1、學校名稱：論文性質(zhì)：論文題目：三相橋式全控整流電路設計鍵入文檔副標題鍵入作者姓名選取日期班級：姓名：學號：論文編號：目 錄1. 緒論.12. 主電路設計及原理.22.1總體框架圖.22.2 三相橋式全控整流電路的原理.22.3 實驗內(nèi)容.53. 單元電路設計.73.1 主電路.73.2 觸發(fā)電路.73.3 保護電路.83.4 硬件電路PCB版圖.113.4.1 頂層視圖.113.4.2 底層視圖.123.4.3 頂層覆蓋圖.123.4.4 3D視圖.134 .電路分析與仿真.144.1 帶電阻負載的波形分析.144.2 三相橋式全控整流電路定量分析.16 4.2.1 仿真模型圖.19 4.2.

2、2 仿真實驗結論.195. 結論.206. 參考文獻.227. 附錄.23第一章 緒論整流電路技術在工業(yè)生產(chǎn)上應用極廣。如調(diào)壓調(diào)速直流電源、電解及電鍍的直流電源等。整流電路就是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動機的調(diào)速、發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領域得到廣泛應用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負載之間，用于濾除脈動直流電壓中的交流成分。變壓器設置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的

3、電隔離（可減小電網(wǎng)與電路間的電干擾和故障影響）。整流電路的種類有很多，有半波整流電路、單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流電路、三相橋式半控整流電路、三相橋式全控整流電路等。把交流電變換成大小可調(diào)的單一方向直流電的過程稱為可控整流。整流器的輸入端一般接在交流電網(wǎng)上。為了適應負載對電源電壓大小的要求，或者為了提高可控整流裝置的功率因數(shù)，一般可在輸入端加接整流變壓器，把一次電壓U1，變成二次電壓U2。由晶閘管等組成的全控整流主電路，其輸出端的負載，我們研究是電阻性負載、電阻電感負載（如直流電動機的勵磁繞組，滑差電動機的電樞線圈等）。以上負載往往要求整流能輸出在一定范圍內(nèi)變化的直流電壓。為此，只要

4、改變觸發(fā)電路所提供的觸發(fā)脈沖送出的早晚，就能改變晶閘管在交流電壓U2一周期內(nèi)導通的時間，這樣負載上直流平均值就可以得到控制。第二章 主電路設計及原理2.1 總體框架圖交流源220V主變壓器觸發(fā)脈沖主電路保護電路圖2.1 總體框架圖2.2 三相橋式全控整流電路的原理一般變壓器一次側(cè)接成三角型，二次側(cè)接成星型，晶閘管分共陰極和共陽極。一般1、3、5為共陰極，2、4、6為共陽極。（1）2管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器件。（2）對觸發(fā)脈沖的要求：1)按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。2)共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差

5、120，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120。3)同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。（3）Ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。（4）需保證同時導通的2個晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）（5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也相同。三相橋式全控整流電路實質(zhì)上是三相半波共陰極組與共陽極組整流電路的串聯(lián)。在任何時刻都必須有兩個晶閘管導通才能形成導電回路，其中一個晶閘管是共陰極組的，另一個晶閘管是共陽組的。 6 個晶閘管導通的順序是

6、按 VT6 VT1 VT1 VT2 VT2 VT3 VT3 VT4 VT4 VT5 VT5 VT6 依此循環(huán)，每隔 60 有一個晶閘管換相。為了保證在任何時刻都必須有兩個晶閘管導通，采用了雙脈沖觸發(fā)電路，在一個周期內(nèi)對每個晶閘管連續(xù)觸發(fā)兩次，兩次脈沖前沿的間隔為 60 。三相橋式全控整流電路原理圖如右圖所示。 三相橋式全控整流電路用作有源逆變時，就成為三相橋式逆變電路。由整流狀態(tài)轉(zhuǎn)換到逆變狀態(tài)必須同時具備兩個條件：一定要有直流電動勢源，其極性須和晶閘管的導通方向一致，其值應稍大于變流器直流側(cè)的平均電壓；其次要求晶閘管的 a 90 ，使 U d 為負值。 三相橋式全控整流電路 原理圖2.3 實驗

