1、2013 2014 学年 第 二 学期 电力电子技术 课 程 设 计 报 告题 目： 三相晶闸管可控整流电源设计 专 业： 自动化 班 级： 一 班 姓 名： 高蓝旭 龚志强 郭二杰 方国昌 韩小胜 洪凯 指导教师： 焦俊生 电气工程学院2014 年 5 月 16 日1、任务书课题名称 三相晶闸管可控整流电源设计指导教师 副教授：焦俊生 执行时间 20132014 学年第 二 学期 第 13 周学生姓名 学号 承担任务高蓝旭 1109111009 排版的设计龚志强 1109111010 总结心得郭二杰 1109111011 查找相关资料韩小胜 1109111012 编写控制程序洪凯 11091
2、11013 完成课程设计的制作方国昌 1109111008 电路图的绘制设计目的 1.根据所学课程，完成课程设计2. 掌握电力电子方面的知识3. 熟悉三相整流电路的内容设计要求（1）技术要求1.三相交流电源，线电压 380V。2.整流输出电压UR dR在 0210V连续可调。3.最大整流输出电流 20A。4.负载为阻感负载，且电感值较大（工作时可认为负载电流是连续平滑的直流） 。（2）主要设计内容1.整流变压器额定参数的计算（选择变压器次级额定电压和变比，初、次级绕组的导线直径。计算时取导线电流密度为 5A/mmP2P） ；2.晶闸管器件的电流、电压定额等参数的计算；3.集成触发电路的设计。
3、（包括：触发电路的定向；触发电路采用集成触发电路） 。电力电子技术课程设计电力电子技术课程设计1摘 要目 前 ， 各 类 电 力 电 子 变 换 器 的 输 入 整 流 电 路 输 入 功 率 级 一 般 采 用 不 可 控 整 流 或相 控 整 流 电 路 。 这 类 整 流 电 路 结 构 简 单 ， 控 制 技 术 成 熟 ， 但 交 流 侧 输 入 功 率 因 数 低 ，并 向 电 网 注 入 大 量 的 谐 波 电 流 。 据 估 计 ， 在 发 达 国 家 有 60%的 电 能 经 过 变 换 后 才 使用 ， 而 这 个 数 字 在 本 世 纪 初 达 到 95%。电 力 电 子
4、 技 术 在 电 力 系 统 中 有 着 非 常 广 泛 的 应 用 。 据 估 计 ， 发 达 国 家 在 用 户 最 终 使用 的 电 能 中 ， 有 60%以 上 的 电 能 至 少 经 过 一 次 以 上 电 力 电 子 变 流 装 置 的 处 理 。 电 力系 统 在 通 向 现 代 化 的 进 程 中 ， 电 力 电 子 技 术 是 关 键 技 术 之 一 。 可 以 毫 不 夸 张 地 说 ，如 果 离 开 电 力 电 子 技 术 ， 电 力 系 统 的 现 代 化 就 是 不 可 想 象 的 。而 电 能 的 传 输 中 ， 直 流 输 电 在 长 距 离 、 大 容 量 输
5、电 时 有 很 大 的 优 势 ， 其 送 电 端的 整 流 阀 和 受 电 端 的 逆 变 阀 都 采 用 晶 闸 管 变 各 种 电 子 装 置 一 般 都 需 要 不 同 电 压 等 级的 直 流 电 源 供 电 。 通 信 设 备 中 的 程 控 交 换 机 所 用 的 直 流 电 源 以 前 用 晶 闸 管 整 流 电 源 ，现 在 已 改 为 采 用 全 控 型 器 件 的 高 频 开 关 电 源 。 大 型 计 算 机 所 需 的 工 作 电 源 、 微 型 计算 机 内 部 的 电 源 现 在 也 都 采 用 高 频 开 关 电 源 。 在 各 种 电 子 装 置 中 ， 以
6、前 大 量 采 用 线性 稳 压 电 源 供 电 ， 由 于 高 频 开 关 电 源 体 积 小 、 重 量 轻 、 效 率 高 ， 现 在 已 逐 渐 取 代 了线 性 电 源 。 因 为 各 种 信 息 技 术 装 置 都 需 要 电 力 电 子 装 置 提 供 电 源 ， 所 以 可 以 说 信 息电 子 技 术 离 不 开 电 力 电 子 技 术 。 近 年 发 展 起 来 的 柔 性 交 流 输 电 （ FACTS） 也 是 依 靠电 力 电 子 装 置 才 得 以 实 现 的 。关 键 字 ： 电 力 电 子 技 术 三相可控整流电路 晶闸管电力电子技术课程设计2目 录摘 要 .1
7、一、电力电子技术概况 .3二 、 方 案 选 择 .32.1 三相桥式可控整流电路总体设计方案 .32.2方案选择 .4三 主电路原理分析 .53.1 0电路工作原理及过程的分析 .53.2 电路工作原理及过程的分析 .63.3 6电路工作原理及过程的分析 .73.4 电路的工作特点： .9四、主电路元件计算及选择 .104.1、变压器参数计数 .104.2、 电 力 电 子 器 件 电 压 、 电 流 等 定 额 计 算 .114.3、 平 波 电 抗 器 电 感 值 的 计 算 .124.4、 电 容 滤 波 的 电 容 计 算 .12五、保护电路 .12六、相控电路的驱动控制 .136.
