电力电子技术课程设计相控式直流可控整流电路的设计Word下载.docx
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2）电路由主电路与控制电路组成，主电路主要环节：
工频整流电路、。
控制电路主要环节：
脉冲发生电路、驱动电路。
3）功率变换电路中的开关器件采用IGBT或MOSFET。
4）系统具有完善的保护
5）
2.系统总体方案确定
3.主电路设计与分析
1）确定主电路方案
2）主电路元器件的计算及选型
3）主电路保护环节设计
4.控制电路设计与分析
1）检测电路设计
2）功能单元电路设计
3）触发电路设计
4）控制电路参数确定
二．设计要求：
1．设计思路清晰，给出整体设计框图；
2．单元电路设计，给出具体设计思路和电路；
3．分析所有单元电路与总电路的工作原理，并给出必要的波形分析。
4．绘制总电路图
5．写出设计报告；
主要设计条件
1．设计依据主要参数
1）输入输出电压：
三相（AC）380（1+15%）、0~300V（DC）
2）输出电流：
10A
3）功率因数：
≥0.8
2.可提供实验与仿真条件
说明书格式
1．课程设计封面；
2．任务书；
3．说明书目录；
4．设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）；
5．单元电路设计（各单元电路图）；
6．电路改进、实验及仿真等。
7．总结与体会；
8．附录（完整的总电路图）；
9．参考文献；
10、课程设计成绩评分表
进度安排
第一周星期一:
课题内容介绍和查找资料；
星期二:
总体电路方案确定
星期三:
主电路设计
星期四:
控制电路设计
星期五:
控制电路设计；
第二周星期一:
控制电路设计
星期二：
电路原理及波形分析、实验调试及仿真等
星期四~五:
写设计报告，打印相关图纸；
星期五下午:
答辩及资料整理
参考文献
1．王兆安，电力电子技术（第5版）．机械工业出版社，2008.
2．刘星平．电力电子技术及电力拖动自动控制系统．校内，2009.
3.浣喜明，姚为正．电力电子技术．高等教育出版社，2008.
4．刘祖润，胡俊达．毕业设计指导．机械工业出版社，1995.
5.林飞，杜欣．电力电子应用技术的MATLAB仿真．中国电力出版社，2009.
6．钟炎平．电力电子电路设计．华中科技大学出版社，2010.
7．徐德鸿．现代电力电子器件原理与应用技术．机械工业出版社，2011.
8．洪乃刚．电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真．机械工业出版社,2006
目录
第一章绪论………………………………………………………………………1
第二章系统总体方案…………………………………………………………1
2.1系统组成结构及其工作原理………………………………………………1
2.2
系统工作流程………………………………………………………………2
第三章主电路设计………………………………………………………………3
3.1主电路结构
…………………………………………………………………3
3.2主电路原件的选型及其计算………………………………………………4
3.3主电路保护设计……………………………………………………………5
3.3.1晶闸管的过电压保护…………………………………………………5
3.3.2晶闸管的过电流保护…………………………………………………6
3.3.3变压器的保护…………………………………………………………7
第四章控制电路设计…………………………………………………………7
4.1检测及其保护设计…………………………………………………………7
4.2
功能单元电路设计…………………………………………………………8
4.3触发电路设……………………………………………………………9
4.3.1触发电路的要求………………………………………………………9
4.3.2
触发电路的原理………………………………………………………10
第五章电路分析…………………………………………………………………13
第六章心得体会…………………………………………………………………15
第七章附录………………………………………………………………………15
7.1参考文献……………………………………………………………………15
7.2总电路图……………………………………………………………………16
第一章绪论
整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。
大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。
它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。
整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。
20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。
滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除动直流电压中的交流成分。
变压器设置与否视具体情况而定。
变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。
整流电路的种类有很多，有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。
把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。
整流器的输入端一般接在交流电网上。
为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般可在输入端加接整流变压器，把一次电压U1，变成二次电压U2。
