電力電子技術(shù)課程設(shè)計--三相可控整流技術(shù)的工程應(yīng)用

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　題 目 三相可控整流技術(shù)的工程應(yīng)用 </p><p>　　學(xué)院名稱 電氣信息學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 xxxxxxxxxxxxxx

2、x </p><p>　　學(xué) 號 xxxxxxxxxx </p><p>　　學(xué)生姓名 xxxxx </p><p>　　指導(dǎo)教師 xxxxxxx

3、 </p><p>　　2012年1月12日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。據(jù)估計，發(fā)達國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能至少經(jīng)過一次以上電力電子變流裝置的處理。電力系統(tǒng)在通向現(xiàn)代化的進程中，電力電子技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一?？梢院敛?/p>

4、夸張地說，如果離開電力電子技術(shù)，電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化就是不可想象的。</p><p>　　整流電路技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用極廣。如調(diào)壓調(diào)速直流電源、電解及電鍍的直流電源等。整流電路就是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動機的調(diào)速、發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　整流電路尤其是三相橋式可控整流電路是電力電

5、子技術(shù)中最為重要也是應(yīng)用得最為廣泛的電路，不僅應(yīng)用于一般工業(yè)，也廣泛應(yīng)用于交通運輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、能源系統(tǒng)及其他領(lǐng)域。因此對三相橋式可控整流電路的相關(guān)參數(shù)和不同性質(zhì)負載的工作情況進行對比分析與研究具有很強的現(xiàn)實意義，這不僅是電力電子電路理論學(xué)習(xí)的重要一環(huán)，而且對工程實踐的實際應(yīng)用具有預(yù)測和指導(dǎo)作用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電力電子 三相橋式可控電路 整流</p><p>&

6、lt;b>　　Abstract</b></p><p>　　Power electronics technology has a very wide range of applications in the power system. It is estimated that in developed countries more than 60% of the electrical energ

7、y at least through the end-use of electricity, more than once device processing power electronic converters. Power system in the process leading to the modern power electronics technology is one of the key technologies.

8、It is no exaggeration to say that, if you leave power electronics technology, the modernization of the electric</p><p>　　Rectifier circuit technology has very wide application in industrial production. Such

9、as voltage variable speed DC power supply, electrolysis and electroplating DC power. The rectifying circuit is the AC power is converted to DC power circuit. Most of the rectifier circuit by the transformer, rectifier ci

10、rcuit, and filters. It has been widely used in the field of DC motor speed control, generator excitation regulator, electrolysis, electroplating.</p><p>　　Rectifier circuit, especially the three-phase bridge

11、 controlled rectifier circuit is the most important and the most widely used application circuit in the power electronics technology is not only used in general industrial, is also widely used in the transportation, elec

12、tric power systems, communication systems, energy systems and other fields. Comparative analysis and study of the three-phase bridge controlled rectifier circuit parameters and the different nature of the work load has g

13、reat pra</p><p>　　Key words：Power electronic Three-phase bridge controlled circuit Rectifier</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p>

14、;<b>　　一.設(shè)計任務(wù)書5</b></p><p><b>　　二.設(shè)計說明6</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計目的6</b></p><p><b>　　2.2作用6</b></p><p><b>　　2.3技術(shù)指標(biāo)

15、6</b></p><p>　　三.設(shè)計方案的選擇7</p><p>　　3.1三相橋式可控整流電路原理7</p><p>　　3.2三相橋式可控整流電路原理圖7</p><p>　　3.3三相橋式可控整流電路工作波形8</p><p>　　3.4總設(shè)計框圖10</p><p

16、>　　四.觸發(fā)電路的設(shè)計11</p><p>　　五.保護電路的設(shè)計12</p><p>　　5.1過電壓保護12</p><p>　　5.2過電流保護13</p><p>　　六.參數(shù)的計算14</p><p>　　七.器件選擇清單15</p><p>　　八.三相橋式可控整

17、流電路的工程應(yīng)用16</p><p><b>　　九.心得體會16</b></p><p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　一．設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　院系：xxxxxxxxx </p><p>

18、;　　年級：xxxxxx </p><p>　　專業(yè)班級：xxxxxxxxxx</p><p><b>　　二．設(shè)計說明</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計目的</b></p><p>　　合理運用所學(xué)知識，進行電力電子電路和系統(tǒng)設(shè)計的能力，理解和掌握常用的電力電子電路及系統(tǒng)的主

