三相半波整流電路的設(shè)計(jì)

1、電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告 (2014 2015學(xué)年 第二學(xué)期系 別 信息與控制工程系題 目 三相半波整流電路的設(shè)計(jì) 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)學(xué) 號(hào)姓 名指導(dǎo)教師完成時(shí)間評(píng)定成績(jī) 目 錄第一章 引言 . 3 第二章 方案設(shè)計(jì)分析 . 4 第三章 主電路原理分析及主要元器件選擇 . 5 3.1主電路原理分析 . . 5 3.2主要元器件選擇 . . 8 第四章 觸發(fā)電路與保護(hù)電路的設(shè)計(jì) . 9 4.1觸發(fā)電路的設(shè)計(jì) . . 9 4.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì) . . 10 第五章 心得體會(huì) . 11 第六章 參考文獻(xiàn) . 12第一章 引言整流電路是出現(xiàn)最早的電力電子電路,將交流電變?yōu)橹绷麟?電路形式多種

2、多樣。當(dāng)整 流負(fù)載容量較大,或要求直流電壓脈動(dòng)較小時(shí),應(yīng)采用三相整流電路。其交流側(cè)由三相電 源供電。三相可控整流電路中,最基本的是三相半波可控整流電路,應(yīng)用最為廣泛的是三 相橋式全控整流電路、以及雙反星形可控整流電路、十二脈波可控整流電路等,均可在三 相半波的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)一三相半波整流電路,直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載,電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)如下:Unom=220V, Inom=308A, nnom=1000r/min, Ce=0.196V min/r, Ra=0.18。第二章 方案設(shè)計(jì)分析本文主要完成三相半波整流電路的設(shè)計(jì),通過(guò) MATLAB 軟件的 SIMULINK 模塊建模 并仿真,進(jìn)而得到仿真電壓電流

3、波形。分析采用三相半波整流電路反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載電路,如圖 2.1所示。為了得到零線,變壓 器二次側(cè)必須接成星形,而一次側(cè)接成三角形,避免 3次諧波流入電網(wǎng)。三個(gè)晶閘管分別 接入 a 、 b 、 c 三相電源,它們的陰極連接在一起,稱為共陰極接法,這種接法觸發(fā)電路有 公共端,連線方便。圖 2.1 三相半波整流電路共陰極接法反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載原理圖直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載除本身有電阻、電感外,還有一個(gè)反電動(dòng)勢(shì) E 。如果暫不考慮電動(dòng)機(jī) 的電樞電感時(shí),則只有當(dāng)晶閘管導(dǎo)通相的變壓器二次電壓瞬時(shí)值大于反電動(dòng)勢(shì)時(shí)才有電流 輸出。此時(shí)負(fù)載電流時(shí)斷續(xù)的,這對(duì)整流電路和電動(dòng)機(jī)負(fù)載的工作都是不利的,實(shí)際應(yīng)用 中要盡量避免出現(xiàn)負(fù)載電流

4、斷續(xù)的工作情況。 第三章 主電路原理分析及主要元器件選擇3.1主電路原理分析主電路理論圖如圖 1所示。假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管,并用 VD 表示,該電 路就成為三相半波不可控整流電路。此時(shí),三個(gè)二極管對(duì)應(yīng)的相電壓中哪一個(gè)的值最大, 則該相對(duì)應(yīng)的二極管導(dǎo)通,并使另兩相的二極管承受反壓關(guān)斷,輸出整流電壓即為該相的 相電壓。在相電壓的交點(diǎn)處,均出現(xiàn)了二極管換相,即電流由一個(gè)二極管向另一個(gè)二極管 轉(zhuǎn)移,稱這些交點(diǎn)為自然換相點(diǎn)。自然換相點(diǎn)是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻,將其 作為計(jì)算各晶閘管觸發(fā)角 的起點(diǎn),即 =0。,要改變觸發(fā)角只能是在此基礎(chǔ)上增大它, 即沿時(shí)間坐標(biāo)軸向右移。當(dāng)三個(gè)晶閘管的觸發(fā)

