三相桥式全控整流电路设计说明

.⑤整流变压器的参数：很多情况下晶闸管整流装置所要求的变流供电压与电网电压往往不能一致,同时又为了减少电网与整流装置的相互干扰,可配置整流变压器。我们假设变压器是理想的。.所以变压器的匝数比为。变压器一、二次容量为。2.7实验容2.7.1接线在实验装置断电的情况下,按三相桥式全控整流及有源逆变电路实验线路图及接线图进行接线。图中的可调电阻器Rp,选用MEL﹣03中的其中一组可调电阻器并联,Rp的初始电阻值应调到最大值。2.7.2触发电路调试将MCL﹣32电源控制屏的电源开关拨向"开"的位置,接通控制电路电源﹙红色指示灯亮﹚。⑴检查晶闸管的触发脉冲是否正常。用示波器观察MCL﹣33脉冲观察孔"1"～"6",应有相互间隔60o,幅度相同的双脉。⑵用示波器观察每只晶闸管的控制极、阴极,应有幅度为1V﹣2V的脉冲。⑶调节MCL﹣31的给定电位器RP1使Ug＝0V,然后调节偏移电压Ub使a＝150o,逐渐调节给定电压Ug,观察触发脉冲移相围是否满足a＝30°～150°。2.7.3三相桥式全控整流电路⑴调节MCL﹣31的给定电位器RP1使Ug＝0V。⑵将主电路开关S1拨向左边短接线端接通电阻负载,将Rd调至最大值<450W>。⑶按下MCL﹣32电源控制屏的"闭合"按钮,接通主电路电源﹙绿色指示灯亮﹚。⑷调节MCL﹣31的给定电位器RP1使a＝90°,用示波器观察记录整流电路输出电压Ud＝f〔t以及晶闸管两端电压UVT＝f〔t的波形。采用类似方法,分别观察记录a＝30°、a＝60°时Ud＝f〔t、UVT＝f〔t的波形。2.7.4三相桥式有源逆变电路⑴调节MCL﹣31的给定电位器RP1使Ug＝0V。⑵按MCL﹣32电源控制屏的"断开"按钮,切断主电路电源﹙红色指示灯亮﹚,将主电路开关S1拨向右边的不可控整流桥接线端,将Rd调至最大值<450W>。⑶按下MCL﹣32电源控制屏的"闭合"按钮,接通主电路电源﹙绿色指示灯亮﹚。⑷调节MCL﹣31的给定电位器RP1,使a＝90°,用示波器观察记录逆变电路输出电压Ud＝f〔t以及晶闸管两端电压UVT＝f〔t的波形。采用类似方法,分别观察记录a＝120°、a＝150°时Ud＝f〔t、UVT＝f〔t的波形。图2-6三相桥式全控整流及有源逆变电路实验线路图及接线图3单元电路设计3.1主电路主电路为带电阻负载的三相桥式电路,用protel绘制如下所示:图3-1主电路图3.2触发电路3.2.1触发电路设计目的要使晶闸管开始导通,必须施加触发脉冲,在晶闸管触发电路中必须有触发电路,触发电路性能的好坏直接影响晶闸管电路工作的可靠性,也影响系统的控制精度,正确设计触发电路是晶闸管电路应用的重要环节。3.2.2触发脉冲的宽度应保证晶闸管开关可靠导通〔门极电流应大于擎柱电流,触发脉冲应有足够的幅度,不超过门极电压、电流和功率,且在可靠触发区域之,应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离1输入电压：直流.2交流同步电压：20V.3移相电压：.4移相围：大于等于170度.5对电路进行设计,计算元器件参数.3.3.31单结晶体管触发电路2正弦波同步触发电路3锯齿波同步触发电路4集成触发电路3.3.4方案选择的论证1单结晶体管触发电路：脉冲宽度窄,输出功率小,控制线性度差；移相围一般小于180度,电路参数差异大,在多相电路中使用不易一致,不付加放大环节。适用围：可触发50A以下的晶闸管,常用于要求不高的小功率单相或三相半波电路中,但在大电感负载中不易采用。2正弦波同步触发电路：由于同步信号为正弦波,故受电网电压的波动及干扰影响大,实际移相围只有150度左右。适用围：不适用于电网电压波动较大的晶闸管装置中。3锯齿波同步触发电路：它不受电网电压波动与波形畸变的直接影响,抗干扰能力强,移相围宽,具有强触发,双脉冲和脉冲封锁等环节,可触发200A的晶闸管。适用围：在大众中容量晶闸管装置中得到广泛的应用。4集成触发电路：移相围小于180度,为保证触发脉冲的对称度,要求交流电网波形畸变率小于5%。适用围：应用于各种晶闸管。根据晶闸管触发电路设计的任务和要求决定采用锯齿波同步触发电路的设计方案进行设计。晶闸管可控整流电路,通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。