三相橋式全控整流器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

整流電路技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用極廣，整流電路就是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。本文主要介紹三相橋式全控整流電路的主電路和觸發(fā)電路的原理及控制電路圖,由工頻三相電壓380V經(jīng)升壓變壓器后由SCR(可控硅)再整流為直流供負(fù)載用。但是由于工藝要求大功率,大電流,高電壓,因此控制比較復(fù)雜,特別是觸發(fā)電路部分必須一一對(duì)應(yīng),否則輸出的電壓波動(dòng)大甚至還有可能短路造成設(shè)備損壞。 本電路圖主要由芯片C8051-F020微控制器來(lái)控制并在不同的時(shí)刻發(fā)出不同的脈沖信號(hào)去控制6個(gè)SCR。在負(fù)載端取出整流電壓,負(fù)載電流到C8051-F020模擬口,然后由MCU處理后發(fā)出信號(hào)控制SCR的導(dǎo)通角的大小。 在本課題設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中,我們使用matlab數(shù)學(xué)仿真及altium Designer軟件,并最終實(shí)現(xiàn)電路改造設(shè)計(jì),并達(dá)到預(yù)期的效果。

關(guān)鍵字：KEIL-C；電力電子；三相；整流；

目錄

1.要求

（1）認(rèn)真查閱選用器件的技術(shù)資料，參考教材中的相關(guān)內(nèi)容，選擇合適的構(gòu)成方案，繪制總體結(jié)構(gòu)圖。

（2）設(shè)計(jì)并繪制完整的電路原理圖。

（3）按照計(jì)算電路參數(shù)和仿真波形的需要，繪制仿真電路圖；并進(jìn)行電路的計(jì)算仿真。

（4）通過(guò)計(jì)算和仿真，選擇電路圖中所有元器件，列出清單，包括器件名稱，型號(hào)或規(guī)格、封裝形式，數(shù)量等；對(duì)變壓器要說(shuō)明容量和連接方式，每個(gè)繞組的電壓和電流。

（5）在選定電路參數(shù)下通過(guò)仿真獲取至少6個(gè)主要點(diǎn)的波形，建議如下：整流器交流側(cè)電壓波形、整流器輸出端濾波前和濾波后的電壓波形、輸出電壓波形、晶閘管觸發(fā)脈沖波形、晶閘管承受電壓波形等。

（6）給出整流器的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

（7）總結(jié)設(shè)計(jì)工作，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。

2.整個(gè)設(shè)計(jì)主要分為主電路、觸發(fā)電路、保護(hù)電路三個(gè)部分

三相橋式全控整流電路大多用于向阻感負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載供電（即用于直流電機(jī)傳動(dòng)），下面主要分析阻感負(fù)載時(shí)的情況，因?yàn)閹Х措妱?dòng)勢(shì)阻感負(fù)載的情況，與帶阻感負(fù)載的情況基本相同。      

當(dāng)α≤60度時(shí)，ud波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。

區(qū)別在于負(fù)載不同時(shí)，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電流 id 波形不同，電阻負(fù)載時(shí) ud 波形與 id 的波形形狀一樣。而阻感負(fù)載時(shí)，由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線。圖2-2和圖2-3分別給出了三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載α=0度和α=30度的波形。      

圖2-2中除給出ud波形和id波形外，還給出了晶閘管VT1電流 iVT1 的波形，可與帶電阻負(fù)載時(shí)的情況進(jìn)行比較。由波形圖可見(jiàn)，在晶閘管VT1導(dǎo)通段，iVT1波形由負(fù)載電流 id 波形決定，和ud波形不同。  

圖2-3中除給出ud波形和 id 波形外，還給出了變壓器二次側(cè)a相電流 ia 的波形，在此不做具體分析。

當(dāng)α＞60度時(shí)，阻感負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同，電阻負(fù)載時(shí)ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分，而阻感負(fù)載時(shí)，由于電感L的作用，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。圖2-4給出了α=90度時(shí)的波形。若電感L值足夠大，ud中正負(fù)面積將基本相等，ud平均值近似為零。這說(shuō)明，帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的α角移相范圍為90度。

3保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

3.1晶閘管的過(guò)電壓保護(hù)

晶閘管的過(guò)電壓能力較差，當(dāng)它承受超過(guò)反向擊穿電壓時(shí)，會(huì)被反向擊穿而損壞。如果正向電壓超過(guò)管子的正向轉(zhuǎn)折電壓，會(huì)造成晶閘管硬開(kāi)通，不僅使電路工作失常，且多次硬開(kāi)關(guān)也會(huì)損壞管子。因此必須抑制晶閘管可能出現(xiàn)的過(guò)電壓，常采用簡(jiǎn)單有效的過(guò)電壓保護(hù)措施。  對(duì)于晶閘管的過(guò)電壓保護(hù)可參考主電路的過(guò)電壓保護(hù)，我們使用阻容保護(hù)，電路圖如圖4

