三相桥式全控整流电路的设计

课程设计任务书

学生姓名： 杨 专业班级： 自动化 指导教师： 工作单位： 信息工程系 题目：三相全控桥式整流电路的设计 一．初始条件：

1．直流电动机额定参数： PN=10KW, UN=220V, IN =50A,nN=1000r/min，电枢电阻Ra=0.5Ω，电流过载倍数λ＝1.5，电枢电感LD =7mH，励磁电压UL=220V 励磁电流IL=1.6A. 2.进线交流电源：三相380V

3.性能指标：直流输出电压0-220V，最大输出电流75A，保证电流连续的最小电流为5A。使用三相可控整流电路，电动机负载，工作于电动状态。 二．要求完成的主要任务：

1. 三相全控桥式主电路设计（包括整流变压器参数计算，整流元件定额的选择，平波电抗器电感量的计算等）,讨论晶闸管电路对电网及系统功率因数的影响。 2.触发电路设计。触发电路选型（可使用集成触发器）。 3.晶闸管的过电压保护与过电流保护电路设计。 4.提供系统电路图纸不少于一张。 三．时间安排：

时 间 20周一 周二 周三 周四 周五

指导老师签字： 年 月 日

设计内容 开题、明确任务 查阅资料、方案设计 主回路电路设计，器件选择 触发电路的设计或选择，撰写设计说明书 答辩并上交设计说明书 使用电力电子实验室电脑和实验挂箱 使用设备

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1引言

整流电路尤其是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要也是应用得最为广泛的电路, 不仅用于一般工业, 也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统及其他领域. 因此对三相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义, 这不仅是电力电子电路理论学习的重要一环, 而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用. 因此调试三相桥式可控整流电路的相关参数并对不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有一定的现实意义。

2设计的步骤

⑴根据给出的技术要求，确定总体设计方案

⑵选择具体的元件，进行硬件系统的设计 ⑶进行相应的电路设计，完成相应的功能 ⑷进行调试与修改 ⑸撰写课程设计说明书

3设计方案选择及论证

3.1三相桥式全控整流电路（如图3-1）

应用最为广泛，共阴极组——阴极连接在

一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组——阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）编号：1、3、5，4、6、2阻感负载时的工作情况

a≤60°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 图3-1 三相桥式全控整流电路

平线。 a >60°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a 角移相范围为90°。三相桥式整流电路带阻感负载，a =30°时的波形如图3-2所示。 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a≤60°时）的平均值为：

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带电阻负载且a >60°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下图所示，为正负半周各宽120°、前沿相差180°的矩形波，其有效值为：

图3-2三相桥式整流电路带阻感负载，a =30°时的波形

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晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。不考虑电动机的电枢电感时，只有晶闸管导通相的变压器二次侧电压瞬时值大于反电动势时才有电流输出，此时负载电流断续，对整流电路和电动机的工作都不利，要尽量避免。故在电枢回路串联一平波电抗器，以保证整流电流在较大范围内连续，如图3-3所示。

电动机稳态时，虽然Ud波形脉动较大，但由于电动机有较大的机械惯量，故其转速和反电动势都基本无脉动。此时整流电压的平均值由电动机的反电动势及电路中负载平均电流Id所引起的各种电压降所平衡。整流电压的交流分量则全部降落在电抗器上。由Id引起的压降有下列四部分：变压器的电阻压降，其中为变压器的等效电阻，它包括变压器二次绕组本身的电阻以及一次绕组电阻折算到二次侧的等效电阻；晶闸管本身的管压降 ，它基本上是一恒值；电枢电阻压降；以及由重叠角引起的电压降。 此时，整流电路直流电压的平衡方程为

在电机学中，已知直流电动机的反电动势为

图3-3三相半波带电动机负载且加平波电抗器时的电压电流波形图

式中，Ce为由电动机结构决定的电动势常数；φ为电动机磁场每对磁极下的磁通量，单位为（Wb）；

n为电动机的转速，单位为（r/min）。其机械特性与由直流发电机供电时的机械特性是相似的，是一组

平行的直线，其斜率由于内阻不一定相同而稍有差异。调节角，即可调节电动机的转速。 同理，可列出三相桥式全控整流电路电动机负载时的机械特性方程为：

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随着a 的增加，进入断续区的电流值加大。由于a 愈大，变压器加给晶闸管阳极上的负电压时间愈长，电流要维持导通，必须要求平波电抗器储存较大的磁能，而电抗器的L为一定值的情况下，要有较大的电流Id才行。对于三相桥式全控整流电路带电动机负载的系统，有

（ mH ）

L中包括整流变压器的漏电感、电枢电感和平波电抗器的电感。前者数值都较小，有时可忽略。Idmin

一般取电动机额定电流的5%～10%。

因为三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波的高一倍，因而所需平波电抗器的电感量也可相应减小约一半，这也是三相桥式整流电路的一大优点。本次设计采用的是三相桥式全控整流电路的方法，开关选用晶闸管。

4.总体电路设计

根据三相桥式全控整流电路设计任务要求设计主电路、控制电路、驱动及保护电路，设计出桥式全控整流电路的结构框图如图4-1所示。

图4-1三相桥式全控整流电路结构框图

5各功能模块电路设计

5.1控制电路设计

集成触发器

集成触发器具有可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便等特点。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。目前国内常用的有KJ系列和KC系列，下面以KJ系列为例。

KJ004集成触发器与分立元件的锯齿波移相触发电路相似，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。如图5-1为KJ004电路原理。

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