三相桥式全控整流电路Word格式文档下载.docx
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1.2系统工作原理
在系统主电路中,首先由主变压器将电网电压变换为需要的交流电压,接着由整流桥将交流电转化为直流电供给直流电动机负载。
故主电路是典型的三相桥式整流电路带阻感负载。
而除了主电路以外,系统还有控制电源电路和触发电路。
控制电源电路通过7815芯片将电网交流电整理输出为+15V,提供触发电路的+Uco;
通过7915芯片将电网交流电整理输出为-15V,提供触发电路的-Up.
触发电路结构机构相对比较复杂,由同步变压器,脉冲变压器,3个KJ004集成块和1个KJ041集成块组成。
可以形成6路双脉冲,分别去控制主电路的6个晶闸管。
触发器按一定的顺序输出脉冲,这样可以使主电路3组晶闸管依次打开。
2系统电路设计
2.1三相桥式全控整流电路
该模块主电路图可表示为如下:
图2三相桥式全控整流主电路图
该电路中,在每个晶闸管都并联了保护电路,由一个电容和电阻做成。
同时又在变压器二次侧上串联了一个快速熔断器,起过电流保护作用。
由于我们的电路可以应用于生产实践中,而实际中,电网电压是有波动的,所以一定要加上保护电路。
在电路中变压器二次侧接成星形是为了得到零线,而一次侧接成三角形是为了避免3次谐波流入电网。
阴极连接在一起的3个晶闸管(VT1,VT3,VT5),称为共阴极组,这种接法为共阴极接法。
阳极连接在一起的3个晶闸管(VT4,VT6,VT2),称为共阳极组,这种接法为共阳极接法。
而我们习惯上也希望是晶闸管是按顺序导通,即导通顺序为VT1-〉VT2-〉VT3-〉VT4-〉VT5-〉VT6。
表1三相桥式全控整流电路晶闸管工作情况
时段
I
II
III
共阴极组中导通的晶闸管
VT1
VT3
共阳极组中导通的晶闸管
VT6
VT2
整流输出电压ud
ua-ub=uab
ua-uc=uac
ub-uc=ubc
IV
V
VI
VT5
VT4
ub-ua=uba
uc-ua=uca
uc-ub=ucb
从表中,我们可以总结出三相桥式全控整流电路的一些特点:
(1)每个时刻均需2个晶闸管同时导通,形成想负载供电的回路,其中一个是共阴极组的,一个是共阳极组的,且不能为同一相的晶闸管。
(2)对触发脉冲的要求:
6个晶闸管的脉冲按VT1-〉VT2-〉VT3-〉VT4-〉VT5-〉VT6的相序,相位依次相差60度;
VT1,VT3,VT5的脉冲依次相差120度,共阳极组VT4,VT6,VT2也依次相差120度;
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度。
(3)整流输出电压Ud一周期脉动6次,每次脉动的波形一样,故该电路为6脉波整流电路
(4)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,可用两种方法:
一种是使脉冲宽度大于60度(一般去80°
-100°
),成为宽脉冲触发。
另一种方法是:
在出发某个晶闸管时,给序号紧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°
-30°
,即为双脉冲触发。
一般三相桥式全控整流电路都是给阻感负载和反电动势阻感负载比如直流电动机供电。
直流电动机可以看做是阻感负载的一种,它的波形图和三相桥式全控整流电路带阻感负载的波形图基本上是一致的,以下就为三相桥式全控整流电路带阻感负载a=0的波形图。
图3三相桥式全控整流电路带阻感负载a=0的波形图
当a≤60时,Ud波形连续,电路的工作情况十分相似,各个晶闸管的通断情况,输出整流电压Ud波形,晶闸管承受的电压波形等都是一样的。
而当a>
60时,带阻感负载时的工作情况就和带电阻负载时有不同之处了。
带阻感负载时,由于有电感L的作用,Ud波形会出现负的部分。
若电感L的值足够大的话,Ud中正负面积可以认为基本相等,这样的话平均值就近似为零了。
而电阻负载时,ud波形不会出现负的部分。
所以我们可知带阻感负载时,三相桥式全控整流电路的a角移相范围为0°
~90。
图4三相桥式全控整流电路带阻感负载a=90的波形图
从上图我们可以看到,如果电感值等于90°
时,Ud中正负面积可以认为基本相等,这样的话平均值就近似为零了。
而整流输出电压是不能为负的,所以带阻感负载时,三相桥式全控整流电路的a角最大值为90°
。