8、1、集成触发器 .136.2 触发电路的定相 .15七、结束语 .18八、附录 .19九、参考文献 .19十、答辩记录及评分表 .20电力电子技术课程设计3T一、电力电子技术概况电 力 电 子 技 术 分 为 电 力 电 子 器 件 制 造 技 术 和 交 流 技 术 （ 整 流 ， 逆 变 ， 斩 波 ，变 频 ， 变 相 等 ） 两 个 分 支 。 它 是 建 立 在 电 子 学 、 电 工 原 理 和 自 动 控 制 三 大 学 科 上的 新 兴 学 科 。 因 它 本 身 是 大 功 率 的 电 技 术 ， 又 大 多 是 为 应 用 强 电 的 工 业 服 务 的 ， 故常 将 它
9、归 属 于 电 工 类 。 电 力 电 子 技 术 的 内 容 主 要 包 括 电 力 电 子 器 件 、 电 力 电 子 电路 和 电 力 电 子 装 置 及 其 系 统 。 电 力 电 子 器 件 以 半 导 体 为 基 本 材 料 ， 最 常 用 的 材 料 为单 晶 硅 ； 它 的 理 论 基 础 为 半 导 体 物 理 学 ； 它 的 工 艺 技 术 为 半 导 体 器 件 工 艺 。 近 代新 型 电 力 电 子 器 件 中 大 量 应 用 了 微 电 子 学 的 技 术 。 电 力 电 子 电 路 吸 收 了 电 子 学 的 理论 基 础 ， 根 据 器 件 的 特 点 和 电
10、能 转 换 的 要 求 ， 又 开 发 出 许 多 电 能 转 换 电 路 。 这 些 电路 中 还 包 括 各 种 控 制 、 触 发 、 保 护 、 显 示 、 信 息 处 理 、 继 电 接 触 等 二 次 回 路 及 外 围电 路 。 利 用 这 些 电 路 ， 根 据 应 用 对 象 的 不 同 ， 组 成 了 各 种 用 途 的 整 机 ， 称 为 电 力 电子 装 置 。 这 些 装 置 常 与 负 载 、 配 套 设 备 等 组 成 一 个 系 统 。 电 子 学 、 电 工 学 、 自 动控 制 、 信 号 检 测 处 理 等 技 术 常 在 这 些 装 置 及 其 系 统
11、中 大 量 应 用整流电路是电力电子电路中出现最早的一种，它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。它的应用十分广泛，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。二 、 方 案 选 择2.1 三相桥式可控整流电路总体设计方案三相可控整流电路有三相半波可控整流电路，三相半控桥式整流电路，三相全控桥式整流电路。因为三相整流裝置三相平衡的，输出的直流电压和电流脉动小，对电网影响小，同时三相可控整流电路的控制量可以很大，输出电压脉动较小，易滤波，控制滞后时间短，因此在工业中几乎都是采用三相可控整流电路。由于三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次侧电流中含有直流分量，
12、为此在应用中较少，所以采用三相桥式全控整流电路，可以有效的避免直流磁化作用。虽然三相桥式全控整流电路的晶闸管的数目比三相半波可控整流电路的少，但是三相桥式全控整流电路的输出电流波形便得平直，当电感足够大时，负载电流波形可以近似为一条水平线。在实际应用中，特别是小功率场合，较多采用单相可控整流电路。电力电子技术课程设计4当功率超过 4KW 时，考虑到三相负载的平衡，因而采用三相桥式全控整流电路。三相全控桥整流电路的输出电压脉动小、脉动频率高，和三相半波电路相比，在电源电压相同、控制角一样时，输出电压又提高了一倍。又因为整流变压器二次绕组电流没有直流分量，不存在铁心被直流磁化问题，故绕组和铁心利用