为保证相控电路正常工作,很重要的是应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。晶闸管相控电路,习惯称为触发电路。大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路,其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。可靠性高,技术性能好,体积小,功耗低,调试方便。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及,已逐步取代分立式电路。此处就是采用集成触发产生触发脉冲。KJ004组成分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。KJ004触发电路为模拟的触发电路,其组成为：3个KJ004集成块和1个KJ041集成块,可形成六路双脉冲,再由六个晶体管进行脉冲放大,即可得到完整的三相全控桥触发电路,用protel绘制的完整触发电路如下所示：图3-2完整触发电路图3.3保护电路为了保护设备安全,必须设置保护电路。保护电路包括过电流与过电流保护,大致可以分为两种情况：一种是在适当的地方安装保护器件,例如R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器等；另一种则是采用电子保护电路,检测设备的输出电压或输入电流,当输出电压或输入电流超过允许值时,借助整流触发控制系统使整流桥短时工作于有源逆变工作状态,从而抑制过电压或过电流的数值。本例中设计的三相桥式全控整流电路为大功率装置,故考虑第一种保护方案,分别对晶闸管、交流侧、直流侧进行保护设电路的设计。3.3.1交流侧保护电路交流侧过电压一般都是外因过电压,在抑制外因过电压的措施中,采用RC过电压抑制电路是最为常见的。通常是在变压器次级<元件侧>并联RC电路,以吸收变压器铁心的磁场释放的能量,并把它转化为电容器的电场能而储存起来。串联电阻是为了在能量转换过程中可以消耗一部分能量并且抑制LC回路可能产生的振荡。当整流器容量较大时,RC电路也可以接在变压器的电源侧。其电路图如图3-3所示。图3-3阻容过电压保护电路〔一RC参数的计算公式为电容的耐压电阻的功率为 <3.1>式中―变压器每相平均计算容量。―变压器二次相电压有效值。―励磁电流百分数当几百伏安时=10当1000伏安时=3~5。―变压器的短路比,当变压器容量为10~1000时,=5~10。,―当正常工作时电流电压的有效值。〔二RC参数计算变压器每相平均计算容量为〔1电容器的计算取=20。电容器的耐压值为取500。故选择参数为20,500的电容。〔2电阻值计算考虑到所取电容已大于计算值,故电阻可适当取小些。取=3。正常工作时,RC支路始终有交流电流过,过电压总是短暂的,所以可按长期发热来确定电阻的功率。RC支路电流可由式<3.1>确定,即电阻的功率为故选用3,20的电阻。3.3.2晶闸管的过电压保护晶闸管的过电压能力比一般的电器元件差,当它承受超过反向击穿电压时,也会被反向击穿而损坏。如果正向电压超过管子的正向转折电压,会造成晶闸管硬开通,不仅使电路工作失常,且多次硬开关也会损坏管子。因此必须抑制晶闸管可能出现的过电压,常采用简单有效的过电压保护措施。对于晶闸管的过电压保护可参考主电路的过电压保护,我们使用阻容保护,电路图如图3-4图3-4阻容保护电路晶闸管设备在运行过程中会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭,同时设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现,所以要进行过电压保护,我们不可能从根本上消除生产过程过电压的根源,只能设法将过电压的副值抑制到安全限度之,这是过电压保护的基本思想。抑制过电压的方法不外乎三种：用非线性元件限制过电压的副度,用电阻消耗生产过电压的能量,用储能元件吸收生产过电压的能量。对于非线性元件,不是额定电压小,使用麻烦,就是不宜用于抑制频繁出现过电压的场合。所以我们选用用储能元件吸收生产过电压的能量的保护。使用RC吸收电路,这种保护可以把变压器绕组中释放出的电磁能量转化为电容器的电场能量储存起来。