7、內(nèi)容 接線 在實驗裝置斷電的情況下，按三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗線路圖及接線圖進行接線。圖中的 可調(diào)電阻器 R p ，選用 MEL 03 中的其中一組可調(diào)電阻器并聯(lián)， R p 的初始電阻值應調(diào)到最大值。 觸發(fā)電路調(diào)試 將 MCL 32 電源控制屏的電源開關撥向“開”的位置，接通控制電路電源紅色指示燈亮 。 檢查晶閘管的 觸發(fā) 脈沖是否正常 。用示波器觀察 MCL 33 脈沖觀察孔“ 1 ” “ 6 ” ，應有相互間隔 60 o ，幅度相同的雙脈。 用示波器觀察每只晶閘管的控制極、陰極，應有幅度為 1V 2V 的脈沖。 調(diào)節(jié) MCL 31 的給定電位器 RP1 使 U g 0V ，然后調(diào)

8、節(jié)偏移電壓 U b 使 a 150 o ，逐漸 調(diào)節(jié) 給定電壓 U g ，觀察 觸發(fā)脈沖移相范圍是否滿足 a 30 150 。 三相橋式全控整流電路 調(diào)節(jié) MCL 31 的給定電位器 RP1 使 U g 0V 。 將主電路開關 S1 撥向左邊短接線端接通電阻負載，將 R d 調(diào)至最大值 (450 W ) 。 按下 MCL 32 電源控制屏的“閉合”按鈕，接通 主電路電源 綠色指示燈亮。 調(diào)節(jié) MCL 31 的給定電位器 RP1 使 a 90 ， 用示波器觀察記錄 整流電路輸出電壓 U d f （ t ）以及晶閘管兩端電壓 U VT f （ t ）的波形。采用類似方法，分別 觀察記錄 a 30

9、、 a 60 時 U d f （ t ）、 U VT f （ t ）的波形。 三相橋式有源逆變電路 調(diào)節(jié) MCL 31 的給定電位器 RP1 使 U g 0V 。 按 MCL 32 電源控制屏 的“斷開”按鈕，切斷主電路電源 紅色指示燈亮 ， 將主電路開關 S1 撥向右邊的不可控整流橋接線端，將 R d 調(diào)至最大值 (450 W ) 。 按下 MCL 32 電源控制屏的“閉合”按鈕，接通 主電路電源 綠色指示燈亮。 調(diào)節(jié) MCL 31 的給定電位器 RP1 ，使 a 90 ， 用示波器觀察記錄逆變 電路輸出電壓 U d f （ t ）以及晶閘管兩端電壓 U VT f （ t ）的波形。采用類似

10、方法，分別 觀察記錄 a 120 、 a 150 時 U d f （ t ）、 U VT f （ t ）的波形。 五實驗報告 繪制 三相橋式全控整流電路控制角 a 為 30 、 60 、 90 時 U d f （ t ）、 U VT f （ t ）波形。 繪制 三相橋式有源逆變電路控制角 a 為 90 、 120 、 150 時 U d f （ t ）、 U VT f （ t ）波形。 簡述通過 實驗的心得體會及建議。 三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗線路圖及接線圖 第三章 單元電路設計3.1 主電路主電路為帶電阻負載的三相橋式電路, 用protel繪制如下所示:圖3.1 主電路圖3.2 觸

11、發(fā)電路觸發(fā)脈沖的寬度應保證晶閘管開關可靠導通（門極電流應大于擎柱電流），觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度，不超過門極電壓、電流和功率，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)，應有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離晶閘管可控整流電路，通過控制觸發(fā)角a的大小即控制觸發(fā)脈沖起始相位來控制輸出電壓大小。為保證相控電路正常工作，很重要的是應保證按觸發(fā)角a的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。晶閘管相控電路，習慣稱為觸發(fā)電路。大、中功率的變流器廣泛應用的是晶體管觸發(fā)電路，其中以同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路應用最多?？煽啃愿?，技術性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代

12、分立式電路。此處就是采用集成觸發(fā)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。KJ004組成分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。KJ004觸發(fā)電路為模擬的觸發(fā)電路,其組成為：3個KJ004集成塊和1個KJ041集成塊，可形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進行脈沖放大,即可得到完整的三相全控橋觸發(fā)電路, 用protel繪制的完整觸發(fā)電路如下所示：圖3.2.2 完整觸發(fā)電路圖3.3 保護電路我們不可能從根本上消除生產(chǎn)過程過電壓的根源，只能設法將過電壓的副值抑制到安全限度之內(nèi)，這是過電壓保護的基本思想。抑制過電壓的方法不外乎三種：用非線性元件限制過電壓的副度，用電阻消耗生產(chǎn)過電壓的能量，用儲能元件吸收生產(chǎn)

