当前晶闸管在工业应用中已非常成熟，容量可以做的很大。
一般来说，三相可控硅整流电路在大功率电路中比直流斩波器有着更广泛、更成熟的应用。
基于以上原因，本文选择三相可控硅整流电路。
电路中的直流滤波电抗因为工作频率在300Hz比交流电抗工作频率高，且直流滤波电抗的高次谐波成分更大，在大电流工作时会发出刺耳的响声。
而同等容量的交流滤波电抗的噪声较小，因此去掉直流滤波电抗，而改用交流滤波电抗。
在高频高压电源系统中，高频逆变电路将整流后得到直流母线电压转换成高频交流电压，是整个电源系统的核心部分之一。
常用的电压型逆变电路有半桥式和全桥式，见图3
半桥式逆变电路（见图3a）需要两个容值相同的直流滤波电容，开关器件少，开关管电压不高，驱动简单，输出功率小，一般适用于中小功率的逆变器。
全桥式逆变电路（见图3b）在相同的开关管平均电流时，输出功率是半桥式逆变电路的二倍。
适用于大功率电路。
虽然全桥式需要更多的开关管，驱动也较为复杂，但基于提高功率等级的角度考虑选择全桥式的逆变电路拓扑。
逆变电路输出的交流电压的幅值仅为几百伏，要提供静电除尘所需的几万伏的高压则必须采用变压器升压的方式，然后通过整流的方式得到直流高电压。
通常有两种方案得到直流高电压，一种是采用较小变比的变压器升压，再通过倍压整流得到直流高电压，另外一种是采用较大变比的变压器升压，再通过高压硅堆的全桥整流得到直流高电压。
倍压整流电路的原理图见图3．4。
倍压整流的升压电路，由于其能够使输入电压加倍的特性，降低了对变压器升压比的要求。
可缩小变压器的尺寸，有利于高压绝缘问题的解决。
但倍压整流电路的倍压系数越高，需要的高频高压电容和二极管的数量也越多，无疑增加了系统的复杂性。
倍压整流电路仅适应负载较轻（即负载电阻较大，输出电流较小）的情况下工作，否则输电压会明显降低。
倍压系数越高的整流电路，这种因负载电阻增大而使输出电压下降的情况越明显。
同时应用于高压静电设备的倍压整流电路在负载电场击穿放电时，将产生超过正常值几十倍的浪涌电流，对给倍压整流电路供电的前级电路的安全运行构成严重威胁。
基于以上倍压整流电路的不足，本文采用通过变压器直接升压后接高压硅堆全桥整流来得到直流高电压，电路图见图4。
高频变压器直接升压的方式需要变压器有较高的变比，若直流母线电压为500V，输出高压为60kV，则需要变比为1：
120的升压变压器，对于变压器制作的要求较高，需要控制好变压器的体积尺寸和漏感等参数，还要绝缘强度能够满足要求。
但这样的电路结构相对简单，因而控制方便，不稳定的因素也较少，有利于整个系统的稳定运行。
综合以上分析，高频高压电源主电路的基本拓扑确定为晶闸管三相整流后接直流母线电容给IGBT全桥逆变供电，逆变输出接高频升压变压器，之后通过高压硅堆的全桥整流得到直流高电压的输出，主电路拓扑见图6。
高频高压电源主电路的设计主要包括整流电路的设计，逆变电路的设计，主功率回路的设计以及高频升压变压器的设计等方面。
2.3、整流电路的设计
整流电路的输入是电网三相交流电，输出的是直流电。
为使直流母线电压连续可调，三相晶闸管的相控整流电路。
整流电路的设计包括晶闸管的选取和滤波电路的设计。
三相相控整流的控制电路，通过采样三相线电压信号产生6个晶闸管的驱动脉冲。
可以通过滑动变阻器或闭环来调节相控角Q的大小来调节整流电路输出的直流母线电压。
在整流电路接电阻负载时，直流母线电压平均值与相控角Q的关系满足：
式中φU=220V,为电网相电压。
三相相控整流控制电路采用的是较成熟的设计，本文对其工作原理不做详细的分析。
2.3.1、晶闸管的选取
根据式（4．1），相控整流输出直流电压最大平均值为φ36U/π=515Vπ,考虑
到线路压降取额定直流母线电压为dU==515V，除尘电源额定输出功率0P=100KW，若整流后级电路的效率为η=95%，那么满功率运行时，直流母线上的电流有效值为：
d0dPI==210AU
Η
三相晶闸管整流电路中，每个周期内每个晶闸管导通角为2π/3，则流过每个晶闸管的电流有效值为：
晶闸管电流取1~1.5倍裕量，选择300A的晶闸管。
负载电流连续时，晶闸管最大正反向电压峰值均为电网线电压峰值，即
Uφ=539V。
晶闸管电压取2～3倍裕量，最终选择300A/1600V的晶闸管半桥模块。
