三相桥式全控整流电路设计.docx

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三相桥式全控整流电路设计

课程设计

课程名称电力电子技术

课题名称三相桥式全控整流电路

专业电气工程及自动化

班级

学号06

姓名

指导教师

2010年5月28日

课程设计任务书

课程名称电力电子技术

课题三相桥式全控整流电路设计

专业班级

学生姓名

学号06

指导老师

审批

任务书下达日期2010年5月17日

任务完成日期2010年5月28日

设计内容与设计要求

一．设计目的

1）通过对三相桥式电路的设计,掌握整流电路的工作原理,提高学生运用科学理论知识能力、工程实践能力

2）通过系统建模和仿真，掌握和运用MATLAB/SIMULINK工具分析系统的基本方法

二．设计内容：

1．电路功能介绍

3）电路由主电路与控制电路组成，主电路主要环节：

整流电路及保护电路。

控制电路主要环节：

触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电路。

4）主电路电力电子开关器件采用晶闸管、IGBT或MOSFET。

5）系统具有完善的保护

2.系统总体方案确定

3.主电路设计与分析

1）确定主电路方案

2）主电路元器件的计算及选型

4.控制电路设计与分析

1）功能单元电路设计

2）触发电路设计

3）控制电路参数确定

5.仿真实验

根据所设计的系统，利用仿真软件MATLAB建立模型，并对系统

进行仿真，分析系统所得到的波形。

6、动手实践

在仿真所设计的系统的基础上，利用PROTEL软件绘出原理图，设计PCB印刷电路板，最后在电力电子实验室完成系统电路调试，分析所得到的结果。

三．设计要求：

1．设计思路清晰，给出整体设计框图；

2．单元电路设计，给出具体设计思路和电路；

3．分析单元电路与总电路工作原理，并给出仿真与实验结果波形；

4．绘制总电路图；

5．写出设计报告。

主要设计条件

1．设计依据主要参数

①．三相桥式全控整流电路，电源相电压为220V，整流变压器输出为110V相电压，电阻负载

，整流器输出电压平均为202.6V。

利用仿真软件进行仿真实验，观测输出电压、输出电流波形，测量其平均值，并观察整流器交流侧电流波形。

②．三相桥式全控整流电路，电源相电压为220V，整流变压器输出为110V相电压，电阻负载

，电感

触发角

，利用仿真软件进行仿真实验，观测输出电压、输出电流波形，测量其平均值，并观察整流器交流侧电流波形。

2.可提供实验与仿真条件

说明书格式

1．课程设计封面；

2．任务书；

3．说明书目录；

4．设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）；

5．单元电路设计（各单元电路图）；

6．故障分析与电路改进、实验及仿真等。

7．总结与体会；

8．附录（完整的总电路图）；

9．参考文献；

10、课程设计成绩评分表

进度安排

第一周星期一:

课题内容介绍和查找资料；

星期二:

总体电路方案确定

星期三:

主电路设计

星期四:

控制电路设计

星期五:

控制电路设计；

第二周星期一:

控制电路设计

星期二：

电路原理及波形分析、实验调试及仿真等

星期四~五:

写设计报告，打印相关图纸；

星期五下午:

答辩及资料整理

参考文献

1．石玉栗书贤．电力电子技术题例与电路设计指导．机械工业出版社，1998

2．王兆安黄俊．电力电子技术（第4版）．机械工业出版社，2000

3．浣喜明姚为正．电力电子技术．高等教育出版社，2000

4．莫正康．电力电子技术应用（第3版）．机械工业出版社，2000

5．郑琼林．耿学文．电力电子电路精选．机械工业出版社，1996

6．刘定建，朱丹霞．实用晶闸管电路大全．机械工业出版社，1996

7．刘祖润胡俊达．毕业设计指导．机械工业出版社，1995

8．刘星平．电力电子技术及电力拖动自动控制系统．校内，1999

目录

第一章主电路设计原理与分析

1.1三相桥式全控整流电路

三相桥式全控整流电路图如下：

图1.1三相桥式全控整流电路图

（1）三相桥式全控整流电路的特点：

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。

①2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。

②对触发脉冲的要求：

1）按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。

2）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。

3）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。

③Ud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。

④需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：

一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发。

⑤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。

（2）带电阻负载时的工作情况：

1）当a≤60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形

状一样，也连续。

2）当a>60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值

3）带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120

（3）晶闸管及输出整流电压的情况如表1所示：

表1

时段

共阴级组中导通的晶闸管

VT1

VT1

VT3

VT3

VT5

VT5

共阴级组中导通的晶闸管

VT6

VT2

VT2

VT4

VT4

VT6

整流输出电压

ua-ub=uab

ua-uc=uac

ub-uc=ubc

ub-ua=uba

uc-ua=uca

uc-ub=ucb

1.2三相桥式全控整流电路定量分析

（1）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）的平均值为：

（2）带电阻负载且a>60时，整流电压平均值为：

输出电流平均值为：

Id=Ud/R

（3）晶闸管额定电流、额定电压的选择

①晶闸管承受最大正向电压为，为变压器二次线电压峰值，即

②晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值，即

③输出电压Ud为0~200V，负载电阻R=2

，输出负载电流为：

④晶闸管上流过电流为：

选用晶闸管时，额定电压要留有一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2~3倍。

额定电流也要留一定裕量，一般取额定电流为通态平均电流的1.5~2倍。

第2章各硬件电路设计与分析

2.1主电路

主电路为带电阻负载的三相桥式电路，图如下所示:

图2.1主电路图

2.2触发电路

触发脉冲的宽度应保证精华杂关可靠导通（门极电流应大于擎柱电流），触发脉冲应有足够的幅度，不超过门极电压、电流和功率，且在可靠触发区域之内，应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离

晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。

为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。

晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。

大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。

可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。

晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。

此处就是采用集成触发产生触发脉冲。

KJ004组成分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。

KJ004触发电路为模拟的触发电路,其组成如下图：

图2.2

用protel绘制的完整触发电路如下所示：

图2.3

2.3保护电路

电力电子装置可能的过电压——外因过电压和内因过电压，外因过电压主要来自雷击和系统操作过程等外因。

分别介绍如下：

操作过电压：

由分闸、合闸等开关操作引起

雷击过电压：

由雷击引起

内因过电压：

主要来自电力电子装置内部器件的开关过程

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结束后，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。

关断过电压：

全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。

在抑制外因过电压的措施中,采用RC过电压抑电路最为常见。

RC过电压抑电路可接于供电变压器的两侧（通常供电网一侧称为网侧，电子电路一侧称阀侧），或电力电子电路的直流侧。

本处采用反向阻断式过电压抑制用RC电路构成保护电路,用protel绘制如下所示:

图2.4

2.4总硬件电路（主电路和控制电路）原理图如附录一所示。

2.5硬件电路PCB板如附录二所示。

第3章仿真实验

实验仿真波形如下：

实验仿真波形图

第4章总结与心得

在大学有这种机会很好，课程设计给我一个自学的好机会。

这是继数字电子技术课程设计和单片机原理与应用课程设计之后的第三个学科课程设计，这次我的课程设计题目是三相桥式全控整流电路的设计。

通过对三相桥式全控整流电路的研究，更了解了整流电路的线路、原理，我知道了许多触发电路，加深了对触发电路的功能了解。

还有保护电路，认识了保护电路的重要，并对其深入了研究。

整个课程设计的过程中，重点难点还是在protel原理图的绘制和PCB板的绘制。

在分析和设计好主电路后，要用MATLAB进行仿真。

由于触发电路比较复杂，所以直接使用了Simulink里面原有的脉冲发生模块。

在仿真实验中比较关键的是参数的设置。

仿真做完了之后是做硬件实验，由于条件所限老师只让我们画出电路板就可以了。

硬件部分是这次课程设计的重点难点，尤其是画PCB板。

画PCB板一般是用Protel软件。

通过此次课程设计，熟悉了Matlab和Protel的使用方法,它们都是与我们专业密切联系的软件。

其中掌握了用Matlab对电力电子电路进行仿真，观察波形，调整参数等操作，巩固了上学期所学的Protel的使用，对原理图SCHDOC和PCB板图绘制熟练了许多。

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能力。

指导老师也给了我们很大的帮助，让我们对这几个专业性软件的使用有了更多的经验。

附录

总电路原理图

参考文献

1王兆安，杨君，刘进军.《谐波抑制和无功功率补偿》机械工业出版社，1998

2倪泽峰，江中华.《电路设计与制板——ProtelDXP典型实例》人民邮电出版社，2003

3杨宗德.《ProtelDXP电路设计制板入门与提高》人民邮电出版社，2004

4王兆安，黄俊.《电力电子技术》机械工业出版社，2000

5陈治明.《电力电子器件基础》机械工业出版社，1992

6李国勇，谢克明，杨丽娟.《计算机仿真技术与CAD》电子工业出版社，2007

7孙树朴等.《电力电子技术》中国矿业大学出版社，1999

8林渭勋.《现代电力电子技术》浙江大学出版社，2002

9邵丙衡.《电力电子技术》中国铁道出版社，1997

10叶斌.《电力电子技术习题集》中国铁道出版社，1995

电气与信息工程系课程设计评分表

项目

评价

设计方案的合理性与创造性

开发板焊接及其调试完成情况

硬件设计或软件编程完成情况

硬件测试及软件调试结果*

设计说明书质量

设计图纸质量

答辩汇报的条理性和独特见解

答辩中对所提问题的回答情况

完成任务情况

独立工作能力

组织纪律性（出勤率）

综合评分

指导教师签名：

____________

日期：

___________

注：

表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；

此表装订在课程设计说明书的最后一页。

课程设计说明书装订顺序：

封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。