19、電路、控制電路和保護電路的設(shè)計方法，掌握元器件的選擇計算方法。</p><p><b>　　2.2作用</b></p><p>　　本次設(shè)計的三相可控整流電路是在實際中應(yīng)用非常廣泛的一種變流電路，主要用于需要大功率的直流電的場合。對這個電路的設(shè)計，既可以幫助我鞏固已經(jīng)學(xué)過的電力電子技術(shù)的各方面的知識，也可以讓我了解到在設(shè)計整個電力電子裝置中所要面臨的各種問題，并且可以

20、在前人總結(jié)的經(jīng)典電路的基礎(chǔ)上實現(xiàn)一些小的創(chuàng)新。</p><p><b>　　2.3技術(shù)要求</b></p><p>　　AC/AC變頻電源：</p><p>　　1.輸出電壓：AC三相四線正弦波</p><p>　　2.輸入電壓：AC三相380V±10%</p><p>　　3.輸入電壓

21、頻率：50±5HZ</p><p>　　4.負載功率因數(shù)：COSφ=0.7~1.0 滯后（60HZ）</p><p>　　COSφ=0.8~1.0 滯后（500HZ）</p><p>　　5.負載短時過載倍數(shù)：150%</p><p>　　AC/DC開關(guān)電源：</p><p>　　1.輸出電壓：直流，紋波電壓

22、（峰峰值）小于額定電壓的0.5%</p><p>　　2.輸入電壓： AC三相380V±10%</p><p>　　3.輸入電壓頻率： 50±5HZ</p><p>　　4.負載短時過載倍數(shù)：200%</p><p><b>　　5.瞬態(tài)特性：較好</b></p><p>&l

23、t;b>　　三．設(shè)計方案的選擇</b></p><p>　　3.1三相橋式可控整流電路原理</p><p>　　一般變壓器一次側(cè)接成三角型，二次側(cè)接成星型，晶閘管分共陰極和共陽極。一般1、3、5為共陰極，2、4、6為共陽極。</p><p>　?。?）2管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1組，且不能為同1相器件。</p>

24、<p>　　（2）對觸發(fā)脈沖的要求：</p><p>　　a.按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。</p><p>　　b.共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120。</p><p>　　c.同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖

25、相差180。</p><p>　?。?）Ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。</p><p>　?。?）需保證同時導(dǎo)通的2個晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）</p><p>　?。?）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。</p><p

26、>　　三相橋式全控整流電路實質(zhì)上是三相半波共陰極組與共陽極組整流電路的串聯(lián)。在任何時刻都必須有兩個晶閘管導(dǎo)通才能形成導(dǎo)電回路，其中一個晶閘管是共陰極組的，另一個晶閘管是共陽組的。6個晶閘管導(dǎo)通的順序是按 VT6 – VT1 → VT1 – VT2 → VT2 – VT3 → VT3 – VT4 → VT4 – VT5 → VT5 – VT6 依此循環(huán)，每隔 60°有一個晶閘管換相。為了保證在任何時刻都必須有兩個晶閘管導(dǎo)通

27、，采用了雙脈沖觸發(fā)電路，在一個周期內(nèi)對每個晶閘管連續(xù)觸發(fā)兩次，兩次脈沖前沿的間隔為60°。 </p><p>　　三相橋式全控整流電路用作有源逆變時，就成為三相橋式逆變電路。由整流狀態(tài)轉(zhuǎn)換到逆變狀態(tài)必須同時具備兩個條件：一定要有直流電動勢源，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)稍大于變流器直流側(cè)的平均電壓；其次要求晶閘管的a＞90 °，使Ud為負值。</p><p>

28、　　3.2三相橋式可控整流電路原理圖</p><p>　　3.3三相橋式可控整流電路工作波形</p><p>　　帶阻感負載α=0o時的波形</p><p>　　α=0o時，各晶閘管均在自然換相點處換相。由圖中變壓器二繞組相電壓與線電壓波形的對應(yīng)關(guān)系看出，各自然換相點既是相電壓的交點，同時也是線電壓的交點。從相電壓波形看，以變壓器二次側(cè)的中點n為參考點，共陰極組晶閘

29、管導(dǎo)通時，整流輸出電壓 Ud1為相電壓在正半周的包絡(luò)線；共陽極組導(dǎo)通時，整流輸出電壓Ud2為相電壓在負半周的包絡(luò)線，總的整流輸出電壓Ud = Ud1－Ud2是兩條包絡(luò)線間的差值，將其對應(yīng)到線電壓波形上，即為線電壓在正半周的包絡(luò)線。將波形中的一個周期等分為6段，每段為60°，6個晶閘管的導(dǎo)通順序為VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。</p><p><b>　　α=30o時的波形&l

