三相整流电路的设计课程设计说明书正文(共18页)

1、第1章 绪论(xln)整流(zhngli)电路（Rectifier）是电力(dinl)电子电路中出现最早的一种，其作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。整流电路的应用十分广泛，例如直流电动机，电镀、电解电源，同步发电机励磁，通信系统电源等。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路可从各种角度进行分类，主

2、要分类方法有：按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种；按电路结构可分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分为单相电路和多相电路；按变压器二次电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路；按控制方式可分为相位控制（相控）整流电路和斩波控制（斩控）整流电路。当整流负载容量较大，或要求直流电压脉动较小、易滤波时，应采用三相整流电路，其交流侧由三相交流供电。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路、双反星形可控整流电路以及十二脉波可控整流电路等。第2章 系统(xtng)总体方案2.1 系统结构组成(z chn)根据设计内容决定采用三相桥式全控整流电

3、路实现。该电路可分为五部分电路模块：主电路模块，触发电路模块，驱动(q dn)电路模块，保护电路模块，检测显示电路模块。主电路模块，主要由三组两串联晶闸管并联组成。触发电路模块，主要通过TCF792B三相通用数字相位控制触发电路芯片TCF792B 输出六脉冲。驱动电路模块，主要通过光电耦合器、晶体管进行脉冲放大。保护电路模块，主要有过电流保护模块和过电压保护模块，分别通过快速熔断器和RC过电压抑制电路实现。检测显示电路模块，主要通过ADC0809芯片进行A-D转换，单片机AT89C51控制LCD1602液晶显示触发角和整流输出电压。2.2 系统总体框图系统总体框图大致如图2.1所示：图2.1

4、系统(xtng)总体框图2.3系统(xtng)工作原理三相交流电通过变压器调压至二次端额定电压，同时输送(sh sn)给主电路。三相桥式全控整流电路是通过控制触发角的大小，即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小的，属于相控电路。为保证相控电路的正常工作，应保证按触发角的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效触发脉冲。触发脉冲控制电路主要由TCF792B集成触发电路芯片实现，该芯片具有高精、易用、可靠、无需调试的优点，外围元件少且性能优良，可以较精确的对晶闸管进行触发。通过驱动电路对脉冲放大（并电气隔离），使得晶闸管在门极的触发信号的控制下和流过晶闸管的电流的共同作用下，处于导通和截止不断转

5、换的状态。通过保护电路的监控与保护，变压器、主电路、触发电路可以在正常工作状况下工作。通过主电路的作用，可以将输入的变压器二次端的交流信号变换成整流装置输出端的直流信号，供用户或负载使用。通过检测显示电路可以实时显示触发角和整流输出电压Ud的大小。第3章 单元(dnyun)电路设计3.1 主电路(dinl)设计(shj)当负载为阻感性时，三相桥式全控整流电路通过六个晶闸管和足够大的电感把电网的交流电转化为直流电而供给用户使用，可以通过调节触发电路的控制电压Vk改变晶闸管的控制角，从而改变输出电压Ud和输出电流Id。三相桥式全控整流电路原理图如图3.1所示，习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（

6、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三相电源连接的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VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。图3.1 三相(sn xin)桥式全控整流(zhngli)电路原理图3.2 保护(boh)电路设计变压器一、二次侧串接快速熔断器FU用于过电流保护，并接RC抑制电路用于过电

7、压保护，如图3.2所示。图3.2 变压器保护电路晶闸管串接快速熔断器用于过电流保护，并接R-C阻容吸收回路用于过电压保护，如图3.3所示。图3.3 晶闸管保护(boh)电路3.3 触发(chf)电路设计(shj)3.3.1 TCF792芯片简介TCF792的芯片管脚图如图3.4所示。图3.4 TCF792的芯片管脚图TCF792原理结构简图如图3.5所示。图3.5 TCF792原理(yunl)结构简图该芯片(xn pin)供电电压为5V， 它的输入输出端口兼容(jin rn)TTL电平，这使它与其它数字电路接口简单方便。同步信号采用方波由7脚输入，其下降沿应为A相相电压由负变正过零同步点。该周

8、期信号经180倍倍频后，形成2周期宽度的脉冲信号，该信号进入数字运算控制单元后用于形成2，4，60，120，180等控制信号。调制波脉冲、相位分配等信号由此产生。移相角控制电压，脉冲宽度控制电压，滞后相位补偿电压分别由多路开关切換后进入10位A/D转換电路，其分辨率达0.05%，可以滿足工业控制需要。转換后的数值送入运算控制单元。数字运算控制单元的运算节拍由振荡器产生。振荡器分内部振荡器和外部振荡电路。A型选用外部晶振振荡电路，B型采用内部振荡电路，由生产商在制造时固定。全控双脉冲或半控单脉冲选择，矩形波或调制波选择，鋸齿形或余弦函数型(指移相角度与控制电压关係曲线)选择，正相序输出或反相序输

9、出选择，分別由15，17，18，19脚悬空或接地进行控制。16脚若接地将闭鎖所有的输出，一般用于过载或短路保护。芯片内含自动上电复位电路。芯片內设置有硬件看门狗电路，当电路发生干扰打乱数字电路运行节拍时，能起纠正作用，输出电路极迅速恢复正常。TCF792管脚功能如图3.6所示。 图3.6 TCF792管脚功能表3.3.2 基于(jy)TCF792B的集成触发电路设计基于(jy)TCF792B的集成(j chn)触发部分电路如图3.7所示。其中，电网电压Uac经R1，R2，R3与VD1，VD2削波后，进入R4输入电压比较器的负输入端，当Uac为正半波时，比较器输出零电平；当Ua为负半波时，比较器