2.3.2滤波器的设计
三相不控整流不加LC滤波器时功率因数在65％左右，而可控整流由于加入了相控角的因素，功率因数更低。
所以整流电路加上滤波环节提高功率因数是很有必要的。
（1）交流电抗器的设计
通常是在直流输出端接LC滤波，但从成本和体积重量来考虑，相同容量的交流电抗器和直流电抗器相比较，直流电抗器价格更高体积更大噪声更强烈。
因此把直流电抗器去掉，在交流进线侧装上交流电抗器来滤波。
接交流电抗器时三相桥式可控整流电路图和输出电压波形图见图7和图8。
在交流电源的一个周期内有6次晶闸管换相过程，各次换相情况类似，仅以T6换相至T2（TI一直导通）为例分析。
to时刻T6导通，to时刻触发T2，T2导通，此时因b、C两相均有电感，故电流不能突变，于是T6和T2同时导通，这相当于将b、c两相短路，两相间电压差为uc-ub，它在两相组成的回路中产生环流ik。
由于回路中含有两个漏感，故有2Lk（dik/dt）
=uc-ub。
这时，ic=ik逐渐增大的，而ib=Id-ik是逐渐减小的。
当ik增大到等于Id时，ib=0，T6关断，换相过程结束。
换相过程持续的时间用电角度γ表示，即换相重叠角。
在上述过程中，整流输出电压的瞬时值为：
由上式可知，在换相过程中，整流电压ud为同时导通的两组晶闸管所对应的线电压的平均值。
与不加交流电感器相比，每次换相纵波形均少了一块，导致其平均值下降，降低的多少为：
可见在同样的电流下，交流电感Lk的值越大，则换相压降也越大。
但交流电感Lk越大，则输出电流Id越容易连续。
考虑到线路压降等因素，若限定换相压降Δud不超过20V。
那么可得Lk的最大值为：
考虑到每相的电流有效值为：
取适当的裕量，选择的交流电抗器参数为：
160A/0.3mH。
（2）直流母线电容的设计
整流电路输出的直流母线电压一般都必须再进行平滑滤波，使得输出电压较平，纹波较小。
如前文所述，直流端不采用直流电抗器，则采用电解电容滤波的方式。
电容量必须满足下式：
式中，T为整流输出电压波头的周期，三相全桥整流为1／300s。
在满功率条件下，直流电源等效负载为：
要求电压纹波小时，系数可取得大些，反之则可以取小一点。
这里取系数为4，代入数据可计算得，Cd=5600μF。
取适当裕量，实际应用中取6800μF。
通常大容量电解电容的耐压等级是400V和450V，所以本课题中选择四个400V/6800μF的电解电容两并两串来实现直流母线滤波。
2.4、波形分析
整流电路波形的分析：
图为：
晶闸管T1的触发脉冲Ug1采样后AC线电压Uac的波形。
CH1为经过电压互感器采样厉的AC线电压波形，5V/div。
CH2为晶闸管T1的触发双窄脉冲号，1V/div，时间刻度都为5ms/div，从图9a可以发现，在直流母线电压没有输出时，相位角α为150
º。
从图9b可以发现，直流母线输出电压为300V，相控角约为54º。
代入式（2.3.1），计算可得直流母线电压为302V与实验测量较为吻合，说明晶闸管相控整流电路控制晶闸管调压是可行的。
图10是高压直流电源在晶闸管整流的前端接交流电抗器，输出端接直流母线电容后的直流母线电压Ud波形和A相的输入电流Ia波形。
CH1为直流母线电压波形，50/Vdiv。
2CH为电流互感器采样后的A相输入电流波形，50A/div。
时间刻度都为5ms/div。
从图10中可以看出，整流输出电压为100V，负载较轻的情况下A相线电流波形不连续；整流输出电压为300V，负载加重后A相线电流波头开始连续。
由此可见，交流电抗器所起的滤波作用还是非常明显的。
三、设计总结
随着我国工业规模的快速发展，工业排放的污染物如粉尘等也越来越多，已对人们生活的环境构成了严重威胁。
环境保护现已成为国家发展的重要政策，同时也越来越引起人们的重视。
静电除尘器是除尘环保行业的重要产品，对于工业粉尘的回收，减少对空气的污染有着非常重要的作用。
而静电除尘器的核心之一就是为其提供直流负高压的电源。
高频化的高压直流电源作为对静电除尘传统工频电源的革新，更低成本、更高效、更节能，具有广阔的应用前景。
本次课程设计，巩固了我们对电力电子专业基础知识的掌握，同时，培养了我们资料检索的能力。
在资料查找搜索过程中，多方位地了解到单相、三相整流技术在实际工程中的应用意义、方向。
