三相橋式全控整流電路設(shè)計說明

.⑤整流變壓器的參數(shù)：很多情況下晶閘管整流裝置所要求的變流供電壓與電網(wǎng)電壓往往不能一致,同時又為了減少電網(wǎng)與整流裝置的相互干擾,可配置整流變壓器。我們假設(shè)變壓器是理想的。.所以變壓器的匝數(shù)比為。變壓器一、二次容量為。2.7實驗容2.7.1接線在實驗裝置斷電的情況下,按三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗線路圖及接線圖進行接線。圖中的可調(diào)電阻器Rp,選用MEL﹣03中的其中一組可調(diào)電阻器并聯(lián),Rp的初始電阻值應(yīng)調(diào)到最大值。2.7.2觸發(fā)電路調(diào)試將MCL﹣32電源控制屏的電源開關(guān)撥向"開"的位置,接通控制電路電源﹙紅色指示燈亮﹚。⑴檢查晶閘管的觸發(fā)脈沖是否正常。用示波器觀察MCL﹣33脈沖觀察孔"1"～"6",應(yīng)有相互間隔60o,幅度相同的雙脈。⑵用示波器觀察每只晶閘管的控制極、陰極,應(yīng)有幅度為1V﹣2V的脈沖。⑶調(diào)節(jié)MCL﹣31的給定電位器RP1使Ug＝0V,然后調(diào)節(jié)偏移電壓Ub使a＝150o,逐漸調(diào)節(jié)給定電壓Ug,觀察觸發(fā)脈沖移相圍是否滿足a＝30°～150°。2.7.3三相橋式全控整流電路⑴調(diào)節(jié)MCL﹣31的給定電位器RP1使Ug＝0V。⑵將主電路開關(guān)S1撥向左邊短接線端接通電阻負載,將Rd調(diào)至最大值<450W>。⑶按下MCL﹣32電源控制屏的"閉合"按鈕,接通主電路電源﹙綠色指示燈亮﹚。⑷調(diào)節(jié)MCL﹣31的給定電位器RP1使a＝90°,用示波器觀察記錄整流電路輸出電壓Ud＝f〔t以及晶閘管兩端電壓UVT＝f〔t的波形。采用類似方法,分別觀察記錄a＝30°、a＝60°時Ud＝f〔t、UVT＝f〔t的波形。2.7.4三相橋式有源逆變電路⑴調(diào)節(jié)MCL﹣31的給定電位器RP1使Ug＝0V。⑵按MCL﹣32電源控制屏的"斷開"按鈕,切斷主電路電源﹙紅色指示燈亮﹚,將主電路開關(guān)S1撥向右邊的不可控整流橋接線端,將Rd調(diào)至最大值<450W>。⑶按下MCL﹣32電源控制屏的"閉合"按鈕,接通主電路電源﹙綠色指示燈亮﹚。⑷調(diào)節(jié)MCL﹣31的給定電位器RP1,使a＝90°,用示波器觀察記錄逆變電路輸出電壓Ud＝f〔t以及晶閘管兩端電壓UVT＝f〔t的波形。采用類似方法,分別觀察記錄a＝120°、a＝150°時Ud＝f〔t、UVT＝f〔t的波形。圖2-6三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗線路圖及接線圖3單元電路設(shè)計3.1主電路主電路為帶電阻負載的三相橋式電路,用protel繪制如下所示:圖3-1主電路圖3.2觸發(fā)電路3.2.1觸發(fā)電路設(shè)計目的要使晶閘管開始導通,必須施加觸發(fā)脈沖,在晶閘管觸發(fā)電路中必須有觸發(fā)電路,觸發(fā)電路性能的好壞直接影響晶閘管電路工作的可靠性,也影響系統(tǒng)的控制精度,正確設(shè)計觸發(fā)電路是晶閘管電路應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。