三相桥式整流电路2课程设计说明书.docx

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三相桥式整流电路2课程设计说明书

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。

关键词：

整流，变压，触发，过电压，保护电路

目录

1主电路设计及工作原理1

1.1主电路设计1

1.2工作原理1

2晶闸管工作原理3

2.1什么是晶闸管3

2.2晶闸管工作原理3

2.3晶闸管的工作条件3

3参数计算5

4波形及其结果分析6

4.1波形分析6

4.2结果分析10

5电路应用举例11

6实验总结12

参考文献13

1主电路设计及工作原理

1.1主电路设计

其原理图如图1所示。

1.2工作原理

三相全控桥式整流电路是由一组共阴极接法的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的三相半波可控整流电路串起来组成的，如上图所示。

为了便于表达晶闸管的导通顺序，把共阴极组的晶闸管依次编号为VT1、VT3、VT5，而把共阳极组的晶闸管依次编号为VT4、VT6、VT2。

假设六个晶闸管换成六个整流二极管，则电路为不可控电路。

相当于晶闸管触发角α=0°时的情况。

三相电压正、负半周各有三个自然换相点，六个自然换相点依次相差60°。

对于共阴极组，阳极电位最高的器件导通；对于共阳极组，阴极电位最低的器件导通。

六个自然换相点把一个周期分成以下六段：

1）ωt1＜ωt≤ωt2时，共阴极组VT1导通，共阳极组VT6导通，ud=uab。

2）ωt2＜ωt≤ωt3时，共阴极组VT1导通，共阳极组VT2导通，ud=uac。

3）ωt3＜ωt≤ωt4时，共阴极组VT3导通，共阳极组VT2导通，ud=ubc。

4）ωt4＜ωt≤ωt5时，共阴极组VT3导通，共阳极组VT4导通，ud=uba。

5）ωt5＜ωt≤ωt6时，共阴极组VT5导通，共阳极组VT4导通，ud=uca。

6）ωt6＜ωt≤ωt1时，共阴极组VT5导通，共阳极组VT6导通，ud=ucb。

通过以上分析，可知三相全控桥式整流电路有以下几个基本特点：

1）任何时刻必须有两个晶闸管同时导通，一个为共阴极组，一个为共阳极组，以便形成通路

2）晶闸管在组内换相，同组内晶闸管的触发脉冲互差120°，由于共阴极组与共阳极组的自然换相点互差60°，所以每隔60°有一个元件换相。

同一桥臂上的两个元件的触发脉冲互差180°，元件导通顺序为VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1。

3）输出电压的波形为线电压的一部分，一周期脉动6次。

4）变压器正负半周都有电流流过，所以没有直流磁化问题，变压器利用效率高。

为了保证任何时刻共阴极组合共阳极组各有一个元件导通，必须对两组中应导通的两个元件同时加触发脉冲。

可以采用宽脉冲（脉冲大于60°）或双窄脉冲实现。

5）整流变压器采用△/Y接法，使电源线电流为正、负面积相等的阶梯波，更接近正弦波，谐波影响小。

2晶闸管工作原理

2.1什么是晶闸管

晶闸管工作条件为：

加正向电压且门极有触发电流；它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。

晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；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。

2.2晶闸管工作原理

晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。

2.3晶闸管的工作条件

1.晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。

这时晶闸管处于正向导通状态,这就是晶闸管的闸流特性,即可控特性.

2.晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。

门极只起触发作用

3.晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。

4.晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于反向阻断状态.

图2-1晶闸管等效原理图

根据晶闸管的这种特性，通过控制晶闸管的导通和关断时刻，就能控制整流电路的触发角的大小。

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。

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。

3参数计算

在以上的分析中已经说明，整流输出电压ud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，只需对一个脉波（即1/6周期）进行计算即可。

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，

带电阻负载α≦60°的平均值为

（3-1）

带电阻负载α≧60°时，整流电压平均值为

（3-2）

输出电流平均值为

（3-3）

晶闸管电流的有效值为

（3-4）

根据要求

当α=60°时，Ud=257.4V，Id=25.74A，IVT=14.86A。

当α=90°时，Ud=505.4V，Id=50.54A，IVT=29.18A。

当α=120°时，Ud=249.29，Id=24.93A，IVT=14.39A。

4波形及其结果分析

4.1波形分析

（1）当α=60°时

图4-1控制角60°时原理图

图4-2控制角60°时波形图

（2）当α=90°时

图4-3控制角90°时原理图

图4-4控制角90°时波形图

（3）当α=120°时

图4-5控制角120°时原理图

图4-6控制角120°时波形图

4.2结果分析

由以上分析可看出如下几点：

（1）三相全控桥式整流电路在任何时刻必须保证有两个不同组的晶闸管同时导通才能构成回路。

换流只在本组内进行，每隔120°换流一次。

由于共阴极组与共阳极组换流点相隔60°，所以每隔60°有一个元件换流。

同组内各晶闸管的触发脉冲相位差为120°，接在同一相的两个元件的触发脉冲相位差为180°，而相邻两脉冲的相位差是60°。

（2）为了保证整流装置启动时共阴与共阳两组各有一个晶闸管导通或电流断续后能使关断的晶闸管再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时加触发脉冲。

采用宽脉冲（必须大于60°、小于120°，一般取80°～100°）或双窄脉冲（在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次，两次脉冲间隔为60°）都可达到上述目的。

