三相全控桥式整流及有源逆变电路的设计_图文

1、西安文理学院机械电子工程系 课程设计报告专业班级 自动化课 程 电力电子技术题 目 三相全控桥式整流及有源逆变 电路的设计学 号 000000000204 学生姓名 weitor 指导教师2010年 12月西安文理学院机械电子工程系课程设计任务书学生姓名 专业班级 学 号指导教师 职 称 讲师 教研室 自动化课 程 电力电子技术题目三相全控桥式整流及有源逆变电路的设计任务与要求任务:在已学的 电力电子技术 课程后, 为了进一步加强对整流和有源逆变电路的认 识。 可设计一个三相全控桥式整流电路及有源逆变电路。 分析两种电路的工作原理及相应 的波形。通过电路接线的实验手段来进行调试,绘制相关波形图

2、要求:a. 要有设计思想及理论依据b. 设计出电路图即整流和有源逆变电路的结构图c. 计算晶闸管的选择和电路参数d. 绘出整流和有源逆变电路的 u d (t、 i d (t、 u VT (t的波形图e. 对控制角 和逆变 的最小值的要求开始日期 2010.12.21 完成日期 2010.12.31 2010年 12月 21日设计题目 三相全控桥式整流及有源逆变电路的设计 一.设计目的1.更近一步了解三相全控桥式整流电路的工作原理,研究全控桥式整流电 路分别工作在电阻负载、电阻 电感负载下 Ud, Id及 Uvt 的波形,初步 认识整流电路在实际中的应用。2.研究三相全控桥式整流逆变电路的工作原

3、理,并且验证全控桥式电路在 有源逆变时的工作条件,了解逆变电路的用途。二.设计理念与思路晶闸管是一种三结四层的可控整流元件,要使晶闸管导通,除了要在阳极 阴极间加正向电压外, 还必须在控制级加正向电压, 它一旦导通后, 控制级就 失去控制作用,当阴极电流下降到小于维持电流,晶闸管回复阻断。因此,晶闸 管的这一性能可以充分的应用到许多的可控变流技术中。在实际生产中,直流电机的调速、同步电动机的励磁、电镀、电焊等往往 需要电压可调的直流电源, 利用晶闸管的单向可控导电性能, 可以很方便的实现 各种可控整流电路。 当整流负载容量较大时, 或要求直流电压脉冲较小时, 应采 用三相整流电路, 其交流侧由

4、三相电源提供。 三相可控整流电路中, 最基本的是 三相半波可控整流电路, 应用最广泛的是三相桥式全控整流电路。 三相半波可控 电路 只用三只晶闸管,接线简单,但晶闸管承受的正反向峰值电压较高,变压 器二次绕组的导电角仅 120°,变压器绕组利用率较低,并且电流是单向的,会 导致变压器铁心直流磁化。 而采用三相全控桥式整流电路, 流过变压器绕组的电 流是反向电流, 避免了变压器铁芯的直流磁化, 同时变压器绕组在一个周期的导 电时间增加了一倍,利用率得到了提高。逆变是把直流电变为交流电, 它是整流的逆过程, 而有源逆变是把直流电经 过直 -交变换,逆变成与交流电源同频率的交流电反送到电网

5、上去。逆变在工农 业生产、交通运输、航空航天、办公自动化等领域已得到广泛的应用,最多的是 交流电机的变频调速。 另外在感应加热电源、 航空电源等方面也不乏逆变电路的 身影。在很多情况下,整流和逆变是有着密切的联系,同一套晶闸管电路即可做整流,有能做逆变,常称这一装置为“变流器” 。三.关键词晶闸管,三相全控桥式,整流,有源逆变,波形四.设计主要设备1.MCL 系列教学试验台主控制屏;2. NMCL-002电源控制屏;3.NMCL-001交直流仪表;4.NMCL-33触发电路和晶闸管主回路;5.NMEL-03三相电阻器;6.NMEL-05开关板;7.NMCL-331平波电抗器;8. 双踪示波器;

6、9. 万用电表。五.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

7、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 700mHLUVWU V WVT1VT2VT3VT4VT5VT6G1G2G3G4G5G6

8、UctUV图 12. 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、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

9、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 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 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

10、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 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

11、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°.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

