电力电子技术.docx
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电力电子技术
新疆工业高等专科学校电气系课程设计
电力电子技术课程设计
专业班级：
供用电10-2班
学生姓名：
周倩仪
指导教师：
石黄霞
完成日期：
2012年6月8日
新疆工业高等专科学校
电气系课程设计任务书
2011/2012学年2学期2012年6月4日
专业
供用电技术
班级
供用电10-2
课程名称
电力电子技术
设计题目
三相桥式全控整流电路设计
指导教师
石黄霞
起止时间
2012.6.4—2012.6.10
周数
一周
设计地点
教学楼A425
设计目的：
1、培养学生综合运用知识解决问题的能力与实际动手能力；
2、加深理解《电力电子技术》课程的基本理论；
3、初步掌握电力电子电路的设计方法。
设计任务或主要技术指标：
1、根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路和触发电路；
2、用portel等软件制作主电路和控制电路原理图；
3、撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原理，完成元器件参数计算，元器件选型，说明控制电路的工作原理，绘出主电路典型的输出波形（比较实际波形与理论波形）。
4、输入电压:
三相交流380V,50HZ.5、输出功率:
2KW
6、用集成电路组成触发电路.7、负载性质:
电阻.电阻电感.
8、对电路进行设计,计算与说明.9、计算所有元器件型号参数.
设计进度与要求：
第一天：
领取设计题目，确定题目；
第二天：
收集相关资料;
第三天：
整理资料，做设计书;
第四天:
调整格式，检查计划书;
第五天:
参加答辩。
主要参考书及参考资料：
[1]王兆安,黄俊主编．电力电子技木．第四版．北京:
机械工业出版社，2004年1月
[2]郑忠杰,吴作海编.电力电子变流技术.第二版.北京:
机械工业出版社,1988年7月
[3]刘志刚主编.电力电子学.第一版.北京：
清华大学出版社，2004年6月
[4]于洪森.电化学整流装置中中晶问管触发电路抗干扰及保护技术
[5]李浩光.张加胜.孙浩玉.丁佚成.黄健.一种可输出宽窄脉冲列的晶闸管触发电路的分析
[6]刘蜀宁.张代润.黄念慈.晶闸管换流过程产生的暂态电压及其保护
教研室主任（签名）系（部）主任（签名）年月日
新疆工业高等专科学校电气系
课程设计评定意见
设计题目：
三相桥式全控整流电路设计
学生姓名：
周倩仪专业供用电技术班级供用电10-2班
评定意见：
评定成绩：
指导教师（签名）：
年月日
评定意见参考提纲：
1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。
2.学生的勤勉态度。
3.设计或说明书的优缺点，包括：
学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。
摘要
通过对三相桥式全控整流电路的选择、保护、应用以及对晶闸管的选择，同时针对当前电力电子技术的教学境况和仿真实验平台存在的不足，在软件环境下，结合实物实验内容，开发了电力电子技术仿真试验系统。
该系统模糊了理论和实践教学的界限，将理论和实物实验教学紧密联系起来，加深了学生对电力电子技术课程的理解和掌握。
。
关键词集成电路电阻负载整流电路
1.1集成电路方案的选择1
1.2KJ004功能说明2
1.3KJ004参数及限制2
2三相晶闸管全控整流电路原理说明4
2.1主电路原理说明4
2.2带电阻负载时的工作情况4
5.3仿真实验结论15
总结16
致谢17
参考文献18
1三相晶闸管全控整流电路的触发电路设计方案的选择
1.1集成电路方案的选择
集成电路可靠性高，技术性能好，体积小．功耗低，调试方便、随着集成电路制作技术的提高，晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及．现已逐步取代分立式电路。
目前国内常用的有用系列KJ和KC系列，最新的还有TC系列的。
KJ004可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中，作可控硅的双路脉冲移相触发。
KJ004器件输出两路相差1800的移项脉冲，可以方便地构成全控桥式触发器线路。
该电路具有输出负载能力大，移项性好，正负半周脉冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低，有脉冲列调制输出端等功能与特点。
对与KC系列的比较落后，性能不稳定；TC系列的TC787TC788价格比较昂贵。
所以考虑到性价比，我们选用KJ004可控硅移相触发电路，组成集成触发器，就可以实现我们的要求。
电路图如图1-1：
图1-1
1.2KJ004功能说明
该电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏移电压、移电压综合比较放大电路和功相率放大电路四部分组成。
电路原理见表1：
锯齿波的斜率决定于外接R6、RW1流出的充电电流和积分C1的数值。
对不同的移项控制V1，只有改变R1、R2的比例，调节相应的偏移VP。
同时调整锯齿波斜率电位器RW1，可以使不同的移相控制电压获得整个范围。
触发电路为正极性型，即移相电压增加，导通角增大。
R7和C2形成微分电路，改变R7和C2的值，可获得不同的脉宽输出。
KJ004的同步电压为任意值
表1-1
功能
输出
空
锯齿波形成
-Vee（1kΩ）
空
地
同步输入
综合比较
空
微分阻容
封锁调制
输出
+Vcc
引线脚号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
电路采用双列直插C—16白瓷和黑瓷两种外壳封装，外型尺寸按电子工业部部颁标准。
《半导体集成电路外型尺寸》SJ1100—76
图1-2
1.3KJ004参数及限制
电源电压：
直流+15V、-15V，允许波动±5%（±10%时功能正常）。
电源电流：
正电流≤15mA，负电源≤10Ma。
同步电压：
任意值。
同步输入端允许最大同步电流：
6mA（有效值）。
移相范围≥170°（同步电压30V，同步输入电阻15KΩ）。
锯齿波幅度≥10V（幅度以锯齿波平顶为准）。
输出脉冲：
（1）宽度：
400μs~2ms（通过改变脉宽阻容元件达到）。
（2）幅度：
≥13V。