单相、三相整流技术是将交流转换为直流装置，主要是应用于电源设计方面（如稳压器，充电器，电化学工业等的电源使用方案等）。
将理论知识与实际的结合，对我们将来工作中的实际应用意义非常重大。
四、参考文献
【l】王兆安，黄俊．电力电子技术．机械工业出版社，2005
【2】谢广润，陈慈萱．高压静电除尘．水利电力出版社，1993
【3】朝泽云，徐至新，钟和清，康勇．静电除尘用高压供电电源特性浅析．高电压技术，2006：
81．83
【4】刘华毅，苏丽营．高压静电除尘实用电源的研制．现代电子技术，2004：
80—83
【5】曲振江．静电电源设备中倍压整流电路的暂态分析【J】．电工电能新技术，1994（3）：
33-35
【6】曲振江，马文娟．高压静电设备中倍压整流电路的工作状态分析．高电压技术，2005，31（10）：
64．66
电力电子课程设计
设计题目：
三相全控式整流电路
姓名：
赵栗杰
专业：
电气工程及其自动化
班级：
12级电气一班
学号：
120806011140
指导教师：
凌禹
第1章课程设计目的与要求............................1
1.1课程设计目的.....................................1
1.2课程设计的实验环境..............................1
1.3课程设计的预备知识..............................1
1.4课程设计要求....................................1
第2章课程设计内容..................................2
2.1设计的总体概括分析..............................2
2.2三相桥式全控整流电路设计........................3
2.2.1.带电阻负载时的工作情况......................3
2.2.2阻感负载时的工作情况........................7
2.2.3定量分析....................................9
心得体会............................................10
参考文献............................................10
第一章课程设计目的与要求
1.1课程设计目的
“电力电子技术”课程设计是在教学及实验基础上,对课程所学理论知识的深化和提高。
因此,要求学生能综合应用所学知识设计出具有电压可调的直流电源系统,能够较全面地巩固和应用本课程中所学的基本理论和基本方法,并初步掌整流电路设计的基本方法。
培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计的能力、培养分析、总结及撰写技术报告的能力。
1.2课程设计的预备知识熟悉电力电子技术课程、电机学课程的相关知识。
1.4课程设计要求,按课程设计指导书提供的课题,根据第下表给出的基本要求及参数独立完成设计,课程设计说明书应包括以下内容：
1、方案的经济技术论证。
2、主电路设计。
3、通过计算选择整流器件的具体型号。
4、确定变压器变比及容量。
5、确定平波电抗器。
7、触发电路设计或选择。
8、课程设计总结。
设计技术参数：
1、交流三相380V电源。
2、整流输出电压Ud在0230V连续可调。
3、整流输出电流最大值30A。
4、反电势负载Em=220V。
5、要求工作电流连续。
第二章课程设计内容
2.1设计的总体概括分析
随着电力电子技术的发展,现代工业生产设备使用的换流装置的容量越来越大,数量也越来越多。
大量的谐波电流注入电网,就会严重地威胁电网的安全运行危害其它用电设备及自动化仪表等。
所以了解分析、抑制电力系统谐波限制谐波发生源注入电网的谐波含量将越来越受到重视。
相比较而言三相全波可控整流电路具有电路简单调整方便等优点,为使变压器的铁心不饱和,就需要增大铁心面积这样就增大了设备的容量。
生产实际中只用于噫嘻额对输出波形要求不高的小容量的场合。
在中小容量、负载要求较高的晶闸管的可控整流装置中。
2.2三相桥式全控整流电路设计应用最为广泛.
