电力电子课设-三相桥式半控整流

...wd......wd......wd...目录前言类似于单相半控桥，三相半控桥式整流电路在带大电感负载时，如负载端不加接续流二极管那么会出现失控的现象，在整流电路工作过程中，如突然切断触发信号或把控制角突然增大到180º时，电路中会发生某个导通着的晶闸管不关断，而共阳极组的三个整流管轮流导通的现象。假定在VT3管导通时，触发脉冲突然消失，那么VT1，VT5不可能再导通，整流输出电压。当时，VD2自然换流至VD4、VD2关断，VD4导通，.当时，又从VD4换至VD6，电流通过VT3、VD6续流，，VT3没方法继续导通，整个电路的工作也就停顿。为解决失控问题，在负载两端必须并接续流二极管，这样电路在线电压过零后，由续流二极管导通续流，晶闸管上电流为零关断，输出电压波形与带电阻性负载时一样，不会出现负电压。接有续流二极管的三相半控桥电路，只有在α>60º以后续流管才有电流流过。3.4主电路相关参数的计算〔1〕输出电压平均值的计算三相桥式半控整流电路阻感负载平均电压的计算要分别考虑电压波形连续和断续的情况。当电压波形连续时(，)：当电压波形断续时〔〕：由此可见，eq\o\ac(○,1)〔2〕的范围的计算将，代入eq\o\ac(○,1)可得：当时，=180°，当时，=80.47°所以：80.47°<<180°eq\o\ac(○,2)〔3〕当时的的计算：此时，由公式eq\o\ac(○,1)可得=143.68°eq\o\ac(○,3)〔4〕流过二极管、晶闸管的电流参数计算：流过整流二极管和晶闸管的平均电流：eq\o\ac(○eq\o\ac(○,4)电流有效值为：eq\o\ac(○,5)流过续流二极管电流的平均值和有效值分别为：eq\o\ac(eq\o\ac(○,7)〔5〕晶闸管的额定参数的计算晶闸管和二极管承受的最大电压为：eq\o\ac(○,9)故晶闸管的额定电压为：eq\o\ac(○,10)流过每个晶闸管的电流的有效值为：故晶闸管的额定电流为：eq\o\ac(○,12)〔6〕变压器参数计算变压器二次电流有效值：eq\o\ac(○,13)eq\o\ac(○,8)eq\o\ac(○,11)变压器容量：eq\o\ac(○,14)4整流器的相控触发电路的设计4.1触发电路方案选择同步信号为锯齿波的触发电路由脉冲形成环节，锯齿波形成，脉冲移相，同步环节和双窄脉冲形成环节。在本学期课程中我们学到的是三相全控桥的触发电路。举一反三的来说，三相半控桥的触发和全控桥不同的是：全控桥在其合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路在正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有脉冲，而半控桥中，只需触发一组晶闸管，另一组二极管是自然导通。但两者都是间隔120度触发，故本次设计中仍可沿用三相全控桥的触发电路，将多出的端口不接到二极管即可实现。下面分析全控桥触发方式，对三相桥式全控整流电路，在其合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路在正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有脉冲。为此，可采用两种方法：一种是使脉冲宽度大于〔一般取～〕，称为宽脉冲触发；另一种方法是，在触发某个晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差，脉宽一般为～，称为双脉冲触发。双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲，但为了不使脉冲变压饱和，需将铁心体积做得较大，绕组匝数较多，导致漏感增大。因此，常用的是双脉冲触发。所以本三相半控桥式整流电路也采用锯齿波双窄脉冲同步触发电路。4.2常用的集成触发电路常用的三相桥式整流电路的集成触发电路是由三个KJ004集成块和一个KJ041集成块组成的，脉冲产生后由六个晶体管进展放大。图5KJ004电路原理图KJ004电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四局部组成。电原理见图5：锯齿波的斜率决定于外接电阻R6、RW1，流出的充电电流和积分电容C1的数值。对不同的移相控制电压VY，只有改变权电阻R1、R2的比例，调节相应的偏移电压VP。同时调整锯齿波斜率电位器RW1，可以使不同的移相控制电压获得整个移相范围。触发电路为正极性型，即移相电压增加，导通角增大。R7和C2形成微分电路，改变R7和C2的值，可获得不同的脉宽输出。KJ004的同步电压为任意值。双脉冲信号的形成与控制用KJ041六路双脉冲形成器完成，KJ041是三相桥式触发线路中必备的电路，具有双脉冲形成和电子开关控制封锁功能。实用块有电子开关控制的KJ041电路组成逻辑控制。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提高，晶闸管触发电路的集成化已逐渐取代分立式电路。图6三相全控桥整流电路的集成触发电路4.3触发电路的定相向晶闸管整流电路供电的交流侧电源通常来自电网，电网的频率不是固定不变的，而是会在允许内有一定的波动。触发电路除了应当保证工作频率与主电路交流电源的频率一致外，还应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系。图7三相全控桥中主电路电压与同步电压关系示意图图7三相全控桥中主电路电压与同步电压关系示意图为保证触发电路和主电路频率一致，利用一个同步变压器，将一次侧接入为主电路供电的电网，由其二次侧提供同步电压信号，这样，由同步电压决定的触发脉冲频率与主电路晶闸管电压频率始终是一致的。