三相桥式整流电路在电动机变速上的应用

1、电力电子学课程设计信息工程学院电力电子学课程设计报告书题目: 三相桥式整流电路在电动机变速上的应用 专 业： 电子信息科学与技术 班 级： 0309409 学 号： 030940910 学生姓名： 杨波 指导教师： 钟建伟 2012年 4 月 29 日 信息工程学院课程设计任务书学生姓名杨波学 号 030940910成 绩设计题目 三相桥式整流电路在电动机变速中的应用设计内容1、 主要技术数据和可控整流电路的选择2、 三相整流电路的工作原理3、 整流电路参数计算和元件选择4、 保护电路的设计5、触发电路的选择设计要求1、输入交流电源：三相 380V±10%，频率f=50Hz2、直流输

2、出电流连续最小值3、电动机工作参数：磁极对数P=2，额定转速4、电动机额定参数：额定功率=10KW，额定电压=220V，额定电流=55A，过载倍数1.5时间安排2012年4月29日：选定设计题目2012年4月30日5月1日：图书馆和网站上搜索资料，搭建总体电路框图2012年5月2日5月4日：设计各模块电路，并调试和仿真，根据参数修改局部电路2012年5月5日：写设计报告参考资料1陈坚. 电力电子学（第二版）M. 北京：高等教育出版社，2004.122王兆安，黄俊. 电力电子技术）M. 北京：机械工业出版社，2002.63康华光. 电子技术基础模拟部分（第四版）M. 北京：高等教育出版社，200

3、6.14王兆安，张明勋. 电力电子设备设计和应用手册M. 北京：高等教育出版社，2002.6引言4摘要51 主要技术数据和可控整流电路的选择51.1 主要技术数据51.2 可控整流电路的选择51.2.1 三相整流电路的工作原理61.2.2 三相桥式全控整流电路的特点62 整流变压器额定参数计算72.1 整流变压器的计算72.1.1 整流变压器的作用72.1.2 整流变压器的计算83 晶闸管参数计算83.1 额定电压的计算83.2 额定电流的计算94 整流电路的过电压保护94.1 引起过电压的原因及分类94.2 交流侧过电压保护94.2.1 RC吸收电路电阻和电容的计算94.3 交流侧压敏电阻过

4、电压保护104.3.1 交流侧压敏电阻的参数计算与选择104.4 直流侧过电压保护104.4.1 电路图105 整流电路的过电流保护105.1 引起过电流的原因115.2 整流电路桥臂串联快速熔断器过电流保护115.2.1 电路图115.2.2 快速熔断器的选择原则115.2.3 直流侧过电流继电器的选择126 触发电路的选择12总结12参考文献12附录 三相桥式整流电路在电动机变速中的应用电路原理图13引言 在电机的发展史上，直流电动机有着光辉的历史和经历，皮克西、西门子、格拉姆、爱迪生、戈登等世界上著名的科学家都为直流电动机的发展和生存作出了机器巨大的贡献，这些直流电动机的鼻祖中，尤其是以

5、发明擅长的发明大王爱迪生却只对直流电动机感兴趣，现而今直流电动机仍然成为人类生存和发展极其重要的一部分，因而对直流电动机的研究很有必要。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及部分数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活，测量精度低，系统不稳定，调试也很困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广，给用户带来了极大的困难。随着的那片及技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的

6、提高工作效率。摘要直流电动机具有良好的运动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及部分数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活，测量精度低，系统不稳定，调试也很困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广，给用户带来了极大的困难。随着的单片机技术的发展，单片机技术不断地在工业生产和社会生活中起着重要作用，从早起的51单片机到现在的可编程逻辑器件，这就给直流电动机的进一步应用成为了

7、可能。本设计就是采用晶闸管三相全控桥式整流电路供电方案，控制电路由集成电路实现，系统中有速度调节器、电流调节器、触发器和电流自适应调节器等。关键词：拖动 调节 触发 自适应1 主要技术数据和可控整流电路的选择 1.1 主要技术数据 1、输入交流电源：三相 380V±10%，频率f=50Hz 2、直流输出电流连续最小值 3、电动机工作参数：磁极对数P=2，额定转速4、电动机额定参数：额定功率=10KW，额定电压=220V，额定电流=55A1.2 可控整流电路的选择三相桥式整流电路的优点： （1）三相全控桥式整流电路能工作在有源逆变状态。 （2）三相全控桥式整流电路输出电压脉动小，比三相

8、半波桥式整流电路高一倍，在相同脉动的要求下，全控桥式整流电路要求平波电抗器的电感量可以小一些。从上面几种可控整流电路的比较中可以看出：三相全控桥式整流电路从技术性能和经济性能指标综合考虑比其他可控整流电路优越，故本设计确定采用三相全控桥式整流电路。1.2.1 三相整流电路的工作原理 三相整流电路是交流侧由三相电源供电，负载容量较大，直流电压脉动较小，容易滤波。三相可控整流电路有三相半波可控整流电路、三相半控桥式整流电路和三相全控桥式整流电路。因为三相整流装置是平衡的，输出的直流电压和电流脉动小，对电网影响小。且控制滞后时间短，采用三相全控桥式整流电路时，输出电压交变分量的最低频率时电网频率的6

9、倍，交流分量与直流分量之比也较小。因此，滤波器的电感量比同容量的单相或三相半波整流电路小得多。另外，晶闸管的额定电压值也比较低。因此，这种电路适用于大功率变流装置。它是应用最为广泛，共阴极组阴极连接在一起的三个晶闸管（、和），共阳极组阳极连接在一起的三个晶闸管（、和）标号：1、3、5、4、6、2 1.2.2 三相桥式全控整流电路的特点 （1）两管同事导通形成供电回路，其中共阴极组合和共阳极组合各一个，且不为同一相器件。 （2）对触发脉冲的要求：按照的顺序，依次相位相差。其波形如图所示：图1.1共阴极组、相位依次相差；同样的，共阳极组相位也依次相差。同一组的上下两个桥臂，即、与、与脉冲相差。特点

