電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告[專業(yè)教學(xué)]

1、電力電子課程設(shè)計報告題 目三相橋式全控整流電路設(shè)計學(xué) 院：電子與電氣工程學(xué)院年級專業(yè)：2015級電氣工程及其自動化姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：高婷婷，林建華成 績：指導(dǎo)老師評語：指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日摘要整流電路尤其是三相橋式可控整流電路是電力電子技術(shù)中最為重要同時也是應(yīng)用得最為廣泛的電路，不僅用于一般工業(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(fù)載的工作情況進(jìn)行對比分析與研究具有很強(qiáng)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，因此調(diào)試三相橋式可控整流電路的相關(guān)參數(shù)并對不

2、同性質(zhì)負(fù)載的工作情況進(jìn)行對比分析與研究具有一定的現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞：電力電子，三相，整流目錄1 設(shè)計的目的和意義12 設(shè)計任務(wù)與要求13 設(shè)計方案13.1三相全控整流電路設(shè)計13.1.1三相全控整流電路圖原理分析23.1.2整流變壓器的設(shè)計23.1.3晶閘管的選擇33.2 保護(hù)電路的設(shè)計43.2.1變壓器二次側(cè)過壓保護(hù)43.2.2 晶閘管的過壓保護(hù)43.2.3 晶閘管的過流保護(hù)5 3.3 觸發(fā)電路的選擇設(shè)計54 實驗調(diào)試與分析64.1三相橋式全控整流電路的仿真模型64.2仿真結(jié)果及其分析75 設(shè)計總結(jié)86 參考文獻(xiàn)9輔導(dǎo)工具a1 設(shè)計的目的和意義本課程設(shè)計屬于電力電子技術(shù)課程的延續(xù)，通過設(shè)計實踐

3、，進(jìn)一步學(xué)習(xí)掌握電力電子技術(shù)，更進(jìn)一步的掌握和了解他三相橋式全控整流電路。通過設(shè)計基本技能的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生具備一定的工程實踐能力。通過反復(fù)調(diào)試、訓(xùn)練、便于學(xué)生掌握規(guī)范系統(tǒng)的電子電力方面的知識，同時也提高了學(xué)生的動手能力。2 設(shè)計任務(wù)與要求三相橋式全控整流電路要求輸入交流電壓為阻感性負(fù)載。1.寫出三相橋式全控整流電路阻感性負(fù)載的移相范圍，并計算出直流電壓的變化范圍2.計算=60時，負(fù)載兩端電壓和電流，晶閘管平均電流和有效電流。3.畫出=60時，負(fù)載兩端和晶閘管兩端波形。4.分析純電阻負(fù)載和大電感負(fù)載以及加續(xù)流二極管電路的區(qū)別。5.晶閘管的型號選擇。3 設(shè)計方案3.1三相全控整流電路設(shè)計圖1.三相

4、橋式全控整流電路的阻感性負(fù)載 3.1.1三相全控整流電路圖原理分析晶閘管按從1至6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖示的順序編號，即共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT1、VT3、VT5， 共陽極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT4、VT6、VT2。編號如圖示，晶閘管的導(dǎo)通順序為 VT1VT2VT3VT4VT5VT6。其工作特點是任何時刻都有不同組別的兩只晶閘管同時導(dǎo)通，構(gòu)成電流通路，因此為保證電路啟動或電流斷續(xù)后能正常導(dǎo)通，必須對不同組別應(yīng)到導(dǎo)通的一對晶閘管同時加觸發(fā)脈沖，所以觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)大于3的寬脈沖。寬脈沖觸發(fā)要求觸發(fā)功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以可以

5、采用脈沖列代替雙窄脈沖；每隔3換相一次，換相過程在共陰極組和共陽極組輪流進(jìn)行，但只在同一組別中換相。接線圖中晶閘管的編號方法使每個周期內(nèi)6個管子的組合導(dǎo)通順序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；共陰極組T1，T3，T5的脈沖依次相差23；同一相的上下兩個橋臂，即VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2的脈沖相差，給分析帶來了方便；當(dāng)=O時，輸出電壓Ud一周期內(nèi)的波形是6個線電壓的包絡(luò)線。所以輸出脈動直流電壓頻率是電源頻率的6倍，比三相半波電路高l倍，脈動減小，而且每次脈動的波形都一樣，故該電路又可稱為6脈動整流電路。同理，三相半波整流電路稱為3脈動整流電路。0時，Ud的波形

6、出現(xiàn)缺口，隨著角的增大，缺口增大，輸出電壓平均值降低。當(dāng)=23時，輸出電壓為零，所以電阻性負(fù)載時，的移相范圍是O23；當(dāng)O3時，電流連續(xù)，每個晶閘管導(dǎo)通23；當(dāng)323時，電流斷續(xù)，個晶閘管導(dǎo)通小于23.23=3是電阻性負(fù)載電流連續(xù)和斷續(xù)的分界點。3.1.2整流變壓器的設(shè)計三相橋式全控整流電路應(yīng)選用三相變壓器星形接法如圖1所示。主電路種影響整流變壓器次級電壓精確計算的主要因素是值的大小要保證滿足負(fù)載所要求的最大平均電壓，當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時（即帶阻感負(fù)載時）的平均值為2）二次電流和一次電流的計算 直流輸出平均電流為3）變壓器容量的計算變壓為3.1.3 晶閘管的選擇合理地選擇晶閘管，可以在保證晶閘