常見(jiàn)的過(guò)電流保護(hù)有：快速熔斷器保護(hù)，過(guò)電流繼電器保護(hù)，直流快速開(kāi)關(guān)過(guò)電流保護(hù)。   

快速熔斷器保護(hù)是最有效的保護(hù)措施；過(guò)電流繼電器保護(hù)中過(guò)電流繼電器開(kāi)關(guān)時(shí)間長(zhǎng)（只有在短路電流不大時(shí)才有用；直流快速開(kāi)關(guān)過(guò)電流保護(hù)功能很好，但造價(jià)高，體積大，不宜采用）。因此，最佳方案是用快速熔斷器保護(hù)。如圖5

3.3觸發(fā)電路與主電路的同步

所謂的同步，就是要求觸發(fā)脈沖和加于晶閘管的電源電壓之間必須保持頻率一致和相位固定。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)，利用一個(gè)同步變壓器，將其一側(cè)接入為主電路供電的電網(wǎng)，其二次側(cè)提供同步電壓信號(hào)，這樣，由同步電壓決定的觸發(fā)脈沖頻率與主電路晶閘管電壓頻率始終保持一致的。再是觸發(fā)電路的定相，即選擇同步電壓信號(hào)的相位，以保證觸發(fā)電路相位正確。

4.參數(shù)的選擇

我們選用國(guó)產(chǎn)50A GTO。參數(shù)如下.選用電阻20歐姆。  正向阻斷電壓:1000～1500Ⅴ,受反壓，陽(yáng)極可關(guān)斷電流：30、50A擎柱電流0.5～2.5正向觸發(fā)電流：200～800MA，反向關(guān)斷電流：6～10A，開(kāi)通時(shí)間：<6us,m關(guān)斷時(shí)間:<10us,工作頻率：<3KHz,允許du/dt>500V/us,允許di/dt>100A/us,正管壓降2～4V關(guān)斷增益：

5.  變壓器設(shè)計(jì)

很多情況下晶閘管整流裝置所要求的變流供電壓與電網(wǎng)電壓往往不能一致，同時(shí)又為了減少電網(wǎng)與整流裝置的相互干擾，可配置整流變壓器。  我們假設(shè)變壓器是理想的。U2 =Ud /2.34≈85.5V.所以變壓器的匝數(shù)比為 380/85.5=760/171.變壓器一、二次容量為S2=3 U2 I2=3*85.5*0.816Id。  晶閘管阻容吸收元件參數(shù)可按下表所提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取，電容耐壓一般選晶閘管額定電壓1.1～1.5倍。

由題意用電容為0.2UF，電容耐壓為900) V;電阻為40歐姆。   對(duì)于主電路的保護(hù)，電容C=6I0%SФ/U2/U2,電阻R≥2.3 U2* U2   對(duì)于晶閘管的過(guò)電流保護(hù)，快速熔斷器的熔體采用一定的銀質(zhì)熔絲，周圍充以 石英砂填料，構(gòu)成封閉式熔斷器。選擇快熔，要考慮一下幾點(diǎn)：

（1）快熔的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓。

（2）快熔的額定電流應(yīng)大于或等于內(nèi)部熔體的額定電流。

（3）熔體的額定電流是有效值。根據(jù)以上特點(diǎn)，我們選用國(guó)產(chǎn)RLS系列的RLS-50快速熔斷器。

打開(kāi)仿真參數(shù)窗口，選擇ode123tb算法，將相對(duì)誤差設(shè)置1e-3，仿真開(kāi)始時(shí)間設(shè)置為0，停止時(shí)間設(shè)置為0.04秒。在下面的仿真圖中Ud、Id為負(fù)載電壓（V）和負(fù)載電流（A）。

（1）觸發(fā)角為0度是的波形

（2）觸發(fā)角為30度時(shí)的波形

（2）發(fā)角為60度時(shí)的波形

（3）發(fā)角為90度時(shí)的波形

電力電子技術(shù)是一門基礎(chǔ)性和支持很強(qiáng)的技術(shù)，通過(guò)本次課程設(shè)計(jì) ，我對(duì)電力電子技術(shù)這門課有了更深的了解，對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)有了更好的掌握。 本次設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的是三相橋式全控整流電路，開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)我遇到了很多的問(wèn)題，好在后來(lái)經(jīng)過(guò)仔細(xì)查閱資料，各類圖書(shū)，以及老師和同學(xué)的幫助，問(wèn)題得到了很好的解決。在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中我培養(yǎng)了自己獨(dú)立工作的能力，增強(qiáng)了自信心，為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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