课程设计三相全控桥逆变电路设计

1、电力电子技术课程设计（工业电气自动化）姓 名 专业班级 学 号 指导教师 2011年12月21日成绩： 优 良 合格 电力电子技术课程设计任务书1 设计目的 积极开展素质教育，努力提高大学生的工程意识，理论联系实际，培养学生的创新能力和工程设计能力。使学生掌握电力电子变流装置的方案设计、参数计算方法，制定实验方案技术路线，提高实验技能。并为后续课“自动控制系统”、“交流调速系统”等课程打下良好基础，进一步提高学生设计、实验、调试和应用各种变流装置的能力。2设计题目三相全控桥逆变电路设计3 设计内容与要求设计三相全控桥逆变实验电路。掌握三相全控桥逆变电路的工作原理和分析方法。根据不同控制角，分析

2、三相全控桥逆变电路所对应的波形及相关参数的变化。31 电路设计主电路整流变压器组别为d,y11,采用锯齿波同步的触发电路或kc04集成电路触发器。1）画出三相全控桥逆变电路主电路电路图。标明相关电压极性。2）画出三相全控桥逆变电路控制电路电气原理图。3）画出同步分析相量图，选择同步变压器组别。完成与控制电路接线。32 电路工作原理分析1）分别画出=30o, =60o, = 90o时的输出电压ud波形和ut1波形。2） 写出逆变状态时的输出电压表达式ud=f（）, it= f（）, i2= f（）.33 参数计算设ud=400v， id=100a,选择晶闸管元件的型号和变压器容量。34 书写认真

3、，图表清晰，实验验证，独立完成。4 实验结果用示波器观察并记录=30o, =60o, =90o时的ud、ut1、it波形。观察逆变失败现象，分析逆变失败原因。5 设计总结设计题目 三相全控桥逆变电路设计1 设计目的 积极开展素质教育，努力提高大学生的工程意识，理论联系实际，培养学生的创新能力和工程设计能力。使学生掌握电力电子变流装置的方案设计、参数计算方法，制定实验方案技术路线，提高实验技能。并为后续课“自动控制系统”、“交流调速系统”等课程打下良好基础，进一步提高学生设计、实验、调试和应用各种变流装置的能力。2设计电路图及工作原理 1.电路结构三相全控桥式整流电路是利用晶闸管的单向可控导电性

4、能，实现直流电变交流电，电路结构采用共阴极接法的三相半波（vt1,vt3,vt5）和共阳极接法的三相半波（vt4,vt6,vt2）的串联组合，由于共阴极组在正半周导电，流经变压器的是正向电流；而共阳极组在负半周导电，流经变压器的是反向电流。因此变压器绕组中没有直流磁通，且每相绕组正负半周都有电流通过，提高了变压器的利用率。共阴极组的输出电压是输入电压的正半周，共阳极组的输出电压是输入电压的负半周，总的输出电压是正负两个输出电压的串联。有源逆变是将直流电变成和电网同频率的交流电并送回到交流电网中去。逆变的两个条件，一是要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均

5、电压，因此主电路图采用了一个用整流二极管vd1vd6组成三相不可控整流电路来提供一个直流电动势，为了保证其值大于变流电路直流侧的平均电压，应该给变流电路直流侧加一个变压器来满足条件；二是晶闸管的控制角>90°（即0<<90°）,使ud为负值。只有同时满足这两个条件，才能实现逆变。三相全控桥式整流及有源逆变主电路图avt1vt4vt3vt5vt6vt2vd2vd5vd6vd4vd1vd3lrp+v-uds1+-s2uvwuaubuc 2.电路工作原理整流电路 在上图所示的三相全控桥式整流电路中，设l>>rd,在=0°时，其对应的各电压、

6、电流波形如下图所示：根据晶闸管的导通条件可知，对共阴极组来说，哪相电位较其他两相高时，就触发该相晶闸管使其导通；对共阳极组来说，哪相的电位较其他两相低时，就触发该相晶闸管使其导通。为保证整流电流id有通路，必须保证在同一时刻里共阴极组和共阳极组中各有一个晶闸管导通。即电流的通路为：变压器二次绕组共阴极组的某相负载共阳极的某相变压器二次绕组。整流输出电压为 ud=ud1-ud2其中，ud1为共阴极组输出电压瞬时值；ud2为共阳极组输出电压瞬时值。如果共阴极组和共阳极组控制角相同，则两组整流电压平均值相等，三相全控桥式整流电路的整流电压应为三相半控时的两倍。图 2在一个周期内，晶闸管的导通顺序为v