3.2.2觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管開關(guān)可靠導通〔門極電流應(yīng)大于擎柱電流,觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度,不超過門極電壓、電流和功率,且在可靠觸發(fā)區(qū)域之,應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離1輸入電壓：直流.2交流同步電壓：20V.3移相電壓：.4移相圍：大于等于170度.5對電路進行設(shè)計,計算元器件參數(shù).3.3.31單結(jié)晶體管觸發(fā)電路2正弦波同步觸發(fā)電路3鋸齒波同步觸發(fā)電路4集成觸發(fā)電路3.3.4方案選擇的論證1單結(jié)晶體管觸發(fā)電路：脈沖寬度窄,輸出功率小,控制線性度差；移相圍一般小于180度,電路參數(shù)差異大,在多相電路中使用不易一致,不付加放大環(huán)節(jié)。適用圍：可觸發(fā)50A以下的晶閘管,常用于要求不高的小功率單相或三相半波電路中,但在大電感負載中不易采用。2正弦波同步觸發(fā)電路：由于同步信號為正弦波,故受電網(wǎng)電壓的波動及干擾影響大,實際移相圍只有150度左右。適用圍：不適用于電網(wǎng)電壓波動較大的晶閘管裝置中。3鋸齒波同步觸發(fā)電路：它不受電網(wǎng)電壓波動與波形畸變的直接影響,抗干擾能力強,移相圍寬,具有強觸發(fā),雙脈沖和脈沖封鎖等環(huán)節(jié),可觸發(fā)200A的晶閘管。適用圍：在大眾中容量晶閘管裝置中得到廣泛的應(yīng)用。4集成觸發(fā)電路：移相圍小于180度,為保證觸發(fā)脈沖的對稱度,要求交流電網(wǎng)波形畸變率小于5%。適用圍：應(yīng)用于各種晶閘管。根據(jù)晶閘管觸發(fā)電路設(shè)計的任務(wù)和要求決定采用鋸齒波同步觸發(fā)電路的設(shè)計方案進行設(shè)計。晶閘管可控整流電路,通過控制觸發(fā)角a的大小即控制觸發(fā)脈沖起始相位來控制輸出電壓大小。為保證相控電路正常工作,很重要的是應(yīng)保證按觸發(fā)角a的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。晶閘管相控電路,習慣稱為觸發(fā)電路。大、中功率的變流器廣泛應(yīng)用的是晶體管觸發(fā)電路,其中以同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路應(yīng)用最多?？煽啃愿?技術(shù)性能好,體積小,功耗低,調(diào)試方便。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及,已逐步取代分立式電路。此處就是采用集成觸發(fā)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。KJ004組成分為同步、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)。KJ004觸發(fā)電路為模擬的觸發(fā)電路,其組成為：3個KJ004集成塊和1個KJ041集成塊,可形成六路雙脈沖,再由六個晶體管進行脈沖放大,即可得到完整的三相全控橋觸發(fā)電路,用protel繪制的完整觸發(fā)電路如下所示：圖3-2完整觸發(fā)電路圖3.3保護電路為了保護設(shè)備安全,必須設(shè)置保護電路。保護電路包括過電流與過電流保護,大致可以分為兩種情況：一種是在適當?shù)牡胤桨惭b保護器件,例如R-C阻容吸收回路、限流電感、快速熔斷器等；另一種則是采用電子保護電路,檢測設(shè)備的輸出電壓或輸入電流,當輸出電壓或輸入電流超過允許值時,借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋短時工作于有源逆變工作狀態(tài),從而抑制過電壓或過電流的數(shù)值。