三相桥式可控整流电路研究Word格式文档下载.docx
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1、依据课题,查阅有关资料2、画出系统原理框图;
3、参数计算和元器件选择4、画出单元电路图;
5、画出整体控电路图;
6、撰写课程设计报告。
(说明书)设计题目,主要技术标和要求;
方案选择及至电路工作原理;
单元电路设计计算;
收获、领会和改良设计的建议;
主要参照文件。
参考文献
2
第1章绪论
...............................................
3
电力电子技术概略.......................................................
本文研究内容...........................................................
第2章三相桥式可控整流电路设计...........................
6
三相桥式可控整流电路整体设计方案.......................................
详细电路设计...........................................................
8
主电路设计......................................................
控制设计.......................................................
10
保护电路设计...................................................
12
元器件型号选择........................................................
13
第3章课程设计总结......................................
16
参照文件.................................................
17
电力电子技术概略
电力电子技术分为电力电子器件制造技术和沟通技术(整流,逆变,斩波,变频,变相等)两个分支。
它是成立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。
因它自己是大功率的电技术,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含电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。
电力电子器件以半导体为基本资料,最常用的资料为单晶硅;
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。
近代新式电力电子器件中大批应用了微电子学的技术。
电力电子电路汲取了电子学的理论基础,依据器件的特色和电能变换的要求,又开发出很多电能变换电路。
这些电路中还包含各样控制、触发、保护、显示、信息办理、继电接触等二次回路及外头电路。
利用这些电路,依据应用对象的不一样,构成了各样用途的整机,称为电力电子装置。
这些装置常与负载、配套设施等构成一个系统。
电子学、电工学、自动控制、信号检测办理等技术常在这些装置及其系统中大批应用整流电路是电力电子电路中出现最早的一种,它的作用是将沟通电能变成直流电能供应直流用电设施。
它的应用十分宽泛,比如直流电动机,电镀,电解电源,同步发电机励磁,通讯系统电源等。
本文研究内容将380V三相沟通电源经过三相桥式可控整流电路调整为输出功率为2KW,用集成电路构成触发电路设计任务包含以下几点:
4
5
第二章三相桥式可控整流电路设计
三相桥式可控整流电路整体设计方案.方案的选择
三相可控整流电路有三相半波可控整流电路,三相半控桥式整流电路,三相全控桥式整流电路。
因为三相整流裝置三相均衡的,输出的直流电压和电流脉动小,对电网影响小,同时三相可控整流电路的控制量能够很大,输出电压脉动较小,易滤波,控制滞后时间短,所以在工业中几乎都是采纳三相可控整流电路。
因为三相半波可控整流电路的主要弊端在于其变压器二次侧电流中含有直流重量,为此在应用中较少,所以采纳三相桥式全控整流电路,能够有效的防止直流磁化作用。
固然三相桥式全控整流电路的晶闸管的数量比三相半波可控整流电路的少,可是三相桥式全控整流电路的输出电流波形便得平直,当电感足够大时,负载电流波形能够近似为一条水平线。
在实质应用中,特别是小功率场合,许多采纳单相可控整流电路。
