三相桥式全控整流系统

设计任务及要求设计系统的主电路、触发电路及控制电源，绘制整流系统原理图，并计算主电路器件的参数。其中负载为直流电动机，2电压调节范围：〜。由上述要求可知我们的设计任务分为：一、主电路，即三相桥式全控整流电路。二、触发电路，可以用集成触发电路。三、控制电源，包括给定电压，负偏移电压，同步变压器。而给定电压和负偏移电压可以由给定电源来产生。1.1设计任务设计三相桥式全控整流系统，设计任务可分为：一、主电路，即三相桥式全控整流电路。二、触发电路，可以用集成触发电路。三、控制电源，包括给定电压，负偏移电压，同步变压器。而给定电压和负偏移电压可以由给点电源来产生。1.2设计要求绘制整流系统原理图，并计算主电路器件的参数。其中负载为直流电动机，电压调节范围:2系统电路设计2.1系统主电路我们所设计的系统为三相桥式全控整流系统，总框图如下:图1系统总框图主电路就是三相桥式全控整流，原理图如下：VTnVT^VT,d.J-ir■_?1vt4vt6vi2d2图三相桥式全控整流电路原理图在电路中变压器二次侧接成星形是为了得到零线，而一次侧接成三角形是为了避免次谐波流入电网。阴极连接在一起的个品闸管（TT）5称为共阴极组，这种接法为共阴极接法。阳极连接在一起的个品闸管（TT）2称为共阳极组，这种接法为共阳极接法。而我们习惯上也希望是晶闸管是按顺序导通，即导通顺序为一〉-2-3—〉-5,所以我们就将品闸管进行了编号，如上图所示，这样编号的话就是按我们平时所习惯的顺序进行导通。图相电压波形由于晶闸管的正常工作时的特性为：承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，品闸管都不会导通。承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下品闸管才能开通。品闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使品闸管关断，只能使品闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。从上图相电压波形，我们可以知道在品闸管门极开通的情况下，共阴极组中哪个晶闸管的阳极电压值最大，那么该相所对应的品闸管就会导通，并使另两相的晶闸管承受反压关断，那么整流输出电压就为该相的相电压，或者说整流输出电压为相电压在正半周的包络线。同理，在品闸管门极开通的情况下，共阳极组中哪个晶闸管的阴极电压值最低，或者说负的最多，那么该相所对应的品闸管就会导通，并使另两相的晶闸管承受反压关断，那么整流输出电压就为该相的相电压，或者说整流输出电压为相电压在负半周的包络线。所以总的整流输出电压是两条包络线的差值。用下表来说明晶闸管的工作状况：表三相桥式全控整流电路品闸管工作情况时段共阴极组中导通的晶闸管共阳极组中导通的晶闸管整流输出电压u-u=uababu-u=uacacu-u=ubcbc时段IV共阴极组中导通的晶闸管共阳极组中导通的晶闸管整流输出电压udu-u=ubabau-u=ucacau-u=ucbcb从上表中我们可以知道共阴极组的个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。共阳极组的个晶闸管，阴极所接交流电压值最低的一个导通。而且任意时刻共阳极组和共阴极组中各有一个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。所以可以得到整流输出电压ud可由表格中的公式所计算得到。若将品闸管用二极管代替，那么在相电压的交点、■处，都会自然出现二极管换相，因为在这些个交点处，每个二极管的所受的相电压大小顺序发生了变化，那么导通的二极管就会发生变化，电流由一个二极管向另一个二极管转移，那么就叫做换相。我们称这些交点为自然换相点。那我们就可以知道自然换相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，所以可以将其作为计算各品闸管触发角的起点，即此时,通过改变各品闸管的触发角，就可以调节整流输出电压。一般三相桥式全控整流电路都是给阻感负载和反电动势阻感负载比如直流电动机供电，我们这次系统的设计就是三相桥式全控整流电路带直流电动机负载，主电路图如下所示：直流电动机可以看做是阻感负载的一种，它的波形图和三相桥式全控整流电路带阻感负载的波形图基本上是一致的，以下就为三相桥式全控整流电路带阻感负载0的波形图。

