变化是,电容的满充电效应会阻挡电网电压变化, 从而起到始终电网电压冲击的作用,但是
13、电网电压长期较高时,电容充放电缺乏以抵消电网 电压变化作用,从而失去保护效能。侧网侧阀侧流直CRaaCRaaRCdcdcCa Ra电力电子装置CRRaaC12 R2RCdc过电压抑制电路C-dc+-+1图a)3-4 过电压抑制RC 电b) 路图 3-5 过电压抑制电路图1-353.3.2 过电流保护电路设计图1-36当电力电子装置所在电路发生短路或电机等负载消灭过载时,就会消灭过流现象。常用措施是承受快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器,通常状况下同时承受几种过电流保护措施,提高牢靠性和合理性,电力电子装置相对于其他电路装置更为脆弱,所以电子电路通常作为第一保护措施,快熔仅作为短路时的局部
14、区段的保护,直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护,过电流继电器整定在过载时动作。电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施,选择快熔时应考虑如下因素:(1) 电压等级依据熔断后快熔实际承受的电压确定(2) 电流容量按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定(3)快熔的I 2t 值应小于被保护器件的允许I 2t 值(4)为保证熔体在正常过载状况下不熔化,应考虑其时间 电流特性电机工作中通常只会消灭过载现象,本设计中承受熔断器保护,分别在电网侧和直流侧设置过流保护熔断器,实现过流保护。具体电路见附录中总电路图局部。3.3.3 缓冲电路的设计电力电子装置,由于频繁开通或关断,因而会
15、产生开通或关断的瞬间电压电流变化,这 一过程通常会导致电力电子器件的老化或损坏,所以要设置缓冲电路,缓冲电路吸取电路:是用来抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和,减小器件的开关损耗。缓冲电路分为关断缓冲和开通缓冲,其中:关断缓冲电路抑制电路吸取器件的关断过电压和换相过电压,抑制 du/dt,减小关断损耗开通缓冲电路di/dt 抑制电路抑制器件开通时的电流过冲和 di/dt,减小器件的开通损耗通常缓冲电路专指关断缓冲电路,将开通缓冲电路叫做di/dt 抑制电路。对于三相半波整流电路,只需考虑开通缓冲电路即可。具体设计为在晶闸管两端并联一个RC 支路,抑制晶闸管开通瞬间的du/dt 作用。在
16、整流电路中参与LRD 并联支路来抑制开通过程中的di/dt。电路如图图 3-6 du/dt 抑制电路图 3-7 di/dt 抑制电路图 3-6 du/dt 抑制电路图 3-7 di/dt 抑制电路4. 仿真实现本设计电路中几乎全部元件都可以在MATLAB 找到原型,但那是由于直流电机所需参数很多,而设计要求中所给条件,无法具体确定直流电机的全部参数,所以无法用直流电机 直接仿真。但是在各种电路书中我们了解到,电机实际上可由带有电压源的电感和电阻代替, 所以仿真局部我们把直流电机负载等效为电压源、电阻和电感的串联。另外由于没有三相晶闸管的触发电路仿真模型,所以需要用脉冲发生器代替晶闸管的脉冲触发
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- 三相 整流 电路 课程设计
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