本例中設(shè)計的三相橋式全控整流電路為大功率裝置,故考慮第一種保護方案,分別對晶閘管、交流側(cè)、直流側(cè)進行保護設(shè)電路的設(shè)計。3.3.1交流側(cè)保護電路交流側(cè)過電壓一般都是外因過電壓,在抑制外因過電壓的措施中,采用RC過電壓抑制電路是最為常見的。通常是在變壓器次級<元件側(cè)>并聯(lián)RC電路,以吸收變壓器鐵心的磁場釋放的能量,并把它轉(zhuǎn)化為電容器的電場能而儲存起來。串聯(lián)電阻是為了在能量轉(zhuǎn)換過程中可以消耗一部分能量并且抑制LC回路可能產(chǎn)生的振蕩。當整流器容量較大時,RC電路也可以接在變壓器的電源側(cè)。其電路圖如圖3-3所示。圖3-3阻容過電壓保護電路〔一RC參數(shù)的計算公式為電容的耐壓電阻的功率為 <3.1>式中―變壓器每相平均計算容量。―變壓器二次相電壓有效值。―勵磁電流百分數(shù)當幾百伏安時=10當1000伏安時=3~5。―變壓器的短路比,當變壓器容量為10~1000時,=5~10。,―當正常工作時電流電壓的有效值。〔二RC參數(shù)計算變壓器每相平均計算容量為〔1電容器的計算取=20。電容器的耐壓值為取500。故選擇參數(shù)為20,500的電容。〔2電阻值計算考慮到所取電容已大于計算值,故電阻可適當取小些。取=3。正常工作時,RC支路始終有交流電流過,過電壓總是短暫的,所以可按長期發(fā)熱來確定電阻的功率。RC支路電流可由式<3.1>確定,即電阻的功率為故選用3,20的電阻。3.3.2晶閘管的過電壓保護晶閘管的過電壓能力比一般的電器元件差,當它承受超過反向擊穿電壓時,也會被反向擊穿而損壞。如果正向電壓超過管子的正向轉(zhuǎn)折電壓,會造成晶閘管硬開通,不僅使電路工作失常,且多次硬開關(guān)也會損壞管子。因此必須抑制晶閘管可能出現(xiàn)的過電壓,常采用簡單有效的過電壓保護措施。對于晶閘管的過電壓保護可參考主電路的過電壓保護,我們使用阻容保護,電路圖如圖3-4圖3-4阻容保護電路晶閘管設(shè)備在運行過程中會受到由交流供電電網(wǎng)進入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲,同時設(shè)備自身運行中以及非正常運行中也有過電壓出現(xiàn),所以要進行過電壓保護,我們不可能從根本上消除生產(chǎn)過程過電壓的根源,只能設(shè)法將過電壓的副值抑制到安全限度之,這是過電壓保護的基本思想。抑制過電壓的方法不外乎三種：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?？刹捎萌鐖D3-3所示的反向阻斷式過電壓抑制RC保護電路。整流電路正常工作時,保護三相橋式整流器輸出端電壓為變壓器次級電壓的峰值,輸出電流很小,從而減小了保護元件的發(fā)熱。過電壓出現(xiàn)時,該整流橋用于提供吸收過電壓能量的通路,電容將吸取過電壓能量轉(zhuǎn)換為電場能量；過電壓消失后,電容經(jīng)、放電,將儲存的電場能量釋放,逐漸將電壓恢復到正常值。圖3-5反向阻斷式過電壓抑制RC電路3.3.3直流側(cè)也可能發(fā)生過電壓,在圖4-2中,當快速熔斷器熔斷或直流快速開關(guān)切斷時,因直流側(cè)電抗器釋放儲能,會在整流器直流輸出端造成過電壓。另外,由于直流側(cè)快速開關(guān)〔或熔斷器切斷負載電流時,變壓器釋放的儲能也產(chǎn)生過電壓,盡管交流側(cè)保護裝置能適當?shù)乇Ｗo這種過電壓,仍會通過導通的晶閘管反饋到直流側(cè)來,為此,直流側(cè)也應(yīng)該設(shè)置過電壓保護,用于抑制過電壓。圖3-4直流側(cè)阻容保護3.3.4晶閘管的過電流保護在整流中造成晶閘管過電流的主要原因是：電網(wǎng)電壓波動太大負載超過允許值,電路中管子誤導通以及管子擊穿短路等。