13、率高，所以被广泛应用在大功率直流电动机可调速系统，以及对整流的各项指标要求较高的整流装置上。图 2.1 系统原理方框图2.2方案选择课 设 题 目 中 给 出 的 正 是 要 求 为 220V、 20A 的 直 流 电 动 机 供 电 ， 它 的 容 量 为 S= kw， 属 于 高 容 量 ， 所 以 应 选 用 三 相 可 控 整 流 电 路 整 流 。 另 外 三 相 桥 式 整 流 电 压 的 脉动 频 率 比 三 相 半 波 高 一 倍 ， 因 而 所 需 平 波 电 抗 器 的 电 感 量 也 减 小 约 一 半 。 三 相 半 波虽 具 有 接 线 简 单 的 特 点 ， 但 由
14、 于 其 只 采 用 三 个 晶 闸 管 ， 所 以 晶 闸 管 承 受 的 反 向 峰 值电 压 较 高 ， 并 且 电 流 是 单 方 向 的 ， 存 在 直 流 磁 化 问 题 。 基 于 以 上 原 因 ， 最 终 我 选 择三 相 桥 式 全 控 电 路 为 电 机 整 流 。三相可控整流电路的控制量可以很大，输出电压脉动较小，易滤波，控制滞后时间短，因此在工业中几乎都是采用三相可控整流电路。在电子设备中有时也会遇到功率较大的电源，例如几百瓦甚至超过 12kw 的电源，这时为了提高变压器的利用率，减小波纹系数，也常采用三相整流电路。另外由于三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二
15、次侧电流中含有直流分量，为此在应用中较少。而采用三相桥式全控整流电路，可以有效的避免直流磁化作用。虽然三相桥式全控整流电路的晶闸管的数保护电路整流电路380V 三相交流电 负载电路触发电路电力电子技术课程设计5目比三相半波可控整流电路的少，但是三相桥式全控整流电路的输出电流波形便得平直，当电感足够大时，负载电流波形可以近似为一条水平线。在实际应用中，特别是小功率场合，较多采用单相可控整流电路。当功率超过 4KW 时，考虑到三相负载的平衡，因而采用三相桥式全控整流电路。三 主电路原理分析目 前 在 各 种 整 流 电 路 中 ， 应 用 最 为 广 泛 的 是 三 相 桥 式 全 控 整 流 电
16、 路 ， 其 原 理 图如 图 书 （ 1） ， 习 惯 将 其 中 阴 极 连 接 在 一 起 的 3 个 晶 闸 管 称 为 共 阴 极135()VT、 、组 ， 阳 极 连 接 在 一 起 的 3 个 晶 闸 管 称 为 共 阳 极 组 。 此 外 ， 习 惯 上 希462()VT、 、望 晶 闸 管 按 从 至 的 顺 序 导 通 ， 为 此 将 按 图 示 的 顺 序 编 号 ， 即 共 阴 极 组 中 与 三 相 电 源相 接 的 3 个 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 相 接 的 3 个晶 闸 管 分 别 为
17、 共 阳 极 组 中 与 a,b,c 三 相 电 源 相 接 的 3 个 晶 闸 管 分 别 为135VT， ， ，按 此 编 号 ， 晶 闸 管 的 导 通 顺 序 为 。462T， ， 。 12456VTVT下面对其带阻感负载时工作情况进行分析：先 假 设 将 电 路 中 的 晶 闸 管 换 作 二 极 管 ， 这 种 情 况 也 就 相 当 于 晶 闸 管 触 发 角时 的 情 况 。 此 时 ， 对 于 共 极 组 的 3 个 晶 闸 管 ， 阴 极 所 接 交 流 电 压 值 最 高 的 一0个 导 通 。 而 对 于 共 阳 极 组 的 3 个 晶 闸 管 ， 则 是 阴 极 所
18、接 交 流 电 压 值 最 低 的 一 个 导 通 。这 样 ， 任 意 时 刻 共 阳 极 组 和 共 阴 组 中 各 有 1 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 。3.1 电路工作原理及过程的分析0时 ， 各 晶 闸 管 均 在 自 然 换 相 点 处 换 相 。 由 图 中 变 压 器 二 次 绕 组 相 电 压 与 线电 压 波 形 的 对 应 关 系 ， 各 自 然 换 相 点 既 是 相 电 压 的 交 点 ， 同 时 也 是 线 电 压 的 交 点 。在 分 析 的 波 形 时 ， 既 可 以 从 相 电 压 波