7、管裝置可靠運行的前提下降低成本，獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在采用普通型（KP型）晶閘管的整流電路種，應(yīng)正確選擇晶閘管的額定電壓與額定電流參數(shù)。1晶閘管額定電壓（）晶閘管額定電壓必須大于元件在電路中實際承受的最大電壓，考慮到電網(wǎng)電壓的波動和操作過電壓等因素，還要設(shè)置2到3倍的安全系數(shù)，即由理論分析可得，當(dāng)可控整流電路接成三相全控電路形式時，每個晶閘管所承受的正、反向電壓均為整流變壓器次級線電壓的峰值，即由三相全控整流電路的波形分析可知，晶閘管最大正向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值：2晶閘管額定電流（）晶閘管的電流定額要按照有效值相等的原則來選取，并應(yīng)留一定裕量。一般取其額定電流為按此原則計算結(jié)果

8、的1.5到2倍，即3選擇晶閘管的型號三相橋式全控整流電路應(yīng)選擇KP30-4型晶閘管，共六只4晶閘管的圖片圖2.晶閘管3.2.保護(hù)電路的設(shè)計3.2.1變壓器二次側(cè)過壓保護(hù)該變壓器為初級繞組三角形接法=380V, =82.96A；次級繞組星形接法=150V，=24.804A，容量為12KV的變壓器，RC過電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩端（供電網(wǎng)一側(cè)稱網(wǎng)測，電力電子電路一側(cè)稱閥測），或電力電子電路的直流側(cè)。圖3.二次側(cè)過壓保護(hù)3.2.2晶閘管的過壓保護(hù)：主要考慮換相過電壓抑制。晶閘管元件在反向阻斷能力恢復(fù)前，將在反向電壓作用下流過相當(dāng)大的反向恢復(fù)電流。當(dāng)阻斷能力恢復(fù)時，因反向恢復(fù)電流很快截止，通過

9、恢復(fù)電流的電感會因高電流變化率產(chǎn)生過電壓，即換相過電壓。為使元件免受換相過電壓的危害，一般在元件的兩端并聯(lián)RC電路。即圖4.晶閘管過壓保護(hù)3.2.3過流保護(hù)電路1主電路保護(hù)電子電路作為第一保護(hù)措施，快速熔斷器僅作為短路時的部分區(qū)段的保護(hù)，支流快速熔斷器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定在過載時動作。2晶閘管過流保護(hù)對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，需采用電子電路進(jìn)行過電流保護(hù)。常在全控型器件的驅(qū)動電路種設(shè)置過電流保護(hù)環(huán)節(jié)，響應(yīng)最快。圖5.晶閘管過流保護(hù)3.3觸發(fā)電路的選擇設(shè)計驅(qū)動電路位于主電路和控制電路之間，用來對控制電路的信號進(jìn)行放大的中間電路（即放大控制電路的信號使其能夠驅(qū)動

10、功率晶體管），稱為驅(qū)動電路，驅(qū)動電路的基本任務(wù)。就是將信息電子電路傳來的信號按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。對半控型器件只需提供開通控制信號，對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號，以保證器件按要求可靠導(dǎo)通或關(guān)斷。觸發(fā)電路由三片集成觸發(fā)電路芯片KJ004和一片集成雙脈沖發(fā)生器芯片KJ041形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進(jìn)行脈沖放大，即構(gòu)成完整的。觸發(fā)電路產(chǎn)生的觸發(fā)信號用接插線與主電路各晶閘管相連接。該電路可分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。圖6.觸發(fā)電路3.4總設(shè)計圖圖7.總設(shè)計圖4 調(diào)

11、試與總結(jié)分析4.1三相橋式全控整流電路的仿真模擬根據(jù)三相橋式全控整流電路的原理可以利用Simulink內(nèi)的模塊建立仿真模型如圖2所示，設(shè)置三個交流電壓源Va，Vb，Vc相位角依次相差120，得到整流橋的三相電源。用6個Thyristor構(gòu)成整流橋，實現(xiàn)交流電壓到直流電壓的轉(zhuǎn)換。6個PULSE generator產(chǎn)生整流橋的觸發(fā)脈沖，且從上到下分別給16號晶閘管觸發(fā)脈沖。圖8.仿真模擬電路4.2仿真結(jié)果與分析當(dāng)=60度時，ud波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負(fù)載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。區(qū)別在于負(fù)載不同時，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電流 id 波形不同，電阻負(fù)載時 ud 波形與 id 的波形形狀一樣。而阻感負(fù)載時，由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線。圖9.觸發(fā)角為