所以我們要設(shè)置保護措施,以避免損害管子。變流裝置發(fā)生過電流的原因歸納起來有如下幾個方面：<1>外部短路：如直流輸出端發(fā)生短路。<2>部短路：如整流橋主臂中某一元件被擊穿而發(fā)生的短路。<3>可逆系統(tǒng)中產(chǎn)生換流失敗和環(huán)流過大。<4>生產(chǎn)機械發(fā)生過載或堵轉(zhuǎn)等?？蛊?；③靈敏過電流繼電器；④斷路器；⑤電流反饋控制電路；⑥直流快速開關(guān)晶閘管元件承受過電流的能力也很低,若過電流數(shù)值較大而切斷電路的時間又稍長,則晶閘管元件因熱容量小就會產(chǎn)生熱擊穿而損壞。因此必須設(shè)置過流保護,其目的在于一旦變流電路出現(xiàn)過電流,就把它限制在元件允許的圍,在晶閘管被損壞前就迅速切斷過電流,并斷開橋臂中的故障元件,以保護其它元件。晶閘管變流裝置可能采用的過流保護措施有：①交流斷路器；②進線電；⑦快速熔斷器?？砂磳嶋H需要選擇其中一種或數(shù)種。本設(shè)計采用的晶閘管過電流保護措施是快速熔斷器保護方法,其參數(shù)的選擇為：①因工作時電壓為380,取。②流過快速熔斷器的電流的有效值為快速熔斷器的額定電流為選取?？焖偃蹟嗥鞅Ｗo是最有效,使用最廣泛的一種保護措施；快速熔斷器的接法有三種：橋臂串快熔,這是一種最直接可靠的保護；交流側(cè)快熔,直流側(cè)快熔,這兩種保護接法雖然簡單,但保護效果不好。過電流繼電器保護中過電流繼電器開關(guān)時間長〔約幾百毫秒只有在短路電流不大時才有用。限流與脈沖移相保護電路保護比較復雜。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。總結(jié)的結(jié)果：最佳方案是選用快速熔斷器保護,并采用橋臂串快熔接法總結(jié)首先,我學到了不少東西。是我開闊了眼界,本次課程設(shè)計完美結(jié)束。同時我也意識到自己的不足,覺得應(yīng)該好好學習,努力增加自己的知識含量。在設(shè)計中,我感到自己平時下功夫太少,以至于書到用時方恨少。同時,我覺得,一次課程設(shè)計是我如此疲憊,所以應(yīng)該珍惜學習的機會。我知道電力電子技術(shù)是一門基礎(chǔ)性和支持很強的技術(shù),但我真正體會到這一點卻是在這次課設(shè)的過程中。通過本次課程設(shè)計,我對電力電子技術(shù)這門課有了很深的了解,對各個知識點有個更好的掌握。本次設(shè)計,我所設(shè)計的是三相橋式全控整流電路,開始設(shè)計時我遇到了很多的問題,使我有種很深的無助感。好在后來經(jīng)過仔細查閱資料,各類圖書,以及老師和同學的幫助,我順利完成了課設(shè)中的任務(wù)。通過這次電力電子課程設(shè)計,讓我明白了課堂學習與實際動手操作的巨大差距,課堂學習為動手操作提供了不可或缺的理論指導,實際動手操作可以讓自己更好地理解自己所學過的理論知識,本次課程設(shè)計中,很多地方用到了課堂上沒有詳細講解的容,比如觸發(fā)電路,所以在課設(shè)的過程中,就需要自己花費大量的時間與精力去查找相關(guān)的資料,弄清楚觸發(fā)電路的原理,雖然過程比較辛苦,但覺得自己過得還是很充實,畢竟搞清楚了自己曾經(jīng)不清楚的地方,收獲還是很大。.致本學期期末考試結(jié)束后,付濤老師帶我們做電力電子應(yīng)用課程設(shè)計,我們組在老師的指導下和組員團結(jié)合作下在完成了關(guān)于三相橋式全控整流電路的設(shè)計,在此非常感付濤老師的教導和組員們的努力。.參考文獻[1]王兆安,黃俊.電力電子技術(shù)[M].4版.：機械工業(yè),2000.[2]黃俊,王兆安.電力電子技術(shù)