三相半波整流电路2课程设计说明书.docx
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三相半波整流电路2课程设计说明书
三相半波可控整流电路的设计
摘要
整流电路就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，用于滤除脉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（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。
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。
本课程设计的题目是三相半波可控整流电路的设计，三相半波可控整流电路是最基本的三相可控整流电路。
需要设计的此三相半波可控整流电路带阻感负载，电感为较大和较小时，根据这些条件及三相半波可控整流电路的工作原理设计出该三相半波可控整流电路图。
用PSIM仿真软件对设计结果进行校验，验证其正确性。
在设计电路与仿真结果的过程中，将更清晰的了解三相半波可控整流电路的原理。
关键词：
整流，变压，触发，晶闸管，额定。
目录
摘要II
1设计与要求1
1.1设计题目1
1.2设计目标及技术要求1
1.3给定仿真或实验条件1
1.4具体设计过程要求1
2电路原理图设计1
2.1电路工作原理说明1
2.2电路图的设计2
3电路仿真3
3.1触发角为时，电感L=100H的电路仿真原理图。
3
3.2Ud、Id、UVT、IVT、Ia波形仿真图4
3.3触发角为时，电感L=0.1H的电路仿真原理图。
5
3.4Ud、Id、UVT、IVT、Ia波形仿真图6
3.5触发角时，电感L=100H的电路仿真原理图。
7
3.6Ud、Id、UVT、IVT、Ia波形仿真图8
3.7触发角时，电感L=100H的电路仿真原理图。
9
4电路元器件介绍10
4.1晶闸管的定义10
4.2晶闸管的参数10
4.3晶闸管的选用10
5电路各参数计算11
5.1触发角为90°时：
11
5.2触发角为60°时：
12
6心得与体会14
参考文献15
1设计与要求
1.1设计题目
三相半波整流电路的设计。
1.2设计目标及技术要求
在理解三相半波整流电路工作原理的基础上，设计出三相半波整流电路带阻感（电感量较小较大各取一个值）负载时的电路原理图，使用PSIM软件对所设计的电路带不同负载的情况下晶闸管取不同的触发角（要求α=900和＜900各取一个角度）进行仿真，分别获得Ud、Id、UVT、IVT、Ia波形，并对所给出的角度计算上述数值。
1.3给定仿真或实验条件
晶闸管三相半波整流电路，参数要求：
电网频率f=50Hz
电网额定电压U=220v
负载性质：
电阻（10Ω）
电阻（10Ω）、电感（100mH）（0.1mH）。
1.4具体设计过程要求
（1）了解整流和触发电路的基本原理。
（2）掌握三相半波可控整流电路的工作原理和设计方法，制定三相半波可控整流电路的设计方案。
（3）根据设计要求，选择合适的器件，组建整流主回路、控制回路。
（5）对系统进行仿真，改变负载性质和负载大小，观察、绘制输出波形，并分析实验结果。
2电路原理图设计
2.1电路工作原理说明
三相半波可控整流电路如图2-1所示。
为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波流入电网。
三个晶闸管按共阴极接法连接,这种接法触发电路有公共端，连线方便。
如果负载为阻感负载，L值很大，整流电流id的波形基本是平直的，流过晶闸管的电流接近矩形波。
时，整流电压波形与电阻负载时相同,负载电流均连续。
时，例如时的波形如图2-2所示。
当过零时，由于电感的存在，阻止电流下降，因而继续导通，直到下一相晶闸管的触发脉冲到来，才发生换流，由导通向负载供电，同时向施加反压使其关断。
这种情况下波形中出现负的部分，若增大，波形中负的部分面积增多，至时，波形中正负面积相等，的平均值为零。
阻感负载时的移相范围为。
图2-2中波形有一定的脉动。
这是电路工作实际情况，因为负载中电感量不肯呢过也不必非常大，往往只要能保证负载电流连续即可，这样实际上是波动的，不是完水平的直线。
图2-1三相半波可控整流电路
图2-2三相半波整流电路阻感负载时的波形
2.2电路图的设计
根据电路设计参数说明，本设计负载为U2=200V，带电阻电感负载，R=8Ω，且L值极大，则根据公式求得，取L=0.3H。
利用PSIM软件设计仿真电路。
本电路采用用驱动模块GATING来控制触发角，驱动模块只能接在门极上。
由于，则设置，，的导通角分别为，，。
又由于驱动模块GATING在一个周期的触发中，还需要一个关断角，因此设置一个距离触发角较小的角作为关断角，以为差值，关断角分别为，，。
3电路仿真
3.1触发角为时，电感L=100H的电路仿真原理图。
3-1
3.2Ud、Id、UVT、IVT、Ia波形仿真图
3-2
3.3触发角为时，电感L=0.1H的电路仿真原理图。
3.4Ud、Id、UVT、IVT、Ia波形仿真图
3-4
3.5触发角时，电感L=100H的电路仿真原理图。
3-5
3.6Ud、Id、UVT、IVT、Ia波形仿真图
3.7触发角时，电感L=100H的电路仿真原理图。
3-7
根据设计的电路仿真波形发现，其与三相半波可控整流电路带阻感负载原理描述一致，该电路设计可行。
该电路的工作原理与时的工作原理类似，仅仅由于，使得波形中负的部分面积增多。
晶闸管在距自然换相点处被触发导通，一周期中，，轮流导通。
一个晶闸管从触发开始，在正半轴上方导通，在过零后，由于电感的存在，阻止电流下降，因而继续导通，导通，直到下一个晶闸管的触发脉冲到来才发生换流，由下一个晶闸管导通向负载供电，同时向前一个晶闸管施加反压使其关断。