当功率超出4KW时,考虑到三相负载的均衡,因此采纳三相桥式全控整流电路。
三相全控桥整流电路的输出电压脉动小、脉动频次高,和三相半波电路对比,在电源电压相同、控制角相同时,输出电压又提高了一倍。
又因为整流变压器二次绕组电流没有直流重量,不存在死心被直流磁化问题,故绕组和死心利用率高,所以被宽泛应用在大功率真流电动机可调速系统,以及对整流的各项指标要求较高的整流装置上。
系统原理方框图
保护电路380V三订交整流电路负载电路流电源
触发电路
图系统原理方框图整流电路主要由驱动电路、保护电路和整流主电路构成。
依据设计任务,在此设计中采纳三相桥式可控整流电路接阻感性负载。
7
详细电路设计主电路设计三相桥式可控整流电路的原理
图三相桥式可控整流电路依据本次设计要求,采纳负载为阻感的主电路图以下:
依据设计要求,输出电压Ud在0~220V连续可调。
依据三相桥式全控整流电路计算公式:
α当α=30时,使电压Ud有最大值Ud=2.34U2cos30=220V,进而得出U2=109V,可经过变压器获取。
当α=90时,使电压Ud有最小值Ud=2.34U2cos90=0V,进而实现输出电压Ud在0~220V连续可调。
整流输出电流最大值100A,Idmax=Umax/R=100A,所以Ω。
综上可得触发角α取值为30~90。
下列图为三相桥式整流电路带阻感负载α=30和90的波形图。
当a≤60,Ud波形连续,工作状况与带电阻负载时十分相像,各晶闸管的通断状况、输出整流电压Ud波形、晶闸管蒙受的电压波形等都相同差别在于:
因为负载不一样,相同的整流输出电压加到负载上,获取的负载电流id波形不一样。
阻感负载时,因为电感的作用,使得负载电流波形变得平直,当电感足够大的时候,负载电流的波形可近似为一条水平线。
ud1=30°
uaubuc
O
t1
t
ud2
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
ud
uab
uac
ubc
uba
uca
ucbuabuac
OtidOt
iaOt
图三相桥式全控整流电路阻感负载30度的波形当a>
60时阻感负载时的工作状况与电阻负载时,不一样电阻负载时Ud波形
不会出现负的部分而阻感负载时,因为电感
L的作用,Ud波形会出现负载带阻
感负载时,三相全控桥式整流电路的
角移相的范围是90。
=90°
ub
uc
ua
ud1
u
d2
ucb
Ot
uVTuacuac
1
图
三相全控桥式整流电路带阻感负载
90度时的波形
9
控制电路设计控制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。
依据设计要求及其剖析,选择模拟集成触发电路KJ004,KJ004可控硅移相触发电路合用于单相、三相全控桥式供电装置中,作可控硅的双路脉冲移相触发。
一.KJ004的工作原理KJ004器件输出两路相差180度的移相脉冲,能够方便地构成全控桥式触发器线路。
KJ004电路拥有输出负载能力大、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色。
原理图以下R12
+15V
R1R3R4R6R7R8
R10
R11R14
R15
V9
VS
V
R
V17
D
20
18
V11
VS7
R19
V19
VS3
R208
V8
VS4
VD2D
V1
R16
RP
R5
47
us
VD1
14
V2
VD7
VS9
R21
V15
VS5
V12
15
R2
R20
R22
R23
11
1213
C1
C2
24
R26R25
28
uco
27
图的电路原理图如图KJ004的电路原理图所示,点划框内为KJ004的集成电路部分,它与分立元件的同步信号为锯齿波的触发电路近似。
V1~V4等构成同步环节,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,电流门路为(+15V-R3-VD1-V1-地);
在uS负半周,V2、V3导通,电流门路为(+15VR3-VD2-V3-R5-R21―(―15V))。
所以,在正、负半周时期。
V4基本上处于截止状态。
只有在同步电压|uS|<时,V1~V3截止,V4从电源十15V经R3、R4获得基极电流才能导通。
电容C1接在V5的基极和集电极之间,构成电容负反应的锯齿波发生器。
在V4导通时,C1经V4、VD3快速放电。
当V4截止时,电流经(+15V-R6-C1-R22-RP1-(-15V))对C1充电,形成线性增加的锯齿波,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、负半周均有相同的锯齿波产生,而且二者有固定的相位关系。