5、角為 0°時(shí),相當(dāng)于三相半波不可控整流電路的情況。增大 值, 將脈沖后移,整流電路的工作情況相應(yīng)的發(fā)生變化。設(shè)變壓器二次側(cè)電壓有效值為 220V2sin30=155.54V。 。 若反電動(dòng)勢(shì)小于 155.54V 時(shí),整流電路相當(dāng)于工作在阻感負(fù)載情況下 nnom=1000r/min(因?yàn)樵谧匀粨Q相點(diǎn)處晶閘管導(dǎo)通,負(fù)載電壓等于相電壓。根 據(jù) 任 務(wù) 書 所 給 電 機(jī) 參 數(shù) , 當(dāng) 電 機(jī) 空 載 轉(zhuǎn) 速 為 , 且 穩(wěn) 定 運(yùn) 行 時(shí) , 反 電 動(dòng) 勢(shì) 為 E 196n o m e n C V =。晶閘管的觸發(fā)角為 0°時(shí),波形圖如圖 3.1所示,從上到下波形依次是三相交

6、流電壓波 形,觸發(fā)脈沖波形,負(fù)載電壓波形,晶閘管電壓波形。 圖 3.1觸發(fā)角為 0°時(shí)的波形觸發(fā)角較小時(shí),在觸發(fā)脈沖發(fā)出時(shí)交流電壓還沒有達(dá)到 196V ,晶閘管不導(dǎo)通,到 196V 以 后在觸發(fā)脈沖的作用下晶閘管導(dǎo)通; 換相后 VT1關(guān)斷, 在 VT2導(dǎo)通期間, uvt1= ua- ub= uab; VT3導(dǎo)通期間, uvt1= ua- uc= uac。 觸發(fā)角變大后,可以實(shí)現(xiàn)在觸發(fā)脈沖發(fā)出時(shí)電壓達(dá)到 196V ,晶閘管直接導(dǎo)通,如圖 3所示,觸發(fā)角為 60°,從上到下波形依次是三相交流電壓波形,觸發(fā)脈沖波形,負(fù)載電壓波形,晶閘管電壓波形。 圖 3.2 觸發(fā)角為 60

7、76;時(shí)的波形觸發(fā)角為當(dāng) 60°時(shí),當(dāng) 錯(cuò)誤!未找到引用源。 過(guò)零時(shí),由于電感的存在,阻止了電流的 下降,因而 錯(cuò)誤!未找到引用源。 繼續(xù)導(dǎo)通,直到下一相晶閘管 錯(cuò)誤!未找到引用源。 的 觸發(fā)脈沖到來(lái),才發(fā)生換流,由 錯(cuò)誤!未找到引用源。 導(dǎo)通向負(fù)載供電,同時(shí)向 錯(cuò)誤!未 找到引用源。 施加反相電壓使其關(guān)斷。這種情況下 錯(cuò)誤!未找到引用源。 波形中出現(xiàn)負(fù)的 部分,若 錯(cuò)誤!未找到引用源。 錯(cuò)誤!未找到引用源。 波形中負(fù)的部分將增多,至 錯(cuò)誤! 未找到引用源。 錯(cuò)誤!未找到引用源。 波形中正負(fù)面積相等, 錯(cuò)誤!未找到引用源。 的平 均值為零。由此可見阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為 90

8、6;。由于負(fù)載電流連續(xù), 錯(cuò)誤!未找到引用源。 可由式(3-1求出,即 錯(cuò)誤!未找到引用 源。 /錯(cuò)誤!未找到引用源。 與 成余弦關(guān)系,如圖 4中曲線 2所示。如果負(fù)載中的電感量 不是很大,則當(dāng) >30°后,與電感量足夠大的情況相比較, ud 中負(fù)的部分可能減少,整流 電壓平均值 ud 略為增加, 錯(cuò)誤!未找到引用源。 /錯(cuò)誤!未找到引用源。 與 的關(guān)系將介 于圖 4中的曲線 1和 2之間,曲線 3給出了這種情況的一個(gè)例子。變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值 I2可由式(3-2求出,即(3-2 由此晶閘管的額定電流 IVT(AV可由式(3-3求出,即(3-3晶閘管兩端電壓波形如

9、圖 3所示,由于負(fù)載電流連續(xù),晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值,即(3-4 圖 3.3 三相半波可控整流電路 錯(cuò)誤!未找到引用源。 /錯(cuò)誤!未找到引用源。 與 的關(guān)系id 波形有一定的脈動(dòng),這是電路工作的實(shí)際情況,因?yàn)樨?fù)載中電感量不可能也不必非 常大,往往只要能保證負(fù)載電流連續(xù)即可,這樣 id 是有波動(dòng)的,不是完全平直的水平線。 通常,為簡(jiǎn)化分析及定量計(jì)算,可以將 id 近似為一條水平線,這與的近似對(duì)分析和計(jì)算的 準(zhǔn)確性并不產(chǎn)生很大影響。三相半波整流電路的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次電流中含有直流分量,因此其應(yīng)用較 少。03060901201500.40.81.21.17/(