10、如下：（1） 一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。（2） 须保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲。可以采用两种方法：一种是宽脉冲触发，另一种是双脉冲触发，经常采用第二种。（3） 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。 2 整流变压器额定参数计算2.1 整流变压器的计算 2.1.1 整流变压器的作用 整流变压器是整流的一部分，整流还需整流二极管，整流变压器的作用是为二极管提供适合的电压，交流是整流、逆流和变频的总称，整流是其中应用最广泛的一种。作为整流装置电源用变压器称为整流变压器。工业用的整流直流电源大部分都是由交流电网通过整流变

11、压器与整流设备而得到的。 2.1.2 整流变压器的计算 整流变压器二次电压的计算，采用三相桥式整流电路着呢光溜变压器二次侧相电压可用下式计算： 式中：为整流变压器二次侧相电压 直流电动机额定电压 = 取，整流变压器一、二次侧的电压比为 = 式中： K整流变压器变比 整流变压器一次侧相电压 整流变压器二次侧相电压 （3）整流变压器一、二次侧电流、的计算 = 式中： 整流变压器的额定电流值 3 晶闸管参数计算 3.1 额定电压的计算 晶闸管额定电压： = =（588882）V 取3.2 额定电流的计算 晶闸管额定电流： 式中： 晶闸管电流计算因素，采用三相桥式整流电路， 最大整流电流（A）， =电

12、动机最大工作电流，取=1.54 整流电路的过电压保护4.1 引起过电压的原因及分类 过电压产生的原因主要是供给的电功率或系统的储能发生激烈的变化，使得系统来不及转化，或者系统中原来积聚的电磁能量来不及消散而造成的。主要有雷击等外来冲击引起的过电压和开关的开闭引起的冲击电压两种类型。由开关的开闭引起的冲击电压又分为如下几类： （1）交流电源接通、断开产生的过电压 （2）直流侧产生的过电压 （3）换相冲击电压4.2 交流侧过电压保护4.2.1 RC吸收电路电阻和电容的计算 （1）RC吸收电路电容（uF）的计算 式中：变压器励磁电流对额定电流的标称值； 变压器二次侧线电压； = 取=4.7uF 的交

13、流耐压：4.3 交流侧压敏电阻过电压保护4.3.1 交流侧压敏电阻的参数计算与选择 压敏电阻额定电压的选择 式中：压敏电阻承受的额定电压； 压敏电阻通流容量的选择 = 根据上述计算结果，选用MY31-440/3型压敏电阻；额定电压440V，通流容量3KA，3只4.4 直流侧过电压保护4.4.1 电路图图5.4.1 直流侧压敏电阻过电压保护5 整流电路的过电流保护 5.1 引起过电流的原因 当电力电子变流器内部某一器件击穿或者短路、触发电路或者控制电路发生故障、出现过载、直流侧短路、可逆传动系统产生环流或逆变失败，以及交流电源电压过高或过低、缺相等，均可引起变流器内元件的电流超过正常工作电流，即

14、所谓的过流。由于电力电子器件的电流过载能力比一般电器设备差得多，因此，必须对变流器进行适当的过流保护。变流器的过流一般主要分为两类：过载过流和短路过流。 5.2 整流电路桥臂串联快速熔断器过电流保护 5.2.1 电路图 电路图如图所示：图6 整流电路桥臂串联快速熔断器过电流保护 5.2.2 快速熔断器的选择原则 （1）快速熔断器的额定电压应大于线路正常工作电压的有效值 （2）快速熔断器熔体的额定电流是指电流有效值，晶闸管额定电流是指通态电流平均值。选用时要求 ： 式中：快速熔断器熔体的额定电流； 快速熔断器额定电流； 取 c 熔断器（安装熔体的外壳）的额定电流应大于或等于熔体额定电流值。 因此

15、，选择RS3-250-50型快速熔断器：额定电压250V，额定电流50A 5.2.3 直流侧过电流继电器的选择 选择原则：过电流继电器动作电流小于或等于1.2.6 触发电路的选择 三相可控整流电路是通过触发控制角的大小，即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压的大小，称为相控电路。为了保证相控电路的正常工作，重要的一点就是保证按触发角在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲，这就是相控电路的驱动控制。对于相控电路这样使用晶闸管的场合，也习惯称为触发控制，相应的电路称为触发电路。大、中功率的变流器，对触发电路的精度要求较高，对输出的触发功率要求较大，因此，广泛使用的是晶闸管触发电路。其中以同步

16、信号为锯齿波的触发电路、同步信号为正弦波的触发电路和由集成触发器（555）组成的集成电路应用最多。锯齿波的触发电路输出可为单窄脉冲，以适用于三相桥式全控整流电路。集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。随着集成电路制作技术的不断提高，集成电路的不断普及，晶闸管触发电路集成化，所以本设计采用集成触发电路来作为触发信号。应用最广泛的是SG3525芯片。总结 通过本次设计，我获益良多。经过不断的查找资料和交流、思考，让我进一步的了解到了电子技术基础的理论，进一步了解了各种元器件的工作原理和使用方法，学到了检索文献，设计电路的基本能力，同时，在设计过程中，也遇到了或多或少的问题，培养了我学习、交流，发现问题和解决问题的方法和能力，更多的是，通过本次设计，我发现自己的平时理论基础不够扎实，这也让我在今后的学习中，更加夯实基础，注重理论与实际的结合。参考文献1.陈坚. 电力电子学（第二版）M