19、形 分 析 ， 也 可 以 从 线 电 压 波 形 分 析 。 直 接 从du线 电 压 波 形 看 ， 由 于 共 阴 极 组 中 处 于 通 态 的 晶 闸 管 对 应 的 是 最 大 的 相 电 压 ， 而 共 阳极 组 中 处 于 通 态 的 晶 闸 管 对 应 的 是 最 小 的 相 电 压 ， 输 出 整 流 电 压 波 形 为 线 电 压 在 正半 周 期 的 包 络 线 。图 3 为 时，即在自然换相点触发换相时，把一个周期等份 6 段。在第 1 段0期间，a 相电位高，因而共阴极组的晶闸管 被触发导通，b 相电位最低。所以共阳1VT极组的晶闸管 被触发导通，这时电流由 a 相
20、经 流向负载，再经 流入 b 相，6VT 6VT电力电子技术课程设计6变压器 a,b 两相工作。经过 角后，进入第 2 段工作时期。此时 a 相电位仍然最高，.60晶闸管 继续导通，但是 c 相电位却变成最低。当经过自然换相点时，触发 c 相晶闸1VT管 ，电流从 b 相换到 c 相，承受反向电压而关断。这时电流由 a 相流出经 、负2 1VT载 R,L、 流回电源 c 相，变压器 a,c 两相工作，再经过 后，进入第 3 段时期。此.60时 b 相电位最高，共阴极组经过自然换相点时触发导通晶闸管 ，电流即从 a 相换3VT到 b 相，c 相晶闸管 电位仍然最低而继续导通，这时变压器 b,c
21、两相工作。在第 32T段期间，b 相电位最高，晶闸管 仍然继续导通，这时 a 相电位却变成最低，所以晶3V闸管 导通，这时电流由 b 相流出经 、负载 R,L、晶闸管 流回 b 相电源，变4VTT4压器 b,a 两相工作。在第 4 段期间，c 相电位最高，晶闸管 导通，b 相电位最低，5T晶闸管 导通，电流由 c 相流出经 、负载 R,L、晶闸管 流回电源 b 相，变压6 5 6V器 c,b 两相工作。图 3：3.2 电路工作原理及过程的分析0，下面给出其波，与 相比，一周期中 波形仍由段线电压构成，每0du一段导通晶闸管等仍符合表的规律。区别在于，晶闸管起始导通时刻推迟了 ，组03成 的每一
22、段线电压因此推迟 ， 平均值降低。阻感负载时，由于电感的作用，du03du使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水电力电子技术课程设计7平线。图 4 为 时，把一个周期同样等份 6 段。在第 1 段期间，a 相电位高，因而30晶闸管 被触发导通，b 相电位最低。这时晶闸管 被触发导通，这时电流由 a 相1VT 6VT经 流出而流向负载 R,L，再经 流入 b 相，变压器 a,b 两相工作。在第 2 段工作6VT时期,此时 a 相电位仍然最高，晶闸管 继续导通，a 相电位最低。因而晶闸管 被1 VT触发导通，电流由 a 相流出经晶闸管 流入负载，经过 流入 c
23、相，变压器 c,a 两2相工作，在第 3 段工作时期，b 相电位最高，因而晶闸管 被触发导通，a 相电位最3低，晶闸管 被触发导通，电流由 b 相经 流出，经过负载，经过 流入 a 相，4VT3 4这时变压器 b,a 两相工作。在第 4 段期间，c 相电位最高，晶闸管 被触发导通，a5T相电位最低，晶闸管 导通，这时电流由 c 相经 流出、经过负载、再经 流入4 5VTVa 相，a 电位最低，变压器 c,a 两相工作。在第 5 段工作期间， c 相电位最高，晶闸管导通，b 相电位最低，晶闸管 导通，电流由 c 相经 流出、负载、再经 流5 6VT5 6T入 b 相，变压器 c,b 两相工作。图 4：3.3 电路工作原理及过程的分析06