13、過電壓的能量。 對于非線性元件，不是額定電壓小，使用麻煩，就是不宜用于抑制頻繁出現(xiàn)過電壓的場合。所以我們選用用儲能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量的保護。使用RC吸收電路，這種保護可以把變壓器繞組中釋放出的電磁能量轉(zhuǎn)化為電容器的電場能量儲存起來。由于電容兩端電壓不能突變，所以能有效抑制過電壓，串聯(lián)電阻消耗部分產(chǎn)生過電壓的能量，并抑制LC回路的震動。如圖3.3.1圖3.3.1 RC吸收電路(1)晶閘管的過電壓保護晶閘管的過電壓能力比一般的電器元件差，當它承受超過反向擊穿電壓時，也會被反向擊穿而損壞。如果正向電壓超過管子的正向轉(zhuǎn)折電壓，會造成晶閘管硬開通，不僅使電路工作失常，且多次硬開關也會損壞管子。因此

14、必須抑制晶閘管可能出現(xiàn)的過電壓，常采用簡單有效的過電壓保護措施。對于晶閘管的過電壓保護可參考主電路的過電壓保護，我們使用阻容保護，電路圖如圖3.3.2圖3.3.2 阻容保護電路(2)晶閘管的過電流保護 在整流中造成晶閘管過電流的主要原因是：電網(wǎng)電壓波動太大負載超過允許值，電路中管子誤導通以及管子擊穿短路等。所以我們要設置保護措施，以避免損害管子。 常見的過電流保護有：快速熔斷器保護，過電流繼電器保護，限流與脈沖移相保護，直流快速開關過電流保護。 快速熔斷器保護是最有效，使用最廣泛的一種保護措施；快速熔斷器的接法有三種：橋臂串快熔，這是一種最直接可靠的保護；交流側(cè)快熔，直流側(cè)快熔，這兩種保護接法

15、雖然簡單，但保護效果不好。 過電流繼電器保護中過電流繼電器開關時間長（約幾百毫秒）只有在短路電流不大時才有用。限流與脈沖移相保護電路保護比較復雜。直流快速開關過電流保護功能很好，但造價高，體積大，不宜采用。 總結的結果：最佳方案是選用快速熔斷器保護，并采用橋臂串快熔接法。 圖 63.4 硬件電路PCB板圖3.4.1 頂層視圖圖193.4.2 底層視圖圖3.4.2 PCB底層視圖3.4.3 頂層覆蓋圖圖3.4.3 PCB頂層覆蓋圖3.4.4 3D視圖圖3.4.4 PCB3D視圖第四章 電路分析與仿真4.1 帶電阻負載的波形分析(1)當a60時，ud波形均連續(xù)，對于電阻負載，id波形與ud波形形狀

16、一樣，也連續(xù)。波形圖：a =0（圖4.1）；a =30（圖4.2）；a =60（圖4.3） （2)當a60時，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負值波形圖： a =90（圖4.4） (3)帶電阻負載時三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120 （4）晶閘管及輸出整流電壓的情況如表4-1所示 ：表4-1時段IIIIIIIVVVI共陰級組中導通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陰級組中導通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓ua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb圖4.1 =0圖4.2 =

17、30 圖4.3 =60 圖4.4 =904.2 三相橋式全控整流電路定量分析1.當整流輸出電壓連續(xù)時（即帶阻感負載時，或帶電阻負載a60時）的平均值為： 2.帶電阻負載且a 60時，整流電壓平均值為：輸出電流平均值為 ：Id=Ud /R 3.晶閘管額定電流、額定電壓的選擇：（1）晶閘管承受最大正向電壓為，為變壓器二次線電壓峰值，即 （2）晶閘管陽極與陰極間的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即 （3）輸出電壓Ud為0200V，負載電阻R=2，輸出負載電流為：（4）晶閘管上流過電流為： 選用晶閘管時，額定電壓要留有一定裕量通常取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓的23倍。額定電流也要

18、留一定裕量，一般取額定電流為通態(tài)平均電流的1.52倍。4.仿真實驗基本參數(shù)組:整流變壓器輸出相電壓為100V,負載R=2。輸出電壓為200 V。4.2.1 仿真模型圖圖 4.2.1 仿真模型圖4.2.2 仿真實驗結論通過仿真實驗和多組仿真實驗結果對比分析可知，當觸發(fā)角發(fā)生改變時，電路的工作情況也發(fā)生變化。增大ud平均值降低，Id也隨之降低，三相電源電流大小下降，三相電源電流波形、負載電流波形、負載電壓波形波紋變大。加入濾波電容和濾波電感，使得諧波含量減少，波形更加平緩光滑第五章 結論這是繼單片機課程設計之后的第二個學科課程設計。這次我的課程設計題目是三相橋式全控整流電路的設計，由于這是電力電子

