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辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 电力电子技术电力电子技术课程设计 论文 课程设计 论文 题目 题目 三相桥式可控整流实验装置三相桥式可控整流实验装置 院 系 院 系 电子与信息工程电子与信息工程 专业班级 专业班级 电子电子112112 学学 号 号 110404054110404054 学生姓名 学生姓名 翟悦琪翟悦琪 指导教师 指导教师 签字 起止时间 起止时间 202013 12 16 2013 12 17 本科生课程设计 论文 III 课程设计 论文 任务及评语课程设计 论文 任务及评语 院 系 电子与信息工程学院 教研室 电子信息工程 注 成绩 平时20 论文质量60 答辩20 以百分制计算 学 号110404054学生姓名翟悦琪专业班级电子112 课程设计 论文 题目 三相桥式可控整流实验装置三相桥式可控整流实验装置 课程设计 论文 任务 课题完成的设计任务及功能 要求 技术参数课题完成的设计任务及功能 要求 技术参数 实现功能 实现功能 设计电力电子技术课程的教学实验装置 使学生通过该装置测试 观察三相 桥式可控整流的各个参数及波形 通过实验验证所学的理论知识 技术参数 技术参数 1 交流电源 三相 380V 2 整流输出电压 Ud在 0 110V 连续可调 3 整 流输出电流最大值 5A 4 负载 纯电阻 阻感 直流电动机 5 根据实际工 作情况 最小控制角取 20 300左右 设计任务 设计任务 1 方案的经济技术论证 2 主电路设计 3 通过计算选择整流器件的具体 型号 4 若采用整流变压器 确定变压器变比及容量 5 触发电路设计或选 择 6 绘制相关电路图 7 完成 4000 字左右说明书 要求 要求 1 1 文字在 4000 字左右 2 2 文中的理论分析与计算要正确 3 3 文中的图表工整 规范 4 元器件的选择符合要求 进度计划 第 1 天 集中学习 第 2 天 收集资料 第 3 天 方案论证 第 4 天 主电路 设计 第 5 天 选择器件 第 6 天 确定变压器变比及容量 第 7 天 触发电 路设计 第 8 天 在实验室调试 第 9 天 总结并撰写说明书 第 10 天 答辩 指导教师评语及成绩 平时 论文质量 答辩 总成绩 指导教师签字 年 月 日 本科生课程设计 论文 IV 摘 要 整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路 大多数整流电路由变压器 整流主电路和滤波器等组成 它在直流电动机的调速 发电机的励磁调节 电 解 电镀等领域得到广泛应用 整流电路通常由主电路 滤波器和变压器组成 滤波器接在主电路与负载之间 用于滤除脉动直流电压中的交流成分 变压器 设置与否视具体情况而定 变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压 间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离 可减小电网与电路间的电干 扰和故障影响 整流电路的种类有很多 有半波整流电路 单相桥式半控整 流电路 单相桥式全控整流电路 三相桥式半控整流电路 三相桥式全控整流 电路等 关键词 整流 变压 滤波 本科生课程设计 论文 V 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 三相桥式可控整流技术概况 1 1 2 本文研究内容 1 第 2 章 三相桥式可控整流电路设计 2 2 1 三相桥式可控整流电路总体设计方案 2 2 2 具体电路设计 2 2 2 1 主电路设计 2 2 2 2 控制设计 8 2 2 3 保护电路设计 10 2 3 元器件型号选择 13 2 4 系统数据分析 14 第 3 章 课程设计总结 16 参考文献 17 本科生课程设计 论文 1 第 1 章 绪论 1 1 三相桥式可控整流技术概况 电力电子技术的应用已经深入到国家的经济建设 交通运输 空间技术 国防 现代化 医疗 环保和人们日常生活的各个领域 进入新世纪以后电力电子技术 的应用更加广泛 有人预言 电力电子技术和运动控制一起 将和计算机技术共 同成为未来科技的两大支柱 电力电子技术是应用于电力领域的电子技术 具体 地说 就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术 通常把电力电子技 术分为电力电子制造和变流技术两个分支 变流技术也称为电力电子器件的应用技术 它包括用电力电子器件构成各种电 力变换电路和对这些电路进行控制技术 以及由这些电路构成电路电子装置和电 力电子系统的技术 变流 不仅指交直流之间的交换 也包括直流变直流和交 流变交流的变换 如果没有晶体管及电力晶体管等电力电子器件 也就没有电力电子技术 而电 力电子技术主要用于电力变换 因此可以认为 电力电子器件的制造技术是电力 电子技术的基础 而变流技术则是电力电子技术的核心 电力电子器件的制造技 术的理论基础是半导体物理 而变流技术的理论基础是电路理论 整流电路是电力电子电路中出现最早的一种 它将交流电变为直流电 三相桥 式可控整流电路已经成为目前应用最为广泛的整流电路 1 2 本文研究内容 本文通过对三相桥式可控整流电路的构成原理分析 完成设计一款三相桥式可 控整流电路实验装置 设计任务包括 1 方便电力电子技术实验教学使用 2 