10、76;U d /U 220.577VTd dI I I I =( 0.3681.57d VT AV VTI I I =22.45FM RM U U U = 177.8 VTI A = 3.2主要元器件選擇設(shè)變壓器原邊電壓 U1=380V,副邊電壓 U2=220V,根據(jù)要求電機(jī)的額定電壓為 Unom=220V,由三相半波整流電路的工作原理知 21.17dU U cos=,故可得 =31.3°。即當(dāng) 觸發(fā)角為 31.3°時(shí),三相半波整流電路輸出的電壓即為電機(jī)的額定電壓。由式(3-4知 晶閘管峰值電壓 UFM=2.45錯(cuò)誤! 未找到引用源。 D_Dd_ D_Dd_晶閘管電流安全裕

11、量需是額定值的 1.52倍,故 I=(1.52IVT/1.57=170226.7A。故晶閘管的電壓范圍 10781617V,電流范圍 170226.7A。3平波電抗器參數(shù)選擇:電抗值可由得到, Idmin 為最小電流,即電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的電 誤!未找到引 min220196133.30.18d e nomdaU C n V VI AR-=第四章 觸發(fā)電路與保護(hù)電路的設(shè)計(jì)4.1觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)如圖 5所示為觸發(fā)電路。 由三片集成觸發(fā)電路芯片 KJ004和一片集成雙脈沖發(fā)生 器芯片 KJ041形成六路雙脈沖,再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大,即構(gòu)成完整的。觸發(fā)電路 產(chǎn)生的觸發(fā)信號(hào)用接插線與主電路各晶閘管相連接

12、。該電路可分為同步、鋸齒波形成、移 相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個(gè)環(huán)節(jié)。 圖 4.1 三相半波整流電路觸發(fā)電路VT 1u VT 2VT 3VT 4VT 5VT 64.2保護(hù)電路的設(shè)計(jì)電力電子電路中保護(hù)電路包括過(guò)電壓保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)。過(guò)電壓保護(hù)一般采用 RC 過(guò)電壓抑制電路, RC 過(guò)電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩 端或電力電子電路的直流側(cè)。過(guò)電流保護(hù)分為過(guò)載和短路兩種情況,一般過(guò)電流保護(hù)措施常采用快速熔斷器、直流 快速熔斷器和電流繼電器。在本設(shè)計(jì)的保護(hù)電路中對(duì)變壓器一次側(cè)和二次側(cè)分別加上熔斷 器對(duì)其進(jìn)行保護(hù),對(duì)電機(jī)加上一個(gè)過(guò)載保護(hù)熔斷器,如圖 6所示。圖 4.2 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)電力電子

13、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第五章 心得體會(huì) 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)三相半波整流電路，讓我有很多感受和體會(huì)，深切的感受到了電子 技術(shù)在日常生活中的廣泛應(yīng)用，更加理解理論聯(lián)系實(shí)際的意義，為以后的工作、學(xué)習(xí)奠定 了基礎(chǔ)。 設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要參考書本上知識(shí)，還要有些自己的東西加進(jìn)去，設(shè)計(jì)出電路以后可 以考慮從另一個(gè)方面著手再設(shè)計(jì)一個(gè)方案，看可行性如何，盡可能的將各種方案的優(yōu)點(diǎn)集 中到一個(gè)方案上來(lái)。 完成了本次課程設(shè)計(jì)，有種如釋重負(fù)的感覺，同時(shí)也感到一點(diǎn)點(diǎn)自豪，可以用學(xué)到的 知識(shí)完成一個(gè)看似平常但卻包含很多知識(shí)的器件，大大提高了學(xué)習(xí)電子技術(shù)的積極性。這 不僅僅是個(gè)人的成功，還得多虧同學(xué)們的幫助才能順利完成本次設(shè)計(jì)。以后的學(xué)習(xí)生活中， 大家更要相互幫助、學(xué)習(xí)，集思才能廣益，才能創(chuàng)作出好的作品。希望以后會(huì)有更多的讓 自己動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)來(lái)提高自己的實(shí)踐能力。同時(shí)，在平時(shí)要要求自己多看書，多查閱相 關(guān)資料，完備自己的知識(shí)體系，相信在以后的實(shí)踐活動(dòng)中會(huì)做出更好的作品。 電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第六章 參考文獻(xiàn) 1 王兆安，黃俊.電力電子技