V6及外接元件构成移相环节。
锯齿波电压uC5(即4#端电压)、偏移电压Ub、移相控制电压UC分别经R24、R23、R26在V6基极上叠加。
当时,V6导通。
设uC5、Ub为定值,改变UC,则改变了V6导通的时辰,进而调理脉冲的相位。
V7等构成了脉冲形成环节。
V7经电阻R25获取基极电流而导通,电容C2由电源+15V经电阻R7、VD5、V7基射结充电。
当V6由截止转为导通时,C2所充电压经过V6成为V7基极反向偏压,使V7截止。
今后C2经(+15V-R25-V6-地)放电并反向充电,当其充电电压uc2≥时,V7又恢复导通。
这样,在V7集电极就获取固定宽度的移相脉冲,其宽度由充电时间常数R25C2决定。
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。
脉冲分选经过同步电压的正负半周进行。
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正脉冲又经过二极管VD7,经V9~V11放大后输出脉冲。
在同步电压负半周,状况恰好相反,V8导通,V12截止,V7正脉冲经V13~V15放大后输出负相脉冲。
说明:
KJ004中稳压管VS6~VS9可提高V8、V9、V12、V13的门限电压,进而提高了电路的抗扰乱能力。
二极管VD1、VD2、VD6~VD8为隔绝二极管。
2)采纳KJ004元件组装的六脉冲触发电路,二极管VD1~VD12构成六个
或门形成六路脉冲,并由三极管V1~V6进行脉冲功率放大。
因为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相差180°
的脉冲产生,这样,要获取三相全控桥式整流电路脉冲,只需要三个与主电路同相的同步电压就行了。
所以主变压器接成D,yn11及同步变压器也接成D,yn11状况下,集成触发电路的同步电压uSa、uSb、uSc分别与同步变压器的uSA、uSB、uSC相接RP1~RP3为锯齿波斜率电位器,RP4~RP6为同步相位。
保护电路设计有关于电机和继电器,接触器等控制器而言,电力电子器件蒙受过电流和过电压的能力较差,短时间的过电流和过电压就会把器件破坏。
但又不可以完整依据装置运转时可能出现的临时过电流和过电压的数值来确立器件参数,一定充足发挥器件应有的过载能力。
所以,保护就成为提高电力电子装置运转靠谱性必不行少的重要环节。
电力电子器件的保护主要指过电压保护和过电流保护。
一.过电压保护所谓过压保护,即指流过晶闸管两头的电压值超出晶闸管在正常工作时所能蒙受的最大峰值电压Um都称为过电压,其电路图以下:
图过电压保护图
产生过电压的原由一般由静电感觉、雷击或忽然切断电感回路电流时电磁感应所惹起。
此中,对雷击产生的过电压,需在变压器的初级侧接上避雷器,以保护变压器自己的安全;
而对忽然切断电感回路电流时电磁感觉所惹起的过电压,一般发生在沟通侧、直流侧和器件上。
电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。
外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外面原由,内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程,包含换相过电压和关断过电压。
二.过电流保护晶闸管变流装置运转不正常或许发生故障时,可能会发生过电流,过电流分过载和短路两种状况,因为晶闸管的热容量较小,以及从管心到散热器的传导门路中要遭到到一系列热阻,所以一旦过电流,结温上涨很快,特别在刹时短路电流经过时,内部热量来不及传导,结温上涨更快,晶闸管蒙受过载或短路电流的能力主要受结温的限制。
可用作过电流保护电路的主要有快速熔断器,直流快速熔断器和过电流继电器等。
在此我们采纳快速熔断器举措来进行过电流保护。
采纳快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护举措。
在选择快熔时应试虑:
(1)电压等级应依据熔断后快熔实质蒙受的电压来确立。
(2)电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路联络形式确立。
快熔一般与电力半导体器件串连连结,在小容量装置中也可串接于阀侧沟通母线或直流母线中。
(3)快熔的I2t值应小于被保护器件的同意I2t值。
(4)为保证熔体在正常过载状况下不融化,应试虑其时间电流特征。