19、技術課程的重點，老師也反復強調(diào)的知識點，所以這個知識點我掌握的比較透徹，這次課程設計的基本原理自然也基本上理解了。整個課程設計的過程中，重點難道還是在protel原理圖的繪制和PCB板的繪制。在弄懂了設計原理后，首先要用MATLAB進行仿真，用Simulink搭建模塊，進行仿真實驗，根據(jù)要求設計相關參數(shù)，模塊搭建好后，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)角得到了不同的波形。由于開始沒有加濾波裝置，所得仿真波形與理論結果還是有較大差別的，后來在老師的提醒后加入了濾波裝置，才得到比較理想的波形。由于觸發(fā)電路比較復雜，所以直接使用了Simulink里面原有的脈沖發(fā)生模塊。在仿真實驗中比較關鍵的是參數(shù)的設置。仿真做完了之后是

20、做硬件實驗，由于條件所限老師只讓我們畫出電路板就可以了。硬件部分是這次課程設計的重點難點，尤其是畫PCB板。畫PCB板一般是用Protel軟件，由于之前沒有接觸過Protel，所以在接到任務后馬上去圖書館借了兩本關于Protel速成使用的參考書。經(jīng)過突擊對Protel的使用基本上有了了解。首先是畫原理圖，原理圖中的觸發(fā)模塊和保護模塊都是直接使用課本上的。由于許多元件Protel都沒有，還得自己畫，特別注意要封裝。關鍵是接下來把原理圖轉(zhuǎn)化為PCB板。這涉及到許多步驟，如敷銅走線等，布線時先手工布線得到一個電路的大體布局，再使用自動布線。這一步是在其他同學的幫助下完成的。通過此次課程設計，我從完全

21、不懂到逐漸了解，再到基本學會使用Matlab和Protel,它們都是與我們專業(yè)密切聯(lián)系的軟件。其中掌握了用Matlab對電力電子電路進行仿真，觀察波形，調(diào)整參數(shù)等操作，也涉及了Protel的使用，初步學會了原理圖SCHDOC的繪制，了解PCB板繪制的一般流程。當然這次實驗有遇到了不少的困難，也出現(xiàn)了不少的錯誤，反映出基礎知識的某些地方還有薄弱的地方。通過自己查找資料，苦心探索實踐，與同學討論學習，使我進步了許多，學到了很多東西。不論是在基礎理論上還是思維能力、動手能力上都有了比較大的提高。此外，由于這次課程設計是兩人一組，經(jīng)過此次歷練后提高了我的協(xié)調(diào)合作能力。很高興有這么一次課程設計的機會，我

22、想它將對以后的學習和今后的工作帶來一定的好處。電力電子技術既是一門技術基礎課程，也是實用性很強的一門課程。因此，電力電子裝置的應用是十分重要的。電力電子裝置提供給負載的是各種不同的直流電源，恒頻交流電源和變頻交流電源，因此也可以說電力電子技術研究的也是電源技術。本文在熟悉三相橋式整流電路基本原理的基礎上，總結了一些主電路參數(shù)整定方法，討論了不同整定方案對系統(tǒng)性能的影響，總結出一些較為實用的方法和規(guī)律。本文也對三相橋式全控整流裝置相當于一個諧波發(fā)生器的理論進行了分析與介紹，強調(diào)采取必要措施抑制和消除諧波的重要性。參考文獻1 王兆安，黃俊. 電力電子技術M. 4版. 北京：機械工業(yè)出版社，2000

23、.2 黃俊，王兆安. 電力電子技術M. 3版. 北京：機械工業(yè)出版社，1993.3 陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng)M. 2版. 北京： 機械工業(yè)出版社，2006.4 陳治明. 電力電子器件基礎M. 北京：機械工業(yè)出版社，1992.5 林渭勛. 現(xiàn)代電力電子技術M. 北京：機械工業(yè)出版社，2006.6 趙可斌，陳國雄. 電力電子變流技術M. 上海：上海交通大學出版社，1993.7 張立，趙永健. 現(xiàn)代電力電子技術M. 北京：科學出版社，1992. 8 丁道宏. 電力電子技術M. 北京：航空工業(yè)出版社，1992.9 尹克寧. 電力工程M. 北京：中國電力出版社，2008.10 邵丙衡. 電力電子技術M. 北京：中國鐵道出版社，2007.附錄附錄一 元器件清單 CommentDescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantityCapCapacitorC1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11RAD-0.3Cap11DIODED1、 D2、 D3、