由晶闸管等组成的全控整流主电路，其输出端的负载，我们研究是电阻性负载、电阻电感负载。
负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。
为此，只要改变触发电路所提供的触发脉冲送出的早晚，就能改变晶闸管在交流电压U2一周期内导通的时间，这样负载上直流平均值就可以得到控制。
第二章系统总体方案
2.1系统组成结构及其工作原理
三相桥式全控整流电路可分为三部分电路模块：
主电路模块，触发电路模块，保护电模块。
主电路模块，主要由三组两两串联晶闸管并联而成。
触发电路模块组成为，3个KJ004集成块和1个KJ041集成块，再由六个晶体管进行脉冲放大。
保护电路模块有晶闸管的过电流保护，过电压保护三相桥式整流电路是通过控制触发角α的大小，即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小的，属于相控电路。
为保证相控电路的正常工作，很重要的一点是应保证按触发角α的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效触发脉冲，脉冲控制电路由KJ系列集成电路组成，具有技术性能好，体积小，功耗低，调试方便等优点，可以较为精确的对晶闸管进行触发。
在门极的触发信号的控制下和流过晶闸管的电流的共同作用下，晶闸管处于导通和截止不断转换的状态，而联系通断关系的就是触发角α。
在保护电路的监控与保护下，主电路，触发电路可以在正常工作状况下工作，在主电路的作用下，将输入的变压器二次端的交流信号变换成整流装置输出端的直流信号，供用户或负载使用。
整个过程完成了将三相交流电较为准确的转换成预期直流电的功能要求。
2.2系统工作流程
第三章主电路设计
3.1
主电路结构设计
三相桥式全控整流电路是通过六个晶闸管和足够大的电感把电网的交流电转化为直流电而供给电机使用的，它可以通过调节触发电路的控制电压Uco改变晶闸管的控制角α，从而改变输出电压Ud和输出电流Id来对电动机进行控制。
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。
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，晶闸管的导通顺序为VT6
–VT1
→
VT1
–VT2
VT2
–VT3
VT3
–VT4
VT4
–VT5
VT5
–VT6
依此循环，每隔
60
°
有一个晶闸管换相。
每个时刻均需要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，一个是共阳极组的，且不能为同一相得晶闸管。
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。
3.2主电路元器件的选型及其计算
整流电路中的元器件参数一定要根据电路的工作条件来选择，并且要留有一定的安全余量。
（1）晶闸管额定电压的选择：
晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值
故桥臂的工作电压幅值为：
´
考虑裕量，则额定电压为：
（2）晶闸管额定电流的选择：
晶闸管电流的有效值为：
»
考虑裕量，故晶闸管的额定电流为：
（3）整流变压器的选择：
由系统要求可知，整流变压器一、二次线电压分别为380V和220V，由变压器为Δ–Y接法可知变压器二次侧相电压为：
变比为：
变压器一次和二次侧的相电流计算公式为：
=
而在三相桥式全控中
所以变压器的容量分别如下：
变压器次级容量为：
变压器初级容量为：
=变压器容量为：
+即：
变压器参数归纳如下：
初级绕组三角形接法；
次级绕组星形接法，；
容量选择为9.46989kW。
3.3主电路保护设计
晶闸管的保护电路大致可以分为两种情况：
一种是在适当的地方安装保护器件，例如RC阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等；
再一种则是采用电子保路检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。
3.3.1晶闸管的过电压保护
晶闸管的过电压能力较差，当它承受超过反向击穿电压时，会被反向击穿而损坏。
如果正向电压超过管子的正向转折电压，会造成晶闸管硬开通，不仅使电路工作失常，且多次硬开关也会损坏管子。
因此必须抑制晶闸管可能出现的过电压，常采用简单有效的过电压保护措施。
对于晶闸管的过电压保护可参考主电路的过电压保护，我们使用阻容保护，如图3所示：
3.3.2晶闸管的过电流保护
晶闸管设备产生过电流的原因一般是由于整流电路内部原因，如整流晶闸管因过电压而击穿，造成无正、反向阻断能力，它相当于整流桥臂发生永久性短路，使在另外两桥臂晶闸管导通时，无法正常换流，因而产生线间短路引起过电流。
常见的过电流保护有：
快速熔断器保护，过电流继电器保护，直流快速开关过电流保护。
过电流继电器保护中过电流继电器开关时间长。
直流快速开关过电流保护功能很好，但造价高，体积大，不宜采用。
快速熔断器保护是最有效的保护措施，如图4所示：
3.3.3变压器的保护设计
变压器一、二次侧均需阻容保护装置。
如图5所示：
第四章控制电路设计
4.1检测及其保护电路设计
保护电路主要也是过电流过电压保护，和主电路的保护一样。
检测电路的设计，在设计中主要用到的是三相电压-电流检测单元（V-I），Vabc和Iabc为电压电流检测端口，通过这两个端口可以检测变压后的电压电流波形。
4.2
功能单元电路设计
多功能桥式电路的控制主要有几个引脚来实现的，其中ABC接三相电压的，三相电压的来源由变压器整流变压，经过电网变压获得。
G端口为
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