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u图三相桥式全控整流电路带阻感负载0的波形图当W■寸，波形均连续，带阻感负载电路的工作情况与带电阻负载的十分相似。而当・寸，带阻感负载时的工作情况就和带电阻负载时有不同之处了。带阻感负载时，由于有电感的作用，波形会出现负的部分。若电感的值足够大的话，中正负面积可以认为基本相等，这样的话平均值就近似为零了。而电阻负载时，波形不会出现负的部分。所以我们可知带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的角移相范围为°〜・uuuuVTuuuuVT图三相桥式全控整流电路带阻感负载0勺波形图从上图我们可以看到，如果电感值比较大的话中正负面积可以认为基本相等，这样的话平均值就近似为零了。而整流输出电压是不能为负的，所以带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的角最大值为°。其实三相桥式全控整流电路带负载不同，波形的区别不是很大，主要的区别在负载的电流波形上，因为如果是阻感负载的话，电感有平波的作用，在电感为无限大时，我们可以看做输出电流波形为一条直线。但是电感不可能无限大，而且直流电动机的电感也不是很大，所以还是会有纹波，而且如果出现电流断续的情况的话，那么电动机的机械特性将会很软，所以为了克服这个缺点，我们一般会给主电路中直流输出侧，直流电动机串联了一个平波电抗器。平波电抗器的作用是用来减少电流的脉动和延长晶闸管的导通时间。只要电感为足够大时就能使电流连续了，就不会出现时电动机机械特性很软的情况了。这样也可以近似的将负载电流特性看为一条水平的直线。通过以上的波形图和对电路的总结，我们可以得到三相桥式全控整流电路的一些特占：八、、：一、整流电路中每一时刻都是个品闸管同时导通，来构成回路，而且共阴极组和共阳极

组每组都只有一个晶闸管导通，既不能为同组的晶闸管同时导通，也不能一相的晶闸管同时导通。二、六个品闸管的触发脉冲要按顺序给定，可以通过控制相位来达到这个目的。具体如下所述，每个品闸管按顺序相位依次相差°，而共阴极组和共阳极组的晶闸管每一组相位依次相差2,而同一相的上下桥臂的相位要相差80三、由于三相桥式全控整流电路的输出电压一周期脉动次，并且每次脉动的波形都一样，所以它又称为六脉冲整流电路。我们可以通过三相桥式全控整流电路波形图，图看出来。四、若要让整流电路在一般情况下正常工作，比如合闸启动过程中、电流断续，就要保证同时导通的两个晶闸管都有触发脉冲。主电路图如下£11c■nrinn118£11c■nrinn11831EECV-•W/-1=^-VA―图三相桥式全控整流主电路图口T在该电路中，我在每个品闸管都并联了保护电路，由一个电容和电阻做成。同时又在变压器二次侧上串联了一个快速熔断器。也是起保护作用的。因为我们的电路可以应用于生产实践中，所以一定要加上保护电路。2.2系统触发电路我们所设计的系统为三相桥式全控整流系统，在主电路中用到了六个品闸管，而品闸管的触发脉冲的产生和控制，是很重要的一部分，因为如果某个品闸管该导通却没有导通的话，可能会导致电路中某个元件的损毁，或者整个电路的瘫痪。通过晶闸管的静态特性，我们可以知道，首先要让让品闸管承受正向电压，这样品闸管才可以导通，而在品闸管在承受正向电压情况下，也仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。而品闸管电流的变化会有一个梯度，所以要保证触发脉冲的宽度。而三相桥式全控整流电路，要保证同时导通的两个晶闸管均有触发脉冲。可以采用两种方法来达到目的。