（3）KJ004最大输出能力100mA（流出脉冲电流）。
（4）输出管反压：
BVCEO≥18V（测试条件Ie≤100μA）。
正负半周脉冲相位不均衡≤±3°。
使用环境温度为四级：
C:
0~70℃R:
-55~85℃E:
-40~85℃M:
-55~125℃
2三相晶闸管全控整流电路原理说明
2.1主电路原理说明
目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如图2所示，习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。
此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。
从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。
图2-1
2.2带电阻负载时的工作情况
可以采用与分析三相半波可控整流电路时类似的方法，假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角α=00时的情况。
此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。
而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。
这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。
此时电路工作波形如图2所示。
α=00时，各晶闸管均在自然换相点处换相。
由图中变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。
在分析ud的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。
从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压ud1为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压ud=ud1－ud2是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。
直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的最大（正得最多）的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小（负得最多）的相电压，输出整流电压ud为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压ud波形为线电压在正半周的包络线。
为了说明各晶闸管的工作的情况，将波形中的一个周期等分为6段，每段为60度，如图2-1所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如2-1表所示。
由该表可见，6个晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。
表2-1三相桥式全控整流电路电阻负载α=0时晶闸管工作情况
时段
1
2
3
4
5
6
共阴极组中
导通的晶闸管
VT1
VT1
VT3
VT3
VT5
VT5
共阳极组中
导通的晶闸管
VT6
VT2
VT2
VT4
VT4
VT6
整流输出电压ud
ua-ub=uab
ua-uc=uac
ub-uc=ubc
ub-ua=uba
uc-ua=uca
uc-ub=ucb
从触发角α=00时的情况可以总结出三相桥式全控整流电路的一些特点如下：
（1）每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中1个晶闸管是共阴极组的，1个是共阳极组的，且不能为1相的晶闸管。
（2）对触发脉冲要求：
6个晶闸管的脉冲按VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6的顺序，相位依次差60o；共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120o，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120o；同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180o。
（3）整流输出电压ud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）在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲。
为此，可采用两种方法：
一种是使脉冲宽度大于60o（一般取80o~100o），称为宽脉冲触发。
另一种方法是，在触发某个晶闸管的同时，给序号紧前的一个晶闸管补发脉冲。
即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60o，脉宽一般为20o~30o，称为双脉冲触发。
双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。
宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲，但为了不使脉冲变压器饱和，需将铁心体积做得较大，绕组匝数较多，导致漏感增大，脉冲前沿不够陡，对于晶闸管串联使用不利。
虽可用去磁绕组改善这种情况，但又使触发电路复杂化。
因此，常用的是双脉冲触发。
（5）α＝00时晶闸管承受的电压波形如图2-2所示。
图2-2
图中仅给出VT1的电压波形。
将此波形与三相半波中的VT1电压波形比较可见，两者是相同的，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也与三相半波时一样。
图2-1中还给出了晶闸管VT1流过电流iVT的波形，由此波形可以看出，晶闸管一周期中有120o处于通态，240o处于断态，由于负载为电阻，故晶闸管处于通态时的电流波形与相应时段的ud波形相同。
当触发角α改变时，电路的工作情况将发生变化。
当α=30o时。
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