整流電路技術在工業(yè)生產(chǎn)上應用極廣，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,因此控制比較復雜,特別是觸發(fā)電路部分必須一一對應,否則輸出的電壓波動大甚至還有可能短路造成設備損壞。 本電路圖主要由芯片C8051-F020微控制器來控制并在不同的時刻發(fā)出不同的脈沖信號去控制6個SCR。在負載端取出整流電壓,負載電流到C8051-F020模擬口,然后由MCU處理后發(fā)出信號控制SCR的導通角的大小。 在本課題設計開發(fā)過程中,我們使用matlab數(shù)學仿真及altium Designer軟件,并最終實現(xiàn)電路改造設計,并達到預期的效果。

關鍵字：KEIL-C；電力電子；三相；整流；

目錄

1.要求

（1）認真查閱選用器件的技術資料，參考教材中的相關內(nèi)容，選擇合適的構成方案，繪制總體結構圖。

（2）設計并繪制完整的電路原理圖。

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

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

（5）在選定電路參數(shù)下通過仿真獲取至少6個主要點的波形，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）給出整流器的各項性能指標。

（7）總結設計工作，撰寫設計說明書。

2.整個設計主要分為主電路、觸發(fā)電路、保護電路三個部分

三相橋式全控整流電路大多用于向阻感負載和反電動勢阻感負載供電（即用于直流電機傳動），下面主要分析阻感負載時的情況，因為帶反電動勢阻感負載的情況，與帶阻感負載的情況基本相同。      

當α≤60度時，ud波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負載時十分相似，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)別在于負載不同時，同樣的整流輸出電壓加到負載上，得到的負載電流 id 波形不同，電阻負載時 ud 波形與 id 的波形形狀一樣。而阻感負載時，由于電感的作用，使得負載電流波形變得平直，當電感足夠大的時候，負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，可與帶電阻負載時的情況進行比較。由波形圖可見，在晶閘管VT1導通段，iVT1波形由負載電流 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α＞60度時，阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同，電阻負載時ud波形不會出現(xiàn)負的部分，而阻感負載時，由于電感L的作用，ud波形會出現(xiàn)負的部分。圖2-4給出了α=90度時的波形。若電感L值足夠大，ud中正負面積將基本相等，ud平均值近似為零。這說明，帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的α角移相范圍為90度。

3保護電路的設計

3.1晶閘管的過電壓保護

晶閘管的過電壓能力較差，當它承受超過反向擊穿電壓時，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4

常見的過電流保護有：快速熔斷器保護，過電流繼電器保護，直流快速開關過電流保護。   

快速熔斷器保護是最有效的保護措施；過電流繼電器保護中過電流繼電器開關時間長（只有在短路電流不大時才有用；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）。因此，最佳方案是用快速熔斷器保護。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。為實現(xiàn)這個，利用一個同步變壓器，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，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，陽極可關斷電流：30、50A擎柱電流0.5～2.5正向觸發(fā)電流：200～800MA，反向關斷電流：6～10A，開通時間：<6us,m關斷時間:<10us,工作頻率：<3KHz,允許du/dt>500V/us,允許di/dt>100A/us,正管壓降2～4V關斷增益：

5.  變壓器設計

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。   對于主電路的保護，電容C=6I0%SФ/U2/U2,電阻R≥2.3 U2* U2   對于晶閘管的過電流保護，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，構成封閉式熔斷器。選擇快熔，要考慮一下幾點：

（1）快熔的額定電壓應大于線路正常工作電壓。

（2）快熔的額定電流應大于或等于內(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，我們選用國產(chǎn)RLS系列的RLS-50快速熔斷器。

打開仿真參數(shù)窗口，選擇ode123tb算法，將相對誤差設置1e-3，仿真開始時間設置為0，停止時間設置為0.04秒。在下面的仿真圖中Ud、Id為負載電壓（V）和負載電流（A）。

（1）觸發(fā)角為0度是的波形

（2）觸發(fā)角為30度時的波形

（2）發(fā)角為60度時的波形

（3）發(fā)角為90度時的波形

電力電子技術是一門基礎性和支持很強的技術，通過本次課程設計 ，我對電力電子技術這門課有了更深的了解，對各個知識點有了更好的掌握。 本次設計，我設計的是三相橋式全控整流電路，開始設計時我遇到了很多的問題，好在后來經(jīng)過仔細查閱資料，各類圖書，以及老師和同學的幫助，問題得到了很好的解決。在課程設計的過程中我培養(yǎng)了自己獨立工作的能力，增強了自信心，為我的畢業(yè)設計積累了寶貴的經(jīng)驗。

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