第一种方法是将脉冲宽度大于60°，一般为80°到100°，被称为宽脉冲，第二种方法就是用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60°，一般为20°到30°，被称为双脉冲触发。这两种方案相比较的话，宽脉冲触发优点是与双脉冲相比可以减少一个输出脉冲，缺点是为了不使脉冲变压器饱和，要将铁心体积做的较大，这样的话就会使脉冲前沿不够陡，品闸管串联使用不利。而双脉冲的优点是它所要求的触发电路输出功率小，缺点是电路比较复杂。所以选择双脉冲触发，它可以保证品闸管得到较高稳定性的触发特性。因为三相桥式全控整流主电路中由六个品闸管组成，那么触发电路中就要有六个输出端，所以集成触发电路我们选择了三片长）004芯片和一片KJ041芯片，这样就可以形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，这里我们选择三极管来进行放大。这样的话就构成了完整的三相全控桥触发电路。2.2.1KJ004芯片芯片，又叫做品闸管移相触发集成电路。它是双列式直插式集成电路，适应于单相、三相全控桥式晶闸管的双脉冲触发。目前应用比较广泛。它之所以应用比较广泛，是因为它可以输出两路相位互差°的移相脉冲，输出负载能力大，移相性能好，正负半周脉冲相位比较均衡，而且它对同步电压要求低。管脚图如下：］一|15］】4注1］】2111j仅二)KJ004LlIl±JLlILdIjJLJLdL£j图7KJ0U4的弓I脚排列各管脚功能说明：引脚为同相脉冲输出端，它的作用是使用时接正半周导通晶闸管的脉冲功率放大器及脉冲变压器引脚2、6、10都为空脚，悬空接就可以了。引脚3和4要通过电容连接起来的。其中引脚3是锯齿波电容连接端，而引脚4是同步锯齿波输出端，它通过电阻进行移相。引脚5是芯片工作的负电源输入端，使用时接用户系统的负电源。引脚7为接地端，使用时直接接电路的控制电源地端。引脚为系统的工作正电压输入端，使用时接控制电路电源，一般为5引脚8功能为同步电源信号输入端，它接控制电路的同步变压器，此芯片要求同步电压为0引脚9为芯片连接最为重要的一部分，它的功能是移相、偏置及同步信号综合端，使用时分别通过三个等值电阻接锯齿波、偏置电压及移相电压。该引脚主要来提供芯片工作所需要的电压。引脚11和12是通过电容连在一起的。11脚为方波脉冲输出端通过电容与12脚相连，而12脚为脉冲信号输入端，它通过一个电容与电源相接，并通过电容与11脚相连。引脚13和14都为脉冲调制及封锁控制端，其中13脚为负脉冲，14脚为正脉冲。它们在使用时接调制脉冲源输出或保护电路输出，在我所设计的系统这两个脚没有接外接电路。通过以上的管脚说明及其功能，我们可以知道如何从集成块的管脚引线，将外部电路连接起来。

2.2．2KJ041芯片芯片，又称为六路双脉冲形成器。它也是三相全控桥式触发线路中常用的电路，具有取脉冲形成和电子开关控制封锁双脉冲形成功能。将它和三个连接到一起就可以达到六路双脉冲触发电路，这样三相桥式全控整流电路的各个晶闸管就可以按条件稳定的进行触发，使电路可以正常的运行。管脚图如下：A%骂图昼KJ041管脚图管脚说明：引脚和都为电网相触发脉冲输入端，而脚为正半周的触发脉冲，脚为负半周的触发脉冲。引脚和都为电网相触发脉冲输入端，而脚为正半周的触发脉冲，脚为负半周的触发脉冲。引脚和都为电网相触发脉冲输入端，而脚为正半周的触发脉冲，脚为负半周的触发脉冲。上述六个管脚就为三相脉冲触发的输入端，我们将各相对应各自的管脚就可以将电路连接起来。引脚功能为输出脉冲封锁端，当脚为高电平时，它封锁输出。引脚为接地端，使用时直接接电路的控制电源地端。引脚为系统的工作正电压输入端，使用时接控制电路电源，一般为5引脚为空脚，悬空接就可以了。引脚和均为相输出端，使用时脚接触发相正半周晶闸管的功放单元输入端，而脚接触发相负半周晶闸管的功放单元输入端；引脚和均为相输出端，使用时脚接触发相正半周晶闸管的功放单元输入端，而脚接触发相负半周晶闸管的功放单元输入端；引脚和均为相输出端，使用时脚接触发相正半周晶闸管的功放单元输入端，而脚接触发相负半周晶闸管的功放单元输入端；通过以上的管脚列表我们可以知道如何从集成块的管脚引线，将外部电路连接起来。