其实三相桥式全控整流电路带负载不同,波形的区别不是很大,主要的区别在负载的电流波形上,因为如果是阻感负载的话,电感有平波的作用,在电感为无限大时,我们可以看做输出电流波形为一条直线。
但是电感不可能无限大,而且直流电动机的电感也不是很大,所以还是会有纹波,而且如果出现电流断续的情况的话,那么电动机的机械特性将会很软,所以为了克服这个缺点,我们一般会给主电路中直流输出侧,直流电动机串联了一个平波电抗器。
平波电抗器的作用是用来减少电流的脉动和延长晶闸管的导通时间。
只要电感为足够大时就能使电流连续了,就不会出现时电动机机械特性很软的情况了。
这样也可以近似的将负载电流特性看为一条水平的直线。
2.2系统触发电路
2.2.1KJ004芯片
KJ004芯片,又叫做晶闸管移相触发集成电路。
它是双列式直插式集成电路,由于它可以输出两路相位互差180°
的移相脉冲,正负半周脉冲相位比较均衡,并且输出负载能力大,移相性能好,,而且它对同步电压要求低,目前广泛应用于单相、三相全控桥式晶闸管的双脉冲触发。
它的管脚图如下,为16脚芯片。
图5KJ004的管脚排列
表2KJ004的引脚说明
引脚号
符号
功能
用法
1
V1
同相脉冲输出端
接正半周导通晶闸管的脉冲功率放大器及脉冲变压器
2
NC
空脚
3
Ct
锯齿波电容连接端
通过电容接4脚
4
V+
同步锯齿波输出端
通过电阻移相综合端
5
V_
工作负电源输入端
接用户系统负电源
6
7
GND
地端
控制电源地端
8
Vt
同步电源信号输入端
接同步变压器
9
移相、偏置及同步信号综合端
使用时分别通过三个等值电阻接锯齿波、偏置电压及移相电压
10
11
Vp
方波脉冲输出端
通过电容接12脚
12
Vw
脉冲信号输入端
分别通过一个电阻与电容接电源及11脚
13
Vc
负脉冲调制及封锁控制端
接调制脉冲源输出或保护电路输出
14
Vc+
正脉冲调制及封锁控制端
15
OUT
反相脉冲输出端
接负半周应导通晶闸管的脉冲功率放大器及脉冲变压器
16
Vcc
系统工作正电压输入端
接控制电路电源
我们按照以上的管脚说明来接外部电路图,其中每个管脚都要按照说明来接,较为复杂,在集成触发电路中我列出了电路图。
2.2.2KJ041芯片
KJ041芯片,又称为六路双脉冲形成器。
将它和三个KJ004连接到一起就可以达到六路双脉冲触发电路,这样三相桥式全控整流电路的各个晶闸管就可以按条件稳定的进行触发,使电路可以正常的运行。
KJ041芯片是三相全控桥式触发线路中经常使用的芯片,具有取脉冲形成和电子开关控制封锁双脉冲形成功能。
它可以同时发出六路脉冲触发。
其管脚图如下:
图6KJ041的管脚排列
表3KJ041管脚说明
A
电网A相正半周的触发脉冲输入端:
C-
电网C相负半周的触发脉冲输入端:
3
B
电网B相正半周的触发脉冲输入端:
A-
电网A相负半周的触发脉冲输入端:
C
电网C相正半周的触发脉冲输入端:
B-
电网B相负半周的触发脉冲输入端:
L
输出脉冲封锁端,
该端高电平封锁输出
工作参考地端。
接供电电源的地端;
悬空
对应B-与A的“或”输出端
使用中接触发B相负半周晶闸管的功放单元输入端;
对应C与B-的“或”输出端
使用中接触发C相正半周晶闸管的功放单元输入端:
对应A-与C的“或”输出端
使用中接触发A相负半周晶闸管的功放单元输入端;
13
对应B与A-的“或”输出端
使用中接触发B相正半周晶闸管的功放单元输入端;
对应B与C-的“或”输出端
使用中接触发c相负半周晶闸管的功放单元输入端;
15
A
对应A与C-的“或”输出端
使用中接触发A相正半周晶闸管的功放单元输入端;
我们按照以上的管脚说明来接外部电路图,其中每个管脚按照说明来接,完成它们各自的功能,它较KJ004芯片接法相对简单一些,同样在集成触发电路中列出了电路图。
2.2.3同步变压器
同步变压器,为触发脉冲信号提供电压幅值Us。
在KJ004芯片中,表中列出引脚8的作用为同步电源信号输入端,使用时要接同步变压器的二次侧,KJ004芯片所接的电压要求为30V,所以我们可求得同步变压器匝数比K的计算公式如下:
K=U1/U2=7.33
同步变压器的电路图如下所示:
图7同步变压器电路图
同步变压器和整流变压器接在同一电源上,这就保证了触发脉冲与主电路电源的同步。
2.2.4触发电路模块
电路图如下:
图8触发电路电路图
该电路模块输出的为6路双脉冲,双脉冲电路比较复杂,但要求的触发电路输出功率小。
宽脉冲触发电路虽可以少输出一半脉冲,但为了不使脉冲变压器饱和,需将铁心体积做得较大,绕组匝数
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