三相桥式全控整流电源的设计.doc
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1、课程设计名称:电力电子技术 题 目:三相桥式全控整流电源的设计 专 业:电气工程及其自动化 班 级:姓 名:学 号:辽宁工程技术大学课程设计成绩评定表学 期2013/2014第一学期姓 名专 业电气工程及其自动化班 级课程名称电力电子技术论文题目三相桥式全控整流电源的设计评定标准评定指标分值得分知识创新性20理论正确性20内容难易性15结合实际性10知识掌握程度15书写规范性10工作量10总成绩100评语:任课教师时 间2013年12月31 日备 注课 程 设 计 任 务 书一、设计题目三相桥式全控整流电源的设计二、设计任务三相整流电路,交流侧由三相电源供电,选用三相桥式全控整流电路供电,主电
2、路采用三相全控桥,将380V三相交流电整流后供直流电动机(220V、300A)使用。三、设计计划电力电子技术课程设计共计1周内完成。第12天查资料,熟悉题目;第35天方案分析,具体按步骤进行设计及整理设计说明书;第6天准备答辩;第7天答辩。四、设计要求1.输入电压:采用三相四线制380V、50Hz交流电压2输出电压:输出220V单相直流电压3负载为220V、300A的直流电动机4电路中应设有相应的保护措施指导教师:教研室主任:时 间:2013年 12月 31日摘要电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术,就是使用电力电子器件(如晶闸管,GTO,IGBT等)对电能进行变换和控制的技术。电
3、力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW,也可以小到数W甚至1W以下,和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。电子技术的应用已深入到工农业经济建设,交通运输,空间技术,国防现代化,医疗,环保,和亿万人们日常生活的各个领域。当整流负载容量大,或要求直流电压脉动较小、易滤波时,应采用三相整流电路,其交流侧由三相电源供电。三相可控整流电路中,最基本的是三相半波可控整流电路,应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路、双反星形可控整流电路以及十二脉波可控整流电路等。本设计采用三相桥式全控整流电路,其应用也是最为广泛的,利用集成触发器产生触发脉冲信号,从而控制晶闸管的通断,
4、进而控制输出电压。关键字:电力电子;晶闸管;三相桥式全控整流;集成触发器;触发脉冲信号目录1 引言- 1 -2 原理及方案- 2 -3 主电路的设计及器件选择- 3 -3.1 三相全控桥的工作原理- 3 -3.1.1 三相全控桥的工作特点- 3 -3.1.2 阻感负载时的波形分析- 4 -3.2 参数计算- 5 -3.2.1 整流变压器的选择- 5 -3.2.2 晶闸管的选择- 7 -3.2.3 平波电抗器的选择- 7 -4 触发电路设计- 8 -4.1 集成触发电路- 8 -4.2 KJ004的工作原理- 8 -4.3 集成触发器电路图- 10 -5 保护电路的设计- 11 -5.1 晶闸管
5、的保护电路- 11 -5.2 交流侧保护电路- 12 -5.3 直流侧阻容保护电路- 13 -6 电气总电路图- 14 -7 结论- 15 -课程设计体会- 16 -参考文献- 17 -三相桥式全控整流电源的设计1 引言电子技术的应用已深入到工农业经济建设,交通运输,空间技术,国防现代化,医疗,环保,和亿万人们日常生活的各个领域,进入21世纪后电力电子技术的应用更加广泛,因此对电力电子技术的研究更为重要。近几年越来越多电力电子应用在国民工业中,一些技术先进的国家,经过电力电子技术处理的电能已得到总电能的一半以上。 本文主要介绍三相桥式全控整流电路的主电路和触发电路的原理及控制电路图,由工频三相
6、电压380V经升压变压器后由可控硅(晶闸管)再整流为直流供负载用。但是由于工艺要求大功率,大电流,高电压,因此控制比较复杂,特别是触发电路部分必须一一对应,否则输出的电压波动大甚至还有可能短路造成设备损坏。 - 18 -三相桥式全控整流电源的设计2 原理及方案三相桥式全控整流电源系统通过变压器与电网连接,经过变压器的耦合,晶闸管主电路得到一个合适的输入电压,使晶闸管在较大的功率因数下运行。变流主电路和电网之间用变压器隔离,还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分。保护电路采用RC过电压抑制电路进行过电压保护,利用快速熔断器进行过电流保护。采用锯齿波同步KJ004集成触发电路,利用一个同步变压器对触