2.2.3■■■■■同步变压器，为触发脉冲信号提供高度。在芯片中，脚的作用为同步电源信号输入端，接同步变压器的二次侧，而它所接的电压要求为0所以同步变压器匝数比的计算公式如下：u\U2同步变压器的电路图如下所示:2.2.42.2.4■■■■■脉冲变压器是由一个变压器为主体的。它的二次侧接了个起调压作用的两个二极管，脉冲变压器是由一个变压器为主体的。它的二次侧接了个起调压作用的两个二极管，后面的就是其中的一个脉冲触发端，比如1后面的就是其中的一个脉冲触发端，比如1其中端对应的接门极，端对应的接阴极。这样就可以达到触发的作用了。阳极A门板-K阴极图晶闸管管脚图这样触发电路对应端与晶闸管相应管脚连接起来。即端对应的接门极G端对应的接阴极K这样就可以达到触发的作用了。

集成触发电路的电路图如下所示:图触发电路电路图在该电路中，左侧下端为的给定电压，而上侧位在该电路中，左侧下端为的给定电压，而上侧位的负偏移电源。整个电路组成了六路双脉冲的集成电路板。控3制及偏移电源控制电源，包括给定电压，负偏移电压，同步变压器。而给定电压和负偏移电压可以由给定电源来产生。上面电路图中的就是给定电压，而一就被称作负偏移电压，这两个电压有下图所示的电路图来产生，他们是给集成脉冲触发器一个正电压，一个负电压。其中芯片、1将在下面做介绍。它是通过整流、滤波、稳压源，然后输出直流电压。前面的桥式电路起着整流的作用。VQ83VQ83图控制及偏移电源电路图2.4我们所用的1芯片，统称为固态三端稳压器，它们各自属于■■、■■系列。■■后面的数值代表的就是稳压器所输出的电压数。为三端正稳压器电路封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。而为三端负稳压器电路，其他性能和特征跟■■基本上是类似的。用一块和一块三端稳压器对称连接，可获得一组正负对称的稳压电源，而且输出电压值可各自单独调节，也可同步调节。其电路图就如下所示：其中前面的电容作用为改善纹波特性，而后面的电容作用为改变负载的瞬态响应。前后的电容作用是一样的。由于三端稳压器只有IN、OUT、GND三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。

3主电路器件参数计算3.1整流变压器参数计算三相桥式全控整流电路（反电动势阻感负载）计算公式如下：Ud—2.34C/2根据自己的设计系统由求Ud2.34cosOx0.9其中为电网波动系数〜为考虑各种因素的安全系数。由于系统电压调节范围：〜即的调节范围，我取安全系数为，则求的,这就是整流电路的副边电压。变压器一次及二次的相电流计算公式如下：其中为变压器匝数比:三相整流电路（三相变压器为变压器匝数比:三相整流电路（三相变压器・y）K-U■券―变压器的容量S=31uTOC\o"1-5"\h\z111S=31U222S=-(s+S)212经计算可得S，S123.2晶闸管的额定电压及额定电流额定电压三相整流电路：U=(2〜3)u=(2〜3)\；6u其中系数我取的是2TNm2额定电流三相(全控及半波)I=(1.5〜2)Ki=(1.5〜2).0.367■1.21，系数我取的是2T(AV)dBN最后计算得U=511.75VTNI=11.01AT(AV)3.3平波电抗器的电感计算三相全控桥：-UL=57.91mH,其中i取(5%〜10%)i。我取的是10%IdminNdmin4■■这次的课设使我对三相桥式全控整流电路有个全面而深刻的认识，在通过一学期的学习中，虽然已经对它的原理有了比较详细的理解和掌握，但是通过绘制原理图，并设计该系统，是我对各个元件的特性及其相关联的电路，如品闸管的静态特性，控制导通角，品闸管触发电路等等，都有了更进一步的了解，将纸上的知识和实际的元器件，及其功能用途也都有了一定的结合，是对电力电子技术所学习的知识中的整流有了一个整体的感知。最主要通过这次课设是我对晶闸管的触发电路有了详细而全面的认识，在电力电子技术的教学中我们不仅涉及到整流还涉及到逆变，调压等等各个方面的电路，所以对应触发电路的比重就相对来说很少，老师也没有完全细致的进行讲解。但通过这