由于电容两端电压不能突变,所以能有效抑制过电压,串联电阻消耗部分产生过电压的能量,并抑制LC回路的震动。可采用如图3-3所示的反向阻断式过电压抑制RC保护电路。整流电路正常工作时,保护三相桥式整流器输出端电压为变压器次级电压的峰值,输出电流很小,从而减小了保护元件的发热。过电压出现时,该整流桥用于提供吸收过电压能量的通路,电容将吸取过电压能量转换为电场能量；过电压消失后,电容经、放电,将储存的电场能量释放,逐渐将电压恢复到正常值。图3-5反向阻断式过电压抑制RC电路3.3.3直流侧也可能发生过电压,在图4-2中,当快速熔断器熔断或直流快速开关切断时,因直流侧电抗器释放储能,会在整流器直流输出端造成过电压。另外,由于直流侧快速开关〔或熔断器切断负载电流时,变压器释放的储能也产生过电压,尽管交流侧保护装置能适当地保护这种过电压,仍会通过导通的晶闸管反馈到直流侧来,为此,直流侧也应该设置过电压保护,用于抑制过电压。图3-4直流侧阻容保护3.3.4晶闸管的过电流保护在整流中造成晶闸管过电流的主要原因是：电网电压波动太大负载超过允许值,电路中管子误导通以及管子击穿短路等。所以我们要设置保护措施,以避免损害管子。变流装置发生过电流的原因归纳起来有如下几个方面：<1>外部短路：如直流输出端发生短路。<2>部短路：如整流桥主臂中某一元件被击穿而发生的短路。<3>可逆系统中产生换流失败和环流过大。<4>生产机械发生过载或堵转等。抗器；③灵敏过电流继电器；④断路器；⑤电流反馈控制电路；⑥直流快速开关晶闸管元件承受过电流的能力也很低,若过电流数值较大而切断电路的时间又稍长,则晶闸管元件因热容量小就会产生热击穿而损坏。因此必须设置过流保护,其目的在于一旦变流电路出现过电流,就把它限制在元件允许的围,在晶闸管被损坏前就迅速切断过电流,并断开桥臂中的故障元件,以保护其它元件。晶闸管变流装置可能采用的过流保护措施有：①交流断路器；②进线电；⑦快速熔断器。可按实际需要选择其中一种或数种。本设计采用的晶闸管过电流保护措施是快速熔断器保护方法,其参数的选择为：①因工作时电压为380,取。②流过快速熔断器的电流的有效值为快速熔断器的额定电流为选取。快速熔断器保护是最有效,使用最广泛的一种保护措施；快速熔断器的接法有三种：桥臂串快熔,这是一种最直接可靠的保护；交流侧快熔,直流侧快熔,这两种保护接法虽然简单,但保护效果不好。过电流继电器保护中过电流继电器开关时间长〔约几百毫秒只有在短路电流不大时才有用。限流与脉冲移相保护电路保护比较复杂。直流快速开关过电流保护功能很好,但造价高,体积大,不宜采用。总结的结果：最佳方案是选用快速熔断器保护,并采用桥臂串快熔接法总结首先,我学到了不少东西。是我开阔了眼界,本次课程设计完美结束。同时我也意识到自己的不足,觉得应该好好学习,努力增加自己的知识含量。在设计中,我感到自己平时下功夫太少,以至于书到用时方恨少。同时,我觉得,一次课程设计是我如此疲惫,所以应该珍惜学习的机会。我知道电力电子技术是一门基础性和支持很强的技术,但我真正体会到这一点却是在这次课设的过程中。通过本次课程设计,我对电力电子技术这门课有了很深的了解,对各个知识点有个更好的掌握。本次设计,我所设计的是三相桥式全控整流电路,开始设计时我遇到了很多的问题,使我有种很深的无助感。好在后来经过仔细查阅资料,各类图书,以及老师和同学的帮助,我顺利完成了课设中的任务。通过这次电力电子课程设计,让我明白了课堂学习与实际动手操作的巨大差距,课堂学习为动手操作提供了不可或缺的理论指导,实际动手操作可以让自己更好地理解自己所学过的理论知识,本次课程设计中,很多地方用到了课堂上没有详细讲解的容,比如触发电路,所以在课设的过程中,就需要自己花费大量的时间与精力去查找相关的资料,弄清楚触发电路的原理,虽然过程比较辛苦,但觉得自己过得还是很充实,毕竟搞清楚了自己曾经不清楚的地方,收获还是很大。.致本学期期末考试结束后,付涛老师带我们做电力电子应用课程设计,我们组在老师的指导下和组员团结合作下在完成了关于三相桥式全控整流电路的设计,在此非常感付涛老师的教导和组员们的努力。.参考文献[1]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].4版.：机械工业,2000.[2]黄俊,王兆安.电力电子技术