7、t1vt2vt3vt4vt5 vt6。在这里只分析=0°时的工作 情况如上图所示，将一个周期相电压分为六个区间：在t1t2区间：u相电压最高，vt1被触发导通。v相电压最低，vt6被触发导通，加在负载上的输出电压ud=uu-uv=uuv。在t2t3区间：u相电压最高，vt1被触发导通。w相电压最低，vt2被触发导通，加在负载上的输出电压ud=uu-uw=uuw。在t3t4区间：v相电压最高，vt3被触发导通。w相电压最低，vt2被触发导通，加在负载上的输出电压ud=uv-uw=uvw。在t4t5区间：v相电压最高，vt3被触发导通。u相电压最低，vt4被触发导通，加在负载上的输出电压

8、ud=uv-uu=uvu。在t56t区间：w相电压最高，vt5被触发导通。u相电压最低，vt4被触发导通，加在负载上的输出电压ud=uw-uu=uwu。在t6t7区间：w相电压最高，vt5被触发导通。v相电压最低，vt6被触发导通，加在负载上的输出电压ud=uw-uu=uwu。整流电路的工作特点任何时候共阴极和共阳极组各有一个元件同时导通才能形成电流通路。每个晶闸管导通角为120°；共阴极组晶闸管vt1,vt3,vt5，按相序依次触发导通，相位相差120°，共阳极组晶闸管vt2，vt4,vt6,相位相差120°，也按相序依次触发导通，同一相得晶闸管相位差180&#

9、176;.输出电压由六段电压组成，每周期脉动六次。晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，它至于晶闸管的导通情况有关，其波形由三段组成。一段为零，两段为线电压。晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。变压器二次绕组流过正、负两个方向的电流，消除了变压器的直流磁化，提高了利用率。对触发脉冲宽度的要求。整流桥正常工作时，需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，常用的方法有两种：一种是宽脉冲触发，它要求触发脉冲的宽度大于60°；另一种是双窄脉冲触发，即触发一个晶闸管时，向小一个序号的晶闸管补发一个脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以采用双脉冲触发。>0°时，晶

10、闸管不在自然换相电换流，而是从自然换相点后移角度开始换流，工作过程与=0°基本相同。电阻性负载60°时的ud波形连续，>60°时ud波形连续，=120°时，输出电压为零，因此三相全控桥式整流电路电阻性负载相移范围为0° 120°。逆变电路图 1为三相桥式有源逆变电路的原理图。为满足逆变条件，左端桥式不可控整流电路为逆变提供了上正下负的电动势。研究三相全控桥式逆变电路的工作改变控制电压uct，使逆变角的范围在30°90°之间，观察全控逆变电路的输出电压波形ud，输出电流波形id及晶闸管电压波形uvt，记录=30

11、°，60°，90°时的ud,id及uvt的波形图。=30°时ud的波形=30°时id的波形=30°时ut1的波形=60°时ud的波形=60°时id的波形=60°时ut1的波形=90°时，ud, id波形=90°时ut1的波形ut1写出逆变状态时的输出电压表达式ud=f（）, it= f（）, i2= f（）. 、 ud=- 2.34u2cos=-1.35u2lcosit =0.577idi2= 0.816 idid=（ud- em）/ rpd=r id2 +emid参数计算设ud=40

12、0v， id=100aud,选择晶闸管元件的型号和变压器容量晶闸管耐压应大于2ud, 选择耐压800v以上的晶闸管，例如1200v。变压器容量 计算：i2=i1=0.816id=81.6a (前系数取1.4)在计算得到变压器次级相电压有效值u2以及相电流有效值i2后，根据变压器本身的相数m就可计算变压器的容量，其值为 平均计算容量 式中，m1和m2为变压器初、次级绕组的相数。所以, s2=3*132*81.6=32.3kvas1=3*380*81.6=93kvas=62.6kva实验结果用示波器观察并记录=30o, =60o, =90o时的ud、ut1、it波形。观察逆变失败现象，分析逆变失败

13、原因。最小逆变角的确定为保证逆变能正常工作，使晶闸管的换相能在电压负半波换相区之内完成换相，触发脉冲必须超前一定的角度，也就是说，逆变角必须要有严格的限制。1.换相重叠角。由于整流变压器存在漏抗，使晶闸管在换相时存在换相重叠角。值随电路形式、工作电流大小不同而不同，一般选取15°25°电角度。2.晶闸管关断时间tg所对应的电角度。晶闸管从导通到完全关断需要一定的时间，这个时间tg一般由管子的参数决定，通常为200300s，折合到电角度约为4°5.4°。 3.安全余量角。由于触发电路各元件的工作状态会发生变化，使触发脉冲的间隔出现不均匀既不对称现象，再加上电源电压的波动，波形畸变等因素，因此必须留有一定的安全余量角，一般为10°左右。 综合以上因素，最小逆变角+=30°35°。设计总结 电力电子技术既是一门技术基础课程，也是实用性很强的一门课程。课程设计是检验我们所学知识的一个良好手段，让我们可以在实践中检验自己，课程设计耗时两个多星期