30、t;/b></p><p>　　當(dāng)α=30°時，從ωt1角開始把一個周期等分為6段，每段為60°與α＝0°時的情況相比，一周期中Ud波形仍由6段線電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號等仍符合規(guī)律。區(qū)別在于，晶閘管起始導(dǎo)通時刻推遲了30°,組成Ud的每一段線電壓因此推遲30°，Ud平均值降低。晶閘管電壓波形也相應(yīng)發(fā)生變化如圖所示。圖中同時給出了變壓器二次側(cè)a相電流

31、 Ia 的波形，該波形的特點是，在VT1處于通態(tài)的120°期間，Ia為正，Ia波形的形狀與同時段的Ud波形相同，在VT4處于通態(tài)的120°期間，Ia波形的形狀也與同時段的Ud波形相同，但為負值。</p><p>　　當(dāng)α=60°時，電路工作情況仍可參考上圖分析，Ud波形中每段線電壓的波形繼續(xù)向后移，U、Ud平均值繼續(xù)降低。α＝60°時Ud出現(xiàn)了為零的點。</p>

32、<p>　　由以上分析可見，當(dāng)α≤60°時，Ud波形均連續(xù)，對于電阻負載，Id波形與Ud波形的形狀是一樣的，也連續(xù)。</p><p><b>　　α＝90o時的波形</b></p><p>　　α＝90°時電阻負載情況下，此時Ud波形每60°中有30°為零，這是因為電阻負載時 Id 波形與Ud波形一致，一旦Td降至

33、零，Id也降至零，流過晶閘管的電流即降至零，晶閘管關(guān)斷，輸出整流電壓Ud為零，因此Ud波形不能出現(xiàn)負值。</p><p>　　如果繼續(xù)增大至120°，整流輸出電壓Ud波形將全為零，其平均值也為零，可見帶電阻負載時三相橋式全控整流電路α角的移相范圍是120°。 </p><p><b>　　3.4總設(shè)計框圖</b></p><p&

34、gt;<b>　　四．觸發(fā)電路的設(shè)計</b></p><p>　　晶閘管觸發(fā)電路的作用時產(chǎn)生使晶閘管可靠導(dǎo)通的門極觸發(fā)脈沖，確保晶閘管在需要的時刻由阻斷變?yōu)閷?dǎo)通，一般觸發(fā)信號對于門極—陰極都是正極性的。觸發(fā)信號必須滿足以下要求：有足夠大的功率；有足夠的寬度，且前沿要陡；有足夠的移相范圍；抗干擾能力強，穩(wěn)定性好。</p><p>　　觸發(fā)電路要與主電路同步，所謂的同步，

35、就是要求觸發(fā)脈沖和加于晶閘管的電源電壓之間必須保持頻率一致和相位固定。為實現(xiàn)這個，利用一個同步變壓器，將其一側(cè)接入為主電路供電的電網(wǎng)，其二次側(cè)提供同步電壓信號，這樣，由同步電壓決定的觸發(fā)脈沖頻率與主電路晶閘管電壓頻率始終保持一致的。再是觸發(fā)電路的定相，即選擇同步電壓信號的相位，以保證觸發(fā)電路相位正確。</p><p>　　三相橋式全控整流電路的觸發(fā)電路一般有三種可選的方案，它們分別是由分立元件組成的觸發(fā)電路、集成

36、化晶閘管移相觸發(fā)電路、數(shù)字化晶閘管移相觸發(fā)電路。對于這三種電路拓撲的優(yōu)缺點進行比較：</p><p>　　通過比較，本次設(shè)計中選用集成化晶閘管移相觸發(fā)電路。</p><p><b>　　觸發(fā)電路原理圖</b></p><p><b>　　五．保護電路的設(shè)計</b></p><p><b>

37、　　5.1過電壓保護</b></p><p>　　電力電子裝置可能的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等。內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，包括：（1）換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時，該反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓；（2）關(guān)斷過電壓：

38、全控型器件關(guān)斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。</p><p>　　抑制過電壓的方法：用非線性元件限制過電壓的副度，用電阻消耗生產(chǎn)過電壓的能量，用儲能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量。對于非線性元件，不是額定電壓小，使用麻煩，就是不宜用于抑制頻繁出現(xiàn)過電壓的場合。所以我們選用用儲能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量的保護。使用RC吸收電路，這種保護可以把變壓器繞組中釋放出的電磁能量轉(zhuǎn)化為電容器的電場能量儲

39、存起來。由于電容兩端電壓不能突變，所以能有效抑制過電壓，串聯(lián)電阻消耗部分產(chǎn)生過電壓的能量，并抑制LC回路的震動。</p><p><b>　　RC過電壓保護電路</b></p><p><b>　　5.2過電流保護</b></p><p>　　電力電子電路運行不正?；蛘甙l(fā)生故障時，可能會發(fā)生過電流。過電流分過載和短路兩種情

