三相桥式全控整流电路的设计与仿真培训资料.docx
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三相桥式全控整流电路的设计与仿真培训资料
三相桥式全控整流电路的设计与仿真
三相桥式全控整流电路的设计与仿真
一.设计要求
1)完成三相桥式全控整流电路的设计、仿真;
2)设计要求:
输入AC3*110V,50Hz,输出电流连续,阻感负载,要求输出直流电压60V~200V,计算其主开关器件所承受的最大正反向电压,器件的额定电流,并建立合适的仿真模型,对主电路进行仿真。
然后根据三相桥式整流电路的驱动控制要求,设计其控制电路,产生符合电路驱动所要求的触发波形。
二.题目分析
三相全控整流电路的整流负载容量较大,输出直流电压脉动较小,是目前应用最为广泛的整流电路。
它是由半波整流电路发展而来的。
由一组共阴极的三相半波可控整流电路(共阴极组晶闸管依次编号T1.T3.T5)和一组共阳极接法的晶闸管(依次编号T4.T6.T2)串联而成。
六个晶闸管分别由按一定规律的脉冲触发导通,来实现对三相交流电的整流,当改变晶闸管的触发角时,相应的输出电压平均值也会改变,从而得到不同的输出。
根据要求的输入电压值与输出的电压范围,计算出晶闸管承受的最大正、反向电压值。
然后根据三相桥式整流电路的驱动控制要求,设计其控制电路,产生符合电路驱动所要求的触发波形。
再用Multisim软件进行仿真,调试,得到仿真图形。
1.主电路图原理图
图一主电路原理图
2.三相桥式全控整流电路的特点及其要求:
一般变压器一次侧接成三角型,二次侧接成星型,晶闸管分共阴极和共阳极。
一般1、3、5为共阴极,2、4、6为共阳极。
①两管同时导通形成供电回路,其中共阴极组和共阳极组各一个,且不能为同一相器件。
②对触发脉冲的要求:
a.按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序,相位依次差60︒。
b.共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120︒,共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120︒。
c.同一相的上下两个桥臂,即VT1与VT4,VT3与VT6,VT5与VT2,脉冲相差180︒。
③
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需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲,可采用两种方法:
一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发(常用)。
⑤晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同,晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。
三.主电路设计、元器件选型及计算:
1.主电路仿真图
用的是Multisim软件进行仿真
图二主电路仿真图
2.根据设计要求具体参数的确定
设计要求:
输入AC3*110V,50Hz,输出电流连续,阻感负载,电阻为30欧,要求输出直流电压60V~200V。
整流输出电压
的波形在一周期内脉动六次,且每次脉动的波形相同,因此在计算其平均值时,只需对一个脉冲进行即可。
此外,以线电压的过零点
为时间坐标的零点,于是可得到当整流输出电压连续时(及带阻感负载时)的平均值为
所以,晶闸管承受的最大正、反向电压为变压器二次线电压峰值,即:
晶闸管电流有效值即为变压器二次电流:
根据计算结果,所以选取c233m型号晶闸管。
因为
,再根据仿真中的最佳效果,所以选取电感值为180mH。
四.主电路仿真分析
1.仿真电路
图三仿真主电路图
2.阻感负载,a=0时工作情况
图四a=0时晶闸管UVT波形
图五a=0时负载电压Ud波形
定量分析
所以,
因为
>200V,所以必须串入电阻分压,分压电阻必须满足任意a角时的要求
所以
=
则输出电流的平均值为
3.阻感负载,a=30时工作情况
图六a=30时晶闸管
的波形
图七a=30时负载电压
的波形
定量分析
所以,
因为
>200V,所以必须串入电阻分压,分压电阻必须满足任意a角的要求
得
=
则输出电流的平均值为
4.阻感负载,当a=60时工作情况
图八a=60时晶闸管UVT的波形
图九a=60时负载电压Ud的波形
定量分析
所以,
60V<
<200V
输出电流的平均值为
5.阻感负载,当a=90时工作情况
图十a=90时晶闸管
的波形
图十一a=90时负载电压
的波形
定量分析
得,
,所以a不能调到
。
由
得,为确保输出电压范围在60—200V之间,
调节a角不能超过
,并要串联个大于
的电阻。
五.控制电路设计
晶闸管可控整流电路,通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来
控制输出电压大小。
为保证相控电路正常工作,很重要的是应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。
晶闸管相控电路,习惯称为触发电路。
大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路,其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。
可靠性高,技术性能好,体积小,功耗低,调试方便。
晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及,已逐步取代分立式电路。
此处就是采用集成触发产生触发脉冲。
KJ004组成分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。
3个KJ004集成块和1个KJ041集成块,可形成六路双脉冲,再由六个晶体管进行脉冲放大,即可得到完整的三相全控桥触发电路,如下图所示:
图十二控制电路原理图
六.设计总结
为时五天的课程设计,不仅让我获得了新的知识,巩固了已有的知识,而且更让我明白了什么事情都要亲力亲为后方知其不容易。
此次课程设计当老师布置题目后,我头脑中的第一闪念是很简单,不用花太多的时间和精力。
但当我真的着手去做时,我却一路遇到种种麻烦,把人弄得焦头难额。
不过最后通过静心调整、咨询同学、求助老师,终于还是完成了此次的课程设计。
在此次设计中遇到的问题主要有:
1.仿真时对a的调节,我先前采用的是对六个晶闸管延迟时间的调整,但不知怎的始终不能得到理想的波形,以为是晶闸管的问题,换了无数种晶闸管后问题却依旧存在。
但通过无数次的尝试我终于找到了一种调节a值的方法,就是对三相电源的延迟时间进行调节。
如三相电源的延迟时间设为3.333ms就相当于a的值为30度;三相电源的延迟时间设为5ms就相当于a的值为0度。
2.仿真时对触发信号源的选择,先前选择的是电源触发信号,但在使用中得到的结果并不理想,通过多次尝试以及翻阅资料最后选择了电流触发信号。
3.阻感负载,a=90度时产生的波形与理想波形始终存在较大差异,通过多次的尝试、调节,仍存在着一些差异。
参考文献:
[1]王兆安编著.电力电子技术.北京:
机械工业出版社,2004年5月.
[2]黄智伟编著.基于NIMultisim的电子电路计算机仿真设计与分析.
北京:
电子工业出版社,2008年1月.