共阴极组——阴极连接在一起的3个晶闸管VT1VT3VT5
共阳极组——阳极连接在一起的3个晶闸管VT4VT6VT2
编号1、3、5、4、6、2.
三相桥式全控整流原理图：
2.2.1.带电阻负载时的工作情况
α=0时的情况：
假设将电路中的晶闸管换作二极管进行分析对于共阴极阻的3个闸管阳极所接交流电压值最大的一个导通。
对于共阳极组的3个晶闸管阴极所接交流电压值最低或者说负得最多的导通。
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
三相全控整流电路电阻负载α=0度的情况：
从相电压波形看，共阴极组晶闸管导通时，ud1为相电压的正包络线，共阳极组导通时，ud2为相电压的负包络线，ud=ud1-ud2是两者的差值,为线电压在正半周的包络线。
直接从线电压波形看ud为线电压中最大的一个,因此u波形为线电压的包络线。
相桥式全控整流电路的特点：
（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。
（2）对触发脉冲的要求：
按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60
共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120度。
共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120度.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度。
（3）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）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲,可采用两种方法:
一是宽脉冲触发，另一种方法是双脉冲触发（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。
三相全控整流电路α=30度的情况：
α=30度时的工作情况：
从t1开始把一周期等分为6段，ud波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编仍符合表2-1的规律。
区别在于：
晶闸管起始导通时刻推迟了30度，组成ud的每一段线电因此推迟30度。
变压器二次侧电流ia波形的特点：
在VT1处于通态的120期间，ia为正ia波形的形状与同时段的ud波形相同，在VT4处于通态的120度期间，ia波形的形状也与同时段的ud波形相同，但为负值。
α=60度时的工作情况：
ud波形中每段线电压的波形继续后移，ud平均值继续降低.α=60度时ud出现为零的点。
α≤60度时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续。
α>60度时，ud波形每60度中有一段为零，ud波形不能出现负值，电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围是120度。
2.2.2阻感负载时的工作情况：
α≤60度时，ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。
区别在于：
由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上。
得到的负载电流id波形不同。
阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直；当电感足够大的时候。
负载电流的波形可近似为一条水平线。
带电阻负载=0度的情况：
α=30度的情况：
α>60度时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。
电阻负载时ud波形不会出现负的部分；而阻感负载时，由于电感L的作用，ud波形会出现负的部分。
带阻感负载时。
三相桥式全控整流电路的角移相范围为90度。
α=90度时的情况：
。
2.2.3定量分析
当整流输出电压连续时，即带阻感负载时，或带电阻负载α≤60度时的平均值为：
（2-1）
带电阻负载且α>60度时，整流电压平均值为：
（2-2）
输出电流平均值为:
当整流变压器为图2-前图中所示采用星形接法,带阻感负载时,变压器二次侧电流波形如图前图中所示,为正负半周各宽120度、前沿相差180度的矩形波，其有效值为：
（2-3）
晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。
三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时，在负载电感足够足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，仅在计算Id时有所不同，接反电势阻感负载时的Id为：
（2-4）
式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值。
心得体会
通过此次对电力电子课程设计的之——三相全控桥式整流电路的设计，对电力电子这门课程有了进一步的认识，掌握了晶闸管、触发电路的基本原来及其应用，也对这门学科有了更深的了解。
也懂得了电力电子这门课程在实际生产中的应用将电力电子方面的知识应用到实际生产中，分析与复杂的数学计算，并力求将知识点与能力点紧密结合，从而有助于我们在工程应用能力上的培养。
但是我也清楚的发现了自己在知识上的很多不足，这些不足就要在以后学习的日子里在老师的帮助下去一一弥补了。
在理论上的充实是最重要的，这次课程设计还使我真真正正的学会了独立思考的重要性，使我在今后的学习生活中更上一层楼。
参考文献
[1]王兆安.电力电子技术.第四版.北京：
机械工业出版社,2003
[2]李雅轩杨秀敏李艳萍电力电子技术中国电力出版社。
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