40、況。</p><p>　　常見的過電流保護有：快速熔斷器保護，過電流繼電器保護，直流快速開關(guān)過電流保護。</p><p>　　快速熔斷器保護是最有效的保護措施；過電流繼電器保護中過電流繼電器開關(guān)時間長（只有在短路電流不大時才有用；直流快速開關(guān)過電流保護功能很好，但造價高，體積大，不宜采用。</p><p>　　因此，這里我們選擇用快速熔斷器保護。</p>

41、<p>　　在選擇快速熔短器時應(yīng)考慮：</p><p>　?。?）電等級應(yīng)根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓來確定。</p><p>　?。?）電流容量應(yīng)按其在主電路中的接入方式和主電路連接形式確定?？烊垡话闩c電力半導(dǎo)體器件串聯(lián)連接，在小容量裝置中也可串接于閥側(cè)交流母線或直流母線中?？烊鄣闹祽?yīng)小于被保（3）護器件的允許值。</p><p>　　為保證熔體在正

42、常過載的情況下不熔化，應(yīng)考慮其時間-電流特性。</p><p>　　快熔對器件的保護方式可分為全保護和短路保護兩種。全保護是指不論過載還是短路均由快熔進行保護，此方式只適用于小功率裝置或器件使用裕度較大的場合。短路保護方式是指快熔只在短路電流較大的區(qū)域內(nèi)起保護作用，此方式下需與其他過電流保護措施相配合。</p><p><b>　　過電流保護電路</b></p&

43、gt;<p><b>　　六．參數(shù)的計算</b></p><p>　　在三相橋式全控整流電路中計算其平均值時，只需對一個脈波進行計算即可。因為所有電壓輸出波形是連續(xù)的，以線電壓的過零點為時間坐標(biāo)的零點，可得整流輸出電壓連續(xù)時的平均值為</p><p>　　流過負載的電流平均值為</p><p>　　流過晶閘管的電流平均值與有效值分

44、別為</p><p>　　流過變壓器二次側(cè)的電流有效值為</p><p>　　基波因數(shù)和位移因數(shù)分別為</p><p>　　整流器輸出視在功率和有功功率分別為</p><p><b>　　功率因數(shù)為</b></p><p>　　晶閘管額定電流、額定電壓的選擇：</p><p&g

45、t;　　每個晶閘管承受的最大反向電壓為，所選用的晶閘管的額定電壓應(yīng)為</p><p>　　當(dāng)晶閘管觸發(fā)角時，通過晶閘管的電流最大。每個晶閘管的平均電流為</p><p>　　所選用晶閘管的額定電流為</p><p><b>　　七．器件選擇清單</b></p><p>　　三相橋式可控整流電路的工程應(yīng)用</p>

46、;<p>　　三相橋式可控整流電路控制電動機的運行：</p><p>　　， ：正轉(zhuǎn)，電動機作電動運行，正組橋工作在整流狀態(tài)。</p><p>　?。ǎ赫D(zhuǎn)，電動機作發(fā)電運行，反組橋工作在逆變狀態(tài)。</p><p>　　，：反轉(zhuǎn)，電動機作電動運行，反組橋工作在整流狀態(tài)。</p><p>　?。ǎ?，：反轉(zhuǎn)，電動機作發(fā)電運行，正

47、組橋工作在逆變狀態(tài)。</p><p><b>　　九．心得體會</b></p><p>　　這次電力電子技術(shù)課程設(shè)計，很好的把理論知識與實踐結(jié)合起來，在設(shè)計過程中進行必要的分析、比較，從而選擇出一套好的設(shè)計方案，這檢驗了我們平時的學(xué)習(xí)效果和對知識的掌握程度。雖然此次課程設(shè)計與實際操作分析還有很大的差距，但是它提高了我們綜合解決問題的能力，為我們以后的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。&

48、lt;/p><p>　　通過這次課程設(shè)計，使我懂得了課堂知識是有限的，想學(xué)好這門課，不僅要將課堂知識掌握好，還要課外拓寬視野，只有把所學(xué)的知識綜合起來，從理論中得出結(jié)論，提高自己獨立思考的能力，才會對自己的將來有幫助。</p><p>　　在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計，把以前所學(xué)過的知識重新溫故，鞏固了所學(xué)的知識。<

49、;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.王兆安等，《電力電子技術(shù)（第五版）》，機械工業(yè)出版社，2011.08</p><p>　　2.李玉超，高沁翔.三相橋式全控整流實驗裝置的設(shè)計與研制?，F(xiàn)代電子技術(shù)2006（19）；104-106</p><p>　　3.馬建國,孟憲元.電子設(shè)計自動化技術(shù)基礎(chǔ)