双窄脉冲触发电路虽然复杂，但可减小触发电路功率与脉冲变压器体积，所以较多采用。

（3）整流输出电压ud由线电压波头uab、uac、ubc、uba、uca和ucb组成，其波形是上述线电压的包络线。

可以看出，三相全控桥式整流电压ud在一个周期内脉动6次，脉动频率为300Hz，比三相半波大一倍（相当于6相）。

（4）流过变压器次级的电流和电源线电流的波形可看出，由于变压器采用△/Y接法，使电源线电流为正、负面积相等的阶梯波，更接近正弦波，谐波影响小，因此在整流电路中，三相变压器多采用△/Y或Y/△接法。

（5）晶闸管所承受的电压波形可看出，在第

（1）、

（2）两段的120°范围内，因为V1导通，故V1承受的电压为零；在第（3）、（4）两段的120°范围内，因V3导通，所以V1管承受反向线电压uab；在第（5）、（6）两段的120°范围内，因V5导通，所以V1管承受反向线电压uac。

同理也可分析其它管子所承受电压的情况。

当α变化时，管子电压波形也有规律地变化。

（6）脉冲的移相范围在大电感负载时为0°～90°。

顺便指出，当电路接电阻性负载时，当α＞60°时波形断续，晶闸管的导通要维持到线电压过零反向后才关断，移相范围为0°～120°。

（7）流过晶闸管的电流与三相半波时相同，电流的平均值和有效值分别为

当α＞0°时，每个晶闸管都不在自然换流点换流，而是后移一个α角开始换流，图2-14、2-15、2-16为α=30°、60°、90°时电路的波形。

从图中可见，当α≤60°时，ud的波形均为正值，其分析方法与α=0°时相同。

当α＞60°时，由于电感L的感应电势的作用，ud的波形出现负值，但正面积大于负面积，平均电压Ud仍为正值。

当α=90°时，正、负面积相等，输出电压Ud=0。

5电路应用举例

可以设计成能进行电动状态--发电状态转换的电动机应用在汽车的发点装置里面，其设计图如图5-1所示。

图5-1汽车发电装置图

如图5-1所示，当汽车在平路或上坡路段行驶时，调节整流电路的触发角α使α<90°，这时候整流电路工作在整流状态，三相交流点存储装置向M供电使M工作在电动状态，电能转换为动能带动汽车行驶。

当汽车行驶在下坡路段时，调节α角使α>90°，使输出直流电压Ud平均值为负值，且|Em|>|Ud|，这时候整流电路工作在逆变状态，位能装换为电能，M向三相交流电存储装置输送电流，三相交流电存储装置接受并存储电能。

这样就能使汽车的电源维持较长的供电时间，而且能够节约电能。

6实验总结

通过这次的电力电子课程设计，我们完成了一个三相全控桥式整流电路的工程应用的课程设计。

这个看似简单的设计，并没有想象中的那么简单，反而是遇到了一些困难，也花费了很多的心血在里面。

通过这次课程设计，我们再一次的通过实际应用理解了三相全控桥式整流电路是由一组共阴极接法的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的三相半波可控整流电路串起来组成的电路，也对其用PSIM画电路图，有了更进一步的认识和理解。

对于理论知识的吸收、理解和应用，有了很大的在课堂上不可能得到的提高。

在这次设计过程中，我最深刻的认识就是，课程设计的过程中可以把学到的知识横向比较的来进行理解，例如在这次的设计过程中，我们遇到了一个小问题，那就是：

在电阻负载时三相桥式半控整流电路和单相桥式半控电路有什么相似之处？

三相全控桥式整流电路和三相半控桥式整流电路有什么区别？

这个问题在课本中都很难得到准确的答案的，因为课本中的理论知识是以章节的形式出现的，是独立的纵向的知识结构。

在课程设计中，锻炼了我们把知识横向比较和运用的能力。

这样的方法可以更深刻的理解知识，把握理论的要点。

通过这次设计，我们深刻的理解了书本理论知识到实际应用层面的转化，是一个质变的过程。

而这个质变的过程正是以量变为基础的，没有扎实的理论知识作为基础，是不可能有实际工程应用的转变的。

这也告诉我们了一个道理，大学里学到的知识并不是用来应付那简单的期末考试的，更重要的是要用到实际应用中，有言道：

“实践是检验真理的唯一标准”，这次课程设计正是给我们提供了一个这样的平台来检验自己学到的真理。

还有很重要的一点，那就是实验室的老师，给我们提供了很大的帮助。

在我们课程设计遇到困难的时候、在我们对设计一筹莫展的时候，是老师给我们指明了方向，提出了问题，使我们得到了知识上和本领上的升华。

这样的设计很锻炼学生的实际应用能力，应该多多进行这样的课程设计，对于我们以后进入社会，扮演工作的角色，提供坚实的实际应用基础。

参考文献

[1]王兆安、黄俊,电力电子技术.北京：

机械工业出版社，2008

[2]王维平,现代电力电子技术及应用.南京：

东南大学出版社，1999

[3]叶斌,电力电子应用技术及装置.北京：

铁道出版社，1999

[4]马建国,孟宪元.电子设计自动化技术基础.清华大学出版社,2004

[5]马建国,电子系统设计.北京：

高等教育出版社,2004

[6]王锁萍,电子设计自动化教程.四川：

电子科技大学出版社2002