三相桥式全控整流电路的设计与仿真

1、_（密）（封）（线）本科课程设计专用封面设计题目：三相桥式全控整流电路的设计与仿真 所修课程名称： 电力电子技术课程设计 修课程时间： 2012 年 06 月 17 日至 6 月 23 日完成设计日期： 2012 年 06 月 23 日评阅成绩： 评阅意见：评阅教师签名： 年 月 日6三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与仿真 ；2）设计要求：输入：AC100V，50Hz； 输出：100V，5A二题目分析 （1）电路组成：该电路为三相桥上全控整流电路，由变压器、六个晶闸管、电感以及电阻组成。 （2）电路原理图： n 图1三相桥式全控整流电路的原理图 （

2、3）工作原理：将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、 VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5， 共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为 VT1VT2VT3VT4VT5VT6，且相位依次相差120。整流输出电压Ud一周期脉动六次，每次脉动的波形都一样。电阻负载id波形与Ud波形形状一致。而阻感负载时，当6

3、0o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，若电感L足够大，Ud中正负面积将基本相等，Ud平均值近似为零。这表明，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的角移相范围为090。在以上分析中已经说明，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，只需对一个脉动进行计算即可。三主电路设计、元器件选型及计算： 已知：U2=100V,Ud=100V,Id=5A,f=50HZ 则有：控制角： Ud=2.34U2（1+cos（p/3+a ）,所以=65。（1） 晶闸管的电流平均

4、值和有效值：=1/3Id=5/3=1.67A=1/ Id=5/ =2.89A(3)变压器二次电流有效值I2= Id=0.816*5=4.08A（4）晶闸管选型：晶闸管承受最大正方向电压为： U2=2.45*100=245V 晶闸管额定电压：UN=(23)*245=490735 晶闸管额定电流：IN=（11.5）*2.89/1.57=2.763.68四主电路仿真分析选择相位依次相差120的电源，分别给每个晶闸管加一个触发电源，触发脉冲应保证晶闸管可靠导通，触发脉冲应有足够的幅度，应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。通过改变晶闸管的类型或电感的值，直到仿真

5、图接近理论图为止。由于在仿真过程中存在各方面的误差，比如晶闸管的选择，使得仿真图与理论图之间存在一定的误差。仿真图如下： 图2 仿真图形 图3输出电压与电流波形 图4 各次谐波分量图3分析：题上所给输出电流Id=5A，从理论来讲，当电感足够大时，输出电流波形接近一条直线，且值为5A，但由于在仿真中存在误差，电流会有一点波动，如图所示。而当a60时，由于电感L的原因电压出现负的部分。图4分析：由仿真图形可得（300/50=6,600/50=12）仅含有6n(n=0,1,2,3.)次谐波，且负载电流谐波幅值的减小更为迅速。仿真分析：三相桥式全控整流电路的触发角从30之后开始，由于=65，所以V1的

6、延迟时间为1.667+3.611=5.278ms，又由于各晶闸管的导通相位相差60 ，因此晶闸管的导通时间依次向后推迟3.333ms,所以V1V6的导通延迟时间依次为:5.278ms,8.611ms,11.944ms,15.277ms,18.61ms,1.943ms。又由于在阻感负载中，wLR,所以负载电流的波形可近似为一条水平线。五控制电路设计 经过分析，采用锯齿波同步移相触发电路、由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其原理图如下所示。 由V3、VD1、VD2、C1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压UT来控制锯齿波产生的时刻及锯齿波的宽度。由V1、V2等

7、元件组成的恒流源电路，当V3截止时，恒流源对C2充电形成锯齿波；当V3导通时，电容C2通过R3、V3放电。调节电位器Rp1可以调节恒流源的电流大小，从而改变锯齿波的斜率。控制电压Uct、偏移电压Ub和锯齿波电压在V5基极综合叠加，从而构成移相控制环节，Rp2、Rp3分别调节控制电压Uct 和偏移电压Ub的大小。V6、V7 构成脉冲波形放大环节，C5为强触发电容改善脉冲的前沿，由脉冲变压器输出触发脉冲。本装置有三路锯齿波同步移相触发电路和和，在电路上完全一样，只是锯齿波触发电路、输出的脉冲相位以此相差120。六设计总结此次课程设计总共有4天时间，虽然时间短暂，但我仍然学到了不少东西。首先，我了解

8、到了ORCAD软件的用法，以前上课的时候没认真听讲，但是在老师和同学的讲解下我学会了怎么用此软件，我相信这对于我以后的工作也可能会有不同程度的帮助。其次，通过对三相全控桥式整流电路的设计与仿真，使我加深了对整流电路的理解，也把上课时没理解到或是忽略的知识点熟记于心，同时也让我对电力电子该课程产生了浓烈的兴趣。最后，虽然此次课程设计圆满成功，但是仿真过程中也出现了很多问题，如电流值达不到5A，一个个逐步测试，找到问题所在，应把电感L设置小一点，通过不断调节电感L的大小，使仿真结果正确。这次课程设计让我学到了很多东西，同时我也意识到了自己在很多方面的不足，应该好好学习，尤其应扎牢基础知识多与老师交流，努力增强自己的专业技能。最后感谢汤老师对我们耐心细致的指导！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 徐强主编.专业基础实验教程.四川：西南交通大学出版社2010年3月. 3 郝万新编著，电力电子技术.北京：化学工业出版社，2005.4 林渭勋编著.电力电子电路.杭州：浙江大学出版社，1986.5 郑忠杰编著.电力电子变