接下来就是触发电路的定相，即选择同步电压信号的相位，以保证触发脉冲相位正确。触发电路的定相由多方面的因素确定，主要包括相控电路的主电路构造、触发电路构造等。触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系。主电路电压与同步电压的关系如图7所示。对于晶闸管VT1，其阳极与交流侧电压相接，可简单表示为VT1所接主电路电压为+，VT1的触发脉冲从至的范围为～。采用锯齿波同步的触发电路时，同步信号负半周的起点对应于锯齿波的起点，通常使锯齿波的上升段为，上升段起始的和终了的线性度不好，舍去不用，使用中间的。锯齿波的中点与同步信号位置对应。对于其它两个晶闸管，也存在同样的对应关系，即同步电压应滞后于主电路电压。以上分析了同步电压与主电路电压的关系，一旦确定了整流变压器和同步变压器的接法，即可选定每一个晶闸管的同步电压信号。接法如图8所示。图8同步变压器和整流变压器的接法及矢量图图8同步变压器和整流变压器的接法及矢量图5保护电路的设计及相关参数的计算5.1过电流保护当电力电子变流装置内部某些器件被击穿或短路；驱动、触发电路或控制电路发生故障；外部出现负载过载；直流侧短路；可逆传动系统产生逆变失败；以及交流电源电压过高或过低；均能引起装置或其他元件的电流超过正常工作电流，即出现过电流。因此，必须对电力电子装置进展适当的过电流保护。熔断器是最简单的过电流保护元件，但最普通的熔断器由于熔断特性不适宜，很可能在晶闸管烧坏后熔断器还没有熔断，快速熔断器有较好的快速熔断特性，一旦发生过电流可及时熔断起到保护作用。于是常用的是快速熔断器作过电流保护，其过流保护电路原理图如图9所示。图9过流保护原理图此外，在选择快速熔断器时应考虑以下四点：〔1〕电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定。〔2〕电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。快熔一般与电力半导体器件串联连接，在小容量装置中也可串接于阀侧交流母线或直流母线中。〔3〕快熔的值应小于被保护器件的允许值、〔4〕为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性。因为本次设计中晶闸管的额定电流为0.31-0.41A,快速熔断器的熔断电流大于1.5倍的晶闸管额定电流，所以快速熔断器的熔断电流为0.615.2过电压保护电力电子装置可能的过电压分为外因过电压和内因过电压。外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等，操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起；雷击过电压：由雷击引起。内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，包括：〔1〕换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相完毕后不能立刻恢复阻断，因而有较大的反向电流流过，当恢复了阻断能力时，该反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压；〔2〕关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。过电压保护的第一种方法是并接R-C阻容吸收回路，以及用压敏电阻或硒堆等非线性元件加以抑制。见图10和图11。图10阻容三角抑制过电压图11压敏电阻过压过电压保护的第二种方法是采用电子电路进展保护。常见的电子保护原图如图12所示：图12过电压保护电路在此我们采用储能元件保护即阻容保护。根据阻容保护电路，，其中S为变压器每相平均计算容量值，U为相电压有效值，为变压器短路电压百分值，为短路电流百分值，取Ra=1KΩ，Ca=0.1uF。6应用举例可以设计成一个给直流电动机供电的可调速装置，设计图如图13所示。图13当我们调节得大小由0到180度，我们可以得到不同输出电压，可以用于电动机的调速，由于负载电压不能为负，故无法实现逆变，但是，正向的调速还是很经济简单方便的。7心得体会电力电子一直是自己比较喜欢的一门学科，拿到课程设计的题目也想着可以好好检验自己的学习成果，一直认为，期末考试是所谓的应试教育，而课程设计似乎更加地考验所学的知识，所谓实践与理论相结合就是这个道理吧。课程设计总能让我有一种我站在山面前的感觉，看上去比较陌生高大，但是攀登的技巧早已在平时的学习中习得，不断地去攀登，不断地在回味课堂上教师讲的东西，书本上的东西，这是一种奇妙的体验。这次的课设，题目看上去不难，三相桥式整流，是平时学习教学的重点，可是设计过程也是充满曲折。首先是题目下发的时候电阻的数值有误，致我百思不得其解，后来在教师的帮助下，才得到解决，仔细看看题目之后又发现这并不是书本课堂上常规的三相全控桥式整流，由于负载电压的范围并不满足要求，而这种电路，教材上并没有介绍，我一时没有头绪，不知该怎么办。但是我马上冷静下来，想到教师建议我们的做课设的步骤和方法。于是首先我在网上查询相关资料，发现相关的信息较少，再去图书馆中查阅书籍，终于知道这是一种典型的三相半控桥，然后我仔细研读，终于弄清楚电路的原理，为之后的设计扫清了障碍，然后经过与同学的讨论，对题目有了进一步的了解。从中我了解到遇到的电路或者课题并一定是你见过的，而面对新的东西，我们要冷静地去寻求解决之道，结合自己所学来吃透理解那些未知的东西，这样就会觉得学到了远远超过课堂的东西，但是却源于课堂。之后就根据题目的要求进展设计了且到达所有要求，这个课题在网上能找的有效资源特别少，所以写起来过程有点辛苦，但是觉得收获很多，对知识理解加深。参考文献[1]王兆安，刘进军.电力电子技术.北京：机械工业出版社，