三相桥式全控整流电路课程设计 

电力电子学课程设计说明书

题目： 三相桥式全控整流电路的设计

学生姓名 学号 专业 电气工程及其自动化 班级 1003 指导教师 杨国庆 完成时间 2013-6-20

摘 要

整流电路技术在工业生产上应用极广，整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。本文主要介绍三相桥式全控整流电路的主电路和触发电路的原理及控制电路图,由工频三相电压380V经升压变压器后由SCR(可控硅)再整流为直流供负载用。但是由于工艺要求大功率,大电流,高电压,因此控制比较复杂,特别是触发电路部分必须一一对应,否则输出的电压波动大甚至还有可能短路造成设备损坏。 本电路图主要由芯片C8051-F020微控制器来控制并在不同的时刻发出不同的脉冲信号去控制6个SCR。在负载端取出整流电压,负载电流到C8051-F020模拟口,然后由MCU处理后发出信号控制SCR的导通角的大小。 在本课题设计开发过程中,我们使用KEIL-C开发软件,C8051开发系统及PROTEL-99,并最终实现电路改造设计,并达到预期的效果。

关键字：KEIL-C；电力电子；三相；整流；

目 录

摘要……………………………………………………………………………………2 第一章 课程设计要求……………………………………………………………… 4 第二章 主电路的设计及定量分析…………………………………………………4 2.1 主电路设计…………………………………………………………………4 2.3 参数分析……………………………………………………………………6 第三章 保护电路的设计……………………………………………………………7 3.1 晶闸管的过电压保护……………………………………………………7 3.2 晶闸管的过电流保护………………………………………………………8 3.3 触发电路与主电路的同步…………………………………………………8 第四章 器件参数选择………………………………………………………………9 第五章 总电路图……………………………………………………………………10 第六章 MATLAB 仿真……………………………………………………………10 第七章 课程设计体会………………………………………………………………12 参考文献……………………………………………………………………………13

第一章 课程设计要求

1、单相桥式相控整流的设计要求为： 负载为感性负载,L=500mH,R=100欧姆. 2、技术要求:

1)、电源电压：交流380V/50Hz 2)、整流功率：1KW

按课程设计指导书提供的课题，根据基本要求及参数独立完成设计。

第二章 课程设计方案的选择及分析

2.1 整个设计主要分为主电路、触发电路、保护电路三个部分。

电源 三相桥式全控整流电路 直流电动机 触发模块同步电路 触发信号 集成触发器 三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电（即用于直流电机传动），下面主要分析阻感负载时的情况，因为带反电动势阻感负载的情况，与带阻感负载的情况基本相同。

当α≤60度时，ud波形连续，电路的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。区别在于负载不同时，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，电阻负载时 ud 波形与 id 的波形形状一样。而阻感负载时，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。图2-2和图2-3分别给出了三相桥式全控整流电路带阻感负载α=0度和α=30度的波形。

图2-2中除给出ud波形和id波形外，还给出了晶闸管VT1电流 iVT1 的波形，可与带电阻负载时的情况进行比较。由波形图可见，在晶闸管VT1导通段，iVT1波形由负载电流 id 波形决定，和ud波形不同。

图2-3中除给出ud波形和 id 波形外，还给出了变压器二次侧a相电流 ia 的波形，在此不做具体分析。

图2-2 触发角为0度时的波形图 图2-3 触发角为30时的波形图

当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

图1-1 三相桥式全控整流电路结构图

的部分。图2-4给出了α=90度时的波形。若电感L值足够大，ud中正负面积将基本相等，ud平均值近似为零。这说明，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的α角移相范围为90度。

图2-4 触发角为90时的波形图

2.2定量分析

在以上的分析中已经说明，整流输出的波形在一周期内脉动6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，于是可得当整流输出电压连续时（即带阻感负载α≤60o时）的平均值为 电阻负载且α>60o

时，整流电压平均值为

输出电流平均值为Id = Ud/R。

当整流变压器为图1中所示采用星形联结，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图7中所示，为正负半周各宽120o、前沿相差180o的矩形波，其有效值为

晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。

晶闸管的参数：（1）电压额定：晶闸管在三相桥式全控整流过程中承受的峰值电压Utn=

U2考虑安全裕量，一般晶闸管的额定电压为工作时所承受峰值电

压的2～3倍。即 U额=(2～3)Utn 。

根据要求，输出功率为1kw，负载电阻为100欧姆，理想变压器二次侧电压U2=330∨，所以晶闸管的额定电压U额=(2～3)

U2=(2～3)

×330∨.

（2）电流额定：通态平均电流IVT(AV)=0.368Id，Id=Ud/R, Ud=2.34 U2.考虑安全裕量，应选用的通态平均电流为计算的（1.5～2）倍。计算得IVT(AV)=2.45A.

（3）对于晶闸管我们选用可关断晶闸管CTO。它是具有门极正信号触发导通和门极负信号关断的全控型电力电子器件。她既具有普通晶闸管耐压高、电流

大的特点，同时又具有GTR可关断的优点。

（4）总上述，我们选用国产50A GTO。参数如下.选用电阻20欧姆。 正向阻断电压:1000～1500Ⅴ,受反压，阳极可关断电流：30、50A擎柱电流0.5～2.5正向触发电流：200～800MA，反向关断电流：6～10A，开通时间：<6us,m关断时间:<10us,工作频率：<3KHz,允许du/dt>500V/us,允许di/dt>100A/us,正管压降2～4V关断增益：

（5）整流变压器的参数：很多情况下晶闸管整流装置所要求的变流供电压与电网电压往往不能一致，同时又为了减少电网与整流装置的相互干扰，可配置整流变压器。

我们假设变压器是理想的。U2=Ud/2.34≈85.5V.所以变压器的匝数比为380/85.5=760/171.变压器一、二次容量为S2=3 U2I2=3*85.5*0.816Id。

第三章 保护电路的设计

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，电路图如图4

图4

3.2. 晶闸管的过电流保护

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。

快速熔断器保护是最有效的保护措施；过电流继电器保护中过电流继电器开关时间长（只有在短路电流不大时才有用；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。