7、发电路定相,保证触发电路和主电路频率一致,触发晶闸管,使三相全控桥将交流整流成直流,带动直流电动机运转。结构框图如图1-1所示。整个设计主要分为主电路、触发电路、保护电路三个部分。框图中没有表明保护电路。当接通电源时,三相桥式全控整流电路主电路通电,同时通过同步电路连接的集成触发电路也通电工作,形成触发脉冲,使主电路中晶闸管触发导通工作,经过整流后的直流电通给直流电动机,使之工作。图1-1 三相桥式全控整流电路结构图3 主电路的设计及器件选择实验参数设定负载为220V、300A的直流电机,采用三相整流电路,交流侧由三相电源供电,设计要求选用三相桥式全控整流电路供电,主电路采用三相全控桥。3.1
8、 三相全控桥的工作原理如图2-1所示,为三相桥式全控带阻感负载,根据要求要考虑电动机的电枢电感与电枢电阻,故为阻感负载。习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管称为共阴极组;阳极连接在一起的3个晶闸管称为共阳极组。共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5, 共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。晶闸管的导通顺序为 VT1VT2VT3VT4VT5VT6。变压器为型接法。变压器二次侧接成星形得到零线,而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网图2-1 三相桥式全控整流电路带电动机(阻感)负载原理图3.1.1 三相全控桥的工作特点 2个
9、晶闸管同时通形成供电回路,其中共阴极组和共阳极组 各1个,且不能为同1相器件。 对触发脉冲的要求:按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序,相位依次差60度。共阴极 组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120度。共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120度。同一相的上下两个桥臂,即VT1与VT4,VT3与VT6, VT5与VT2,脉冲相差180。 ud一周期脉动6次,每次脉动的波形都一样, 故该电路为6脉波整流电路。 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同,晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。3.1.2 阻感负载时的波形分析三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感
10、负载供电(即用于直流电机传动),下面主要分析阻感负载时的情况,因为带反电动势阻感负载的情况,与带阻感负载的情况基本相同。 当60度时,ud波形连续,电路的工作情况与带电阻负载时十分相似,各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于负载不同时,同样的整流输出电压加到负载上,得到的负载电流 id 波形不同,电阻负载时 ud 波形与 id 的波形形状一样。而阻感负载时,由于电感的作用,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平线。图2-2和图2-3分别给出了三相桥式全控整流电路带阻感负载=0度和=30度的波形。 图2-2中除给出u
11、d波形和id波形外,还给出了晶闸管VT1电流 iVT1 的波形,可与带电阻负载时的情况进行比较。由波形图可见,在晶闸管VT1导通段,iVT1波形由负载电流 id 波形决定,和ud波形不同。 图2-3中除给出ud波形和 id 波形外,还给出了变压器二次侧a相电流 ia 的波形,在此不做具体分析。 图2-2 触发角为0度时的波形图图2-3 触发角为30时的波形图当60度时,阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同,电阻负载时ud波形不会出现负的部分,而阻感负载时,由于电感L的作用,ud波形会出现负的部分。图2-4给出了=90度时的波形。若电感L值足够大,ud中正负面积将基本相等,ud平均值近似为零。这
12、说明,带阻感负载时,三相桥式全控整流电路的角移相范围为90度。图2-4 触发角为90时的波形图3.2 参数计算3.2.1 整流变压器的选择由系统要求可知,整流变压器一、二次线电压分别为380V和220V,由变压器为接法可知变压器二次侧相电压为: 变比为: 变压器一次和二次侧的相电流计算公式为: 而在三相桥式全控中 所以变压器的容量分别如下:变压器次级容量为: 变压器初级容量为: 变压器容量为: 即:变压器参数归纳如下:初级绕组三角形接法,;次级绕组星形接法,;容量选择为93.15kW。3.2.2 晶闸管的选择 晶闸管的额定电压由三相全控桥式整流电路的波形(图2-4)分析知,晶闸管最大正、反向电
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