10、输出高电平，从而将正弦波输出变换为方波输出，Uac的输入范围为5400 V。光电耦合器U2用作电路隔离，起抗干扰作用。电容器C1起滤除Uac信号中过零点附近的毛刺，其数值可依实际波形中毛刺的大小而定。由于滤波产生的相位滞后，可调整RW2的输出至引脚14进行电位补偿。TCF7928的引脚2为+A输出信号，低电平有效。光电耦合器U3用作电路隔离，其意义同U2。U2的右边为脉冲放大电路，其参数可依晶闸管型号进行调整。脉宽可由RW1调整，其调整范围为0180，实际约调至200Us即可。触发角控制电压输入端Vk(引脚12)上的电位通过R20上的压降取得，其值取决于光电耦合器U4的输出电流。光电耦合器采用

11、线形PC817-A，其输出电流与输入电流成正比。晶体管V2与R21构成恒流源电路，其大小受基极电位控制。图2中的Uac经整流、阻容分压滤波，加在RW3两端，用以调节RW3，可改变输入至V2的基极电位，进而改变移相触发角，调节晶闸管整流输出电压。利用5V和18V电源对电路隔离，有利于提高器件的抗干扰能力。其引脚15悬空，选择全控单脉冲；引脚18接地，选择余弦函数输出。输出移相角与控制电压Vk的关系式为： 三相桥式全控整流输出(shch)电压为： 式中：为常数(chngsh)。将式（1）代入式（2）有： 式中： 由式(3)可见(kjin)，Ud与Vk成线性函数关系。值得注意的是：举例中，RW3两端

12、的电压并未采用稳压电源，而是取Uac经整流降压后的电压。由上述公式可，当Uac下降时，Ud下降，此时Vk也成比例下降，而Vk下降将使控制角减小，从而补偿了因Uac下降引起的整流电压下降。假设正常运行时触发角为90，当电网电压下降10，则经计算，其Ud仅下降l。可见它具有一定的恒压整流作用，且电路原理简单。图3.7 基于(jy)TCF792B的集成(j chn)触发部分(b fen)电路3.4 驱动(q dn)电路设计驱动(q dn)电路如图3.8所示，由TCF792B触发(chf)电路产生的六路双脉冲信号+A、-A、+B、-B、+C、-C通过光电耦合器电气隔离，经六组晶体管电路进行脉冲放大输出

13、。图3.8 驱动电路3.5 检测显示电路设计触发角和整流输出电压的检测显示部分主要由89C51单片机、AD转换、LCD显示电路部分组成，如图3.9所示，模拟电压信号经AD转换变成数字信号输入89C51再由LCD显示。通过变成实现预定的程序流程，在相应时间段内输出相应的触发角和电压。图3.9 检测显示系统(xtng)框图模拟电压信号0输出到ADC0809的IN0口经过(jnggu)AD模数转换把模拟信号转成数字信号输入单片机；模拟电压信号1输入到ADC0809的IN1口经过AD模数转换把模拟信号转成数字信号输入到单片机。单片机的P3口接收AD转换后的数字信号，经过单片机处理由P0口输出到LCD液

14、晶显示。其检测显示(xinsh)电路如图3.10所示。图3.10 检测(jin c)显示电路第4章 系统(xtng)仿真(fn zhn)设计4.1 系统仿真原理图系统原理仿真图如图4.1所示，其中电源为220v工频三相对称电源，阻感性负载电路中电阻R=10，电感L=10mH，设定触发角=60 。图4.1 系统(xtng)仿真原理图4.2 系统(xtng)仿真输出(shch)波形系统仿真输出波形如图4.2所示，从上至下依次为整流器交流测电流波形、输出电流波形、输出电压波形、触发脉冲波形、交流测电压波形。图4.2 系统(xtng)仿真输出波形总结(zngji)与体会附录(fl)主电路(dinl)及

15、保护电路 触发(chf)电路及驱动电路 检测显示(xinsh)电路参考文献1 王兆安，刘进军主编(zhbin). 电力电子技术M. 第5版. 北京：机械工业出版社，2009. 5 2 王迎旭主编(zhbin). 单片机原理与应用M. 第2版. 北京：机械工业出版社，2012. 2 3 翁双安主编. 供电工程M. 第2版. 北京：机械工业出版社，2012. 1 4 刘星平主编. 电力电子技术实验指导书Z. 校内：湖南工程学院，不详5 陈善基. 基于TCF792的晶闸管整流电路EB/OL. HYPERLINK /p-170329447352.html /p-170329447352.html 6

16、陈善基. TCF792单、三相通用数字相位控制触发电路EB/OL. HYPERLINK /view/0031cd1eb7360b4c2e3f64c0.html /view/0031cd1eb7360b4c2e3f64c0.html 7 陆丽妍. 基于TCF792的晶闸管交流调压电路的设计EB/OL. HYPERLINK /view/51cea1dec1c708a1284a44b7.html /view/51cea1dec1c708a1284a44b7.html 8 无名. 基于TCF792的整流电路的研究EB/OL. HYPERLINK /view/1d2b1869a45177232f60a205.html /view/1d2b1869a45177232f60a205.html 9 无名. 三相桥式整流电路设计EB/OL. HYPERLINK /view/c8aaadf8c8d376eeaeaa31a1.html /view/c8aaadf8c8d376eeaeaa31a1.html 10 无名. 三相桥式全控整流电路的设计EB/OL. HYPERLINK /v