4电路元器件介绍
4.1晶闸管的定义
晶闸管：
晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又被称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电气公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：
阳极，阴极和门极；晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。
4.2晶闸管的参数
为了正确选用晶闸管元件，必须要了解它的主要参数，一般在产品的目录上都给出了参数的平均值或极限值，产品合格证上标有元件的实测数据。
（1）断态重复峰值电压UDRM 在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压，其数值比正向转折电压小100V。
（2）反向重复峰值电压URRM 在控制极断路时，可以重复加在晶闸管元件上的反向峰值电压，此电压数值规定比反向击穿电压小100V。
通常把UDRM与UDRM中较小的一个数值标作器件型号上的额定电压。
由于瞬时过电压也会使晶闸管遭到破坏，因而在选用的时候，额定电压一个应该为正常工作峰值电压的2～3辈，作为安全系数。
（3）额定通态平均电流（额定正向平均电流）IT 在环境温度不大于40oC和标准散热即全导通的条件下，晶闸管元件可以连续通过的工频正弦半波电流（在一个周期内）的平均值，称为额定通态平均电流IT，简称额定电流。
（4）维持电流IH在规定的环境温度和控制极断路的条件下，维持元件继续导通的最小电流称为维持电流IH。
一般为几十毫安～一百多毫安，其数值与元件的温度成反比，在120摄氏度时维持电流约为25摄氏度时的一半。
当晶闸管的正向电流小于这个电流时，晶闸管将自动关断。
4.3晶闸管的选用
1.选择晶闸管的类型：
晶闸管有多种类型，应根据应用电路的具体要求合理选用。
若用于交直流电压控制、可控整流、交流调压、逆变电源、开关电源保护电路等，可选用普通单向晶闸管。
若用于交流开关、交流调压、交流电动机线性调速、灯具线性调光及固态继电器、固态接触器等电路中，应选用双向晶闸管。
若用于交流电动机变频调速、斩波器、逆变电源及各种电子开关电路等，可选用门极关断晶闸管。
若用于锯齿波发生器、长时间延时器、过电压保护器及大功率晶体管触发电路等，可选用BTG晶闸管。
若用于电磁灶、电子镇流器、超声波电路、超导磁能储存系统及开关电源等电路，可选用逆导晶闸管。
若用于光电耦合器、光探测器、光报警器、光计数器、光电逻辑电路及自动生产线的运行监控电路，可选用光控晶闸管。
2．选择晶闸管的主要参数：
晶闸管的主要参数应根据应用电路的具体要求而定。
所选晶闸管应留有一定的功率裕量，其额定峰值电压和额定电流（通态平均电流）均应高于受控电路的最大工作电压和最大工作电流1．5～2倍。
晶闸管的正向压降、门极触发电流及触发电压等参数应符合应用电路（指门极的控制电路）的各项要求，不能偏高或偏低，否则会影响晶闸管的正常工作。
5电路各参数计算
5.1触发角为90°时：
整流电压平均值：
整流电流平均值：
晶闸管电流的平均值：
晶闸管电流的有效值：
晶闸管的额定电流：
5.2触发角为60°时：
整流电压平均值：
整流电流平均值：
晶闸管电流的平均值：
晶闸管电流的有效值：
晶闸管的额定电流：
三相桥式全控整流电路中，整流输出电压的波形在一个周期内脉动3次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉波（即1/3周期）进行计算即可。
对于电阻性负载而言，当<时，例如=，上图1.1所示，各晶闸管上的触发脉冲，其相序与电源的相序相同，各相触发脉冲依次间隔，在一个周期内，三相电源轮流向负载供电，每相晶闸管各导电，负载电流是连续的。
增大值，即触发脉冲后移，则整流电压相应减小。
当=时，如上图1.2所示，从输出电压、电流的波形可看出，这时负载电流处于连续和断续的临界状态，各项仍导电。
如果>，例如=，如上图1.3所示，当导通的一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，此时下一相晶闸管虽然承受正向电压，但它的触发脉冲还未到，不会导通，姑输出电压和电流都为零，直到下一相触发脉冲出现为止，显然电流断续，各晶闸管导电时间都小于。
如果角继续增大，那么整流电压将越来越小。
当=时，整流输出电压为零。
故电阻负载时要的
移相范围为。
下面分两种情况来计算整流电压的平均值：
（1）≤30时，负载电流连续，有：
（5-1）
当时，为最大，。
（2）a>30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：
（5-2）
当时，
负载电流的平均值为
（5-3）
由于晶闸管是交替工作的，流过晶闸管的平均电流为
（5-4）
2.2晶闸管的有效值：
（1）≤30时
（5-5）
（2）a>30时，
（5-6）
3.4晶闸管额定电压
晶闸管电压定额（一般取额定电压为正常工作电压时晶闸管所承受峰值电压的2-3倍）
=（2~3）（5-7）
3.5晶闸管额定电流
考虑裕量，晶闸管电流定额（一般取其平均电流的1.5~2倍）
=（1.5~2）（5-8）
6心得与体会
设计，给人以创作的冲动。
在画家眼里，设计是一幅清明上河图或是一幅向日葵；在建筑师眼中，设计是昔日鎏金般的圆明园或是今日一塑自由女神像；在电子工程师心中，设计是贝尔实验室的电话
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