若晶闸管的额定电流取68A,因为快速熔断器的熔断电流大于倍的晶闸管额定电流,所以快速熔断器的熔断电流为102A。
元器件型号选择因为三相桥式可控整流电路带阻感性负载主电路主要元件是晶闸管和变压器,所以选用元件时主要考虑晶闸管和变压器的参数及其选用原则。
一.晶闸管的主要参数以下:
额定电压UN
在采纳管子时,额定电压应为正常工作峰值电压的2~3倍,以保证电路的工作安全。
依据三相桥式可控整流工作原理,晶闸管所蒙受的最大反向电压Umax为6,进而得出UN。
晶闸管的额定电压UN=(2~3)Umax=(2~3)~
额定电流INIVT=Id/3,Id=100A,IIN=(~2)IVT~IVT(AV)经过以上计算剖析,在本次课程设计中所采纳的晶闸管种类为KP50A二.变压器的变比及其容量1.变压器的变比:
若将变压器看作是理想变压器,不计变压器的励磁电流,依据变压器的磁动势均衡原理,得I1N1=I2N2由此得出变压器的变比K=N1/N2=U1/U22.变压器的容量S:
S=U
*I
=U
=
3U
*I=109*100*3
=1.88*104W
d
考虑到安全性以及消耗问题,变压器应选变比为
2.018,容量为2*104W
3.平波电抗器确实定以下图,id波形在一个周期内有部分时间为零的状况,称为电流断续。
与此对应,若id波形不出现为0的状况,称为电流连续。
当a<
δ时,触发脉冲到来时,晶闸管蒙受负电压,不行能导通。
为了使晶闸管靠谱导通,要求触发电路有足够的宽度,保证当wt=δ时辰晶闸管开始蒙受正电压时,触发脉冲依旧存在。
这样,相当于触发角被推延为δ,即a=δ.负载为直流电动机时,假如出现电流断流则电动机的机械特征将很软。
从图看出,导通角θ越小,则电流波形的低部就越窄。
电流均匀值是与电流波形
的面积成正比的,因此为了增大电流均匀值,一定增大电流峰值,这要求许多地降低反电势。
所以,当电流断续时,跟着Id的增大,转速下降较大,机械特征较软,相当于整流电源的内阻增大。
较大的电流峰值在电动机换向时简单产生火花,其电流波形底部越窄,则其有效值越大,要求电源的容量也大。
为了战胜以上弊端,一般在主电路中直流输出侧串连一个平波电抗器,用来减少电流的脉动和延伸晶闸管导通的时间。
有了电感,当u2小于E甚至u2值变负时,晶闸管仍旧导通。
只需电感量足够大就能使电流连续,晶闸管每次导通180度,这时整流电压ud的波形和电感负载电流连续时的波形相同,ud的计算公式也相同。
针对电动机在低速轻载时电流连续的状况,给出ud和id的波形,如图
图为保证电流连续所需要的电感值L可由下式求出:
Idmin为最小负载电流,一般取电动机额定电流的5%—10%,若取5%,则Idmin=20K/220*5%
平波电抗器L=2.87*U2/Idmin=2.87*109/4.55=69H
第三章课程设计总结电力电子技术是一门基础性和支持性很强的技术,本学期我学习了这门课程,在学习过程中掌握了电力电子技术的一些基来源理。
经过本次课程设计,我对这门课程有了更深的认识,以及对各个知识点有了更好的掌握。
本次我的电力电子课程设计题目为《三相桥式可控整流电路》,经过多天的努力与同学间的商讨使我不单掌握了晶闸管、触发电路的基来源来及其应用,也对这门学科有了更深的认识。
也懂得了电力电子这门课程在实质生产中的应用将电力电子方面的知识应用到实质生产中,剖析与复杂的数学计算,并力争将知识点与能力点密切联合,进而有助于我在工程应用能力上的培育。
此次课程设计关于一名刚学习完电力电子技术的我来说有必定的难度,可是这关于我掌握,理解学习过的知识有很大的帮助,关于思想、逻辑及其理论知识的运用等多方面有了更为进一步的掌握,在达成的过程中我查阅了好多老师的参照书经过参照及运用自己所掌握的知识达成了此次的设计,在这里我也感谢全部赐予我关怀帮助的老师和同学,希望此后有更多的时机来锻炼自己的综合素质,为此后的学习、生活打下优秀的基础。
固然本次课程设计已经圆满的结束了,但我深深知道自己做的还不够,着手动脑的实践能力还有很大的提高空间,我会持续努力,学好专业知识,进而加强自己,为未来参加工作打好基础。
[4]参照文件王兆安主编.电力电子技术.第四版.北京:
机械工业第一版社,2003郝万新主编.电力电子技术.化学工业第一版社,2002孟志强主编.电力电子技术.晶闸管中频感觉逆变电源的附带振荡启动方法,吕宏主编.电力电子技术.感觉加热电源的PWM-PFM控制方法吴雷主编.电力电子技术.鉴于DSP大功率中频感觉焊机的研究李金刚主编..电力电子技术.鉴于DSP感觉加热电源频次追踪控制的实现
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