12、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

13、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。六.电路调试1. 校正双踪示波器, 两个探头同时夹在示波器自带的方波发生器上, 如果方 波的正负面积相等,则示波器正常,否则就要校正好示波器。2. 按电路原理图接线, 未上主电源前, 检查电源相序及晶闸管的脉冲是否正 常。.打开 NMCL-002电源开关,给定电压有电压显示。.确定电源相序双踪示波器法。三相整流电路是按一定顺序工作的, 故保证相序正确是非常重要的。 测定相序可采用双踪示波器法, 指定一根电源线 为 U 相,

14、再用示波器观察,比 U 相落后 120°者为 V 相,超前 120°者为 W 相。 . 用示波器观察 NMCL-33的双脉冲观察孔, 应有间隔均匀, 幅度相同的双 脉冲。.检查相序,用示波器观察“ 1” , “ 2”单脉冲观察孔, “ 1”脉冲超前“ 2” 脉冲 60°,则相序正确,否则应该调整出入电源。.用双踪示波器的一根接在 U 相电源上,另一根接在脉冲孔“ 1”上,注 意观察正弦波与脉冲的位置, 脉冲孔在=150°(=30° 的位置上, 则相序正确, 否则应该调节 RP 和示波器。用示波器观察每只晶闸管的控制极,阴极,应有幅度为 1V-2

15、V 的脉冲。3. 研究三相全控桥式整流电路供电给电阻负载时的工作把开关 S1,S2扳向接有导线的一端,合上主电源,调节主控制屏输出电压 Uuv , Uvw , Uwv ,从 0V 调至 220V :改变控制电压 Uct ,观察在不同触发移相角时,全控整流电路的输出电 压波形 Ud , 输出电流波形 Id 及晶闸管电压波形 Uvt , 并记录相应的 Ud , Id , Uct 值,填与表 1。表 1 记录=30°, 60°, 90°时的 Ud, Id及 Uvt 的波形图。 =30°时, Ud, Id波形 =30°时, Uvt 波形 =60

16、6;时, Ud, Id波形 =60°时, Uvt 波形 =90°时, Ud, Id波形 4. 研究三相全控桥式整流电路供电给电阻 -电感性负载时的工作断开主电源,把开关 S1扳向接有电感负载的一端,合上主电源,调节主控 制屏输出电压 Uuv , Uvw , Uwv ,从 0V 调至 220V ,然后调节 RP ,使其逐渐减 小,监视电流,不宜超过 0.8A(若超过 0.8A ,可用导线把负载电阻短路 :改变控制电压 Uct ,观察在不同触发移相角时,全控整流电路的输出电压波 形 Ud ,输出电流波形 Id 及晶闸管电压波形 Uvt ,并记录相应的 Ud , Id , Uct

17、 值, 填与表 2 记录=30°, 60°时的 Ud, Id及 Uvt 的波形图。=30°时 Ud , Id 的波形 =60°时 Ud 的波形 =60°时 Id 的波形 5. 研究三相全控桥式逆变电路的工作断开主电源, 把开关 S2扳向接有不可控电路的一端, RP 调至最大合上主电 源,调节主控制屏输出电压 Uuv , Uvw , Uwv ,从 0V 调至 220V 。改变控制电压 Uct ,使逆变角 的范围在 30°60°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 ,并记录

18、相应 的 Ud , Id 值,填与表 3中。表 3 记录 =30°, 60°(即=150°, 120° 时的 Ud,id 及 Uvt 的波形图。 =30°时 Ud 的波形 =30°时 id 的波形 =30°时 Uvt 的波形 =60°时 Ud 的波形 =60°时 id 的波形 =60°时 Uvt 的波形 七注意事项 注意事项 1.整流及逆变电路与三相电源连接时，一定要注意相序。 2.整流电路的负载电阻不易过小，应使 Id 不不超过 0.8A，同时负载电阻不宜 过大，保证 Id 超过 0.1A，避

19、免晶闸管时断时续。 3.为防止逆变颠覆，逆变角必须安置在 30°90°范围内。 4.示波器的使用必须注意，两根地线必须接在等电位点，防止造成短路。 八最小逆变角的确定 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

20、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°。 九心得体会 课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验， 而且也是对自己能力的一种提 高。下面我对整个课程设计的过程做一下简单的总结。 第一，接到任务以后进行选题。选题是课程设计的开端，选择恰当的、感兴 趣的题目，这对于整个设计是否能够顺利进行关系极大。好比走路，这开始的第 一步是具有决定意义的，第一步迈向何方，需要慎重考虑。否则，就可能走许多 弯路、费许多周折，甚至南辕北辙，难以到达目的地。因此，选题时一定要考虑 好了。 第二，题目确定后就是