使学生通过该装置测试 观察三相桥式可控整流的各个参数及波形 3 通过实验验证所学的理论知识 本科生课程设计 论文 2 第 2 章 三相桥式可控整流电路设计 2 1 三相桥式可控整流电路总体设计方案 设计一个三相桥式可控整流电路 其交流电源为三相 380V 电压源 经过整 流的输出电压在 0 110V 连续可调 输出电流最大值为 5A 最小控制角为 20 300可调 通过对三相桥式全控电路的分析 选用晶体管的电力电子器件 其市场价格 比较合适 而且比较耐用 其系统框架原理图如下 图 2 1 系统框架原理图 通过学生控制实验装置的控制端 改变输入电压 经过三相桥式全控整流电路 主电路整流 学生可以通过示波器观察不同输入电压下的不同输出波形 2 2 具体电路设计 2 2 1 主电路设计 阻感性负载 三相桥式全控整流电路主回路接线如图 2 2 所示 三相整流变压器 Y 接法 触发电路 三相桥式整流电路 三相交 流电源 保护电路 负载 本科生课程设计 论文 3 以利减小变压器磁通 电势中的谐波 整流桥由 6 只晶闸管组成 以满足整流元 件全部可控的要求 由于习惯上希望晶闸管的导通按 1 2 3 4 5 6 顺序进 行 则晶闸管应按图示进行标号 分析中假定 Ld Rd 为大电感负载 负载 电流 id连续平直 图 2 2 三相桥式全控整流电路 1 0 图 2 3 为 0 时 大电感负载下的电压 电流波形 三相桥式电路在任何时刻 必须有两个晶闸管同时导通 一个在共阴极组 一个在共阳极组以构成回路 这 样 负载上获得的是相应相间的线电压 比较相 线电压波形可以看出 相电压 的交点与线电压的交点在同一位置上 使得线电压的交点同样也是自然换流点 这样 分析三相桥式全控电路工作过程时 可以直接在线电压波形上根据给定控 制角来求取直流电压波形 本科生课程设计 论文 4 图 2 3 三相桥式全控整流电路波形 电感性负载 0 2 0 60 图 2 4 为 30 时的整流电路电压波形 其中直流电压 ud波形可以直接从线电 压 u2l波形上分析求得 图 2 4 还给出了负载电流 id 晶闸管 VT1上电流 iT1及变 压器副边 a 相电流 ia的波形 图 2 4 三相桥式全控整流电路波形 电感性负载 30 图 2 5 三相桥式全控整流电路波形 电感性负载 60 3 60 60 后 线电压瞬时值将过零变负 此时由于流过负载电感 Ld中的电流有减 小趋势 使得 Ld上感应出顺晶闸管单向导电方向的自感电势 eL 这样作用在导 通晶闸管对上的阳极电压为 u2L eL 由于负载电感足够大 使得在下一对晶 闸管触发导通之前能保证 u2L eL 0 尽管线电压过零变负 仍能保证原导通的 本科生课程设计 论文 5 晶闸管对继续导通 直流电压 ud中出现了负电压波形 图 2 6 为 90 时的 ud 与 uT1电压波形 图 2 6 三相桥式全控整流电路波形 电感性负载 90 4 基本数量关系 直流平均电压 Ud计算如下 2 1 由上式可见三相桥式全控整流电路带电感负载时的移相范围为 90 晶闸管电流与三相半波时相同 即晶闸管电流平均值为 2 2 晶闸管电流有效值为 2 3 变压器次级绕组电流为正 负对称的矩形波电流 其平均值为零 有效值为 2 4 晶闸管承受的最大正 反向峰值电压与三相半波时相同 为线电压峰值 2 5 本科生课程设计 论文 6 5 对触发脉冲的要求 在电感性负载下每个晶闸管各导通 1 3 周期 120 共阴极与共阳极组同相元 件导通时间上互差半个周期 180 使得三相整流电路中的晶闸管将按 1 2 3 4 5 6 的顺序导通 且两相邻序号晶闸管的导通时间上互差 60 这 样一个导通的顺序也就是各元件上门极触发脉冲的顺序 触发电路必须按此顺序 依次将触发信号施加到对应晶闸管门极之上 整流电路在正常工作中 后一号元件触发导通时前一号元件正在工作 确保了 任何时刻共阳极组和共阴极组都各有一元件导通以构成回路 但电源刚合闸时 必须同时触发一对晶闸管电路才能启动 此外在电阻性负载 60 后 电流将出 现断续 电路中电流每次均是从无到有 都相当于一次电路启动 为了保证整流 电路合闸后能正常启动或者电流断续后能再次导通 必须使共阳极组及共阴极组 内应导通的一对晶闸管同时具有触发脉冲 图 2 7 三相桥式全控整流电路的触发脉冲 0 有两种脉冲形式可以达到这一要求 一种是采用宽度大于 60 而小于 120 的宽 脉冲触发 如图 2 7b 所 另一种方法是在触发某一号晶闸管时 同时给前一号晶 闸管补发一脉冲 如图 2 7c 所示 两次脉冲之间相隔 60 故称双窄脉冲触发 纯电阻负载 1 60 设负载电阻大小为 Rd 当 60 时 直流电压 ud及直流电流 id连续 每个晶闸 管导通 120 直流电压 晶闸管上承受的电压与电感性负载时相同 图 2 8 给出 了 60 时的波形图 可以看出 60 是电阻负载下电流连续与否的临界点 当 60 后 由于线电压过零变负时 无负载电感产生的自感电势保证晶闸管继 本科生课程设计 论文 7 续承受正向阳极电压 元件即被阻断 输出直流电压为零 电流变为不连续 不 再出现电感负载时那种 ud为负值的情况 图 2 8 电阻性负载 60 2 90 图 2 9 给出了 90 时的电压波形 晶闸管 VT1的电流 iT1及电压 uT1波形 图 2 9 电阻性负载 90 本科生课程设计 论文 8 2 2 2 控制设计 晶闸管具有硅整流器件的特性 能在高电压 大电流条件下工作 且其工作 过程可以控制 被广泛应用于可控整流 交流调压 无触点电子开关 逆变及 变频等电子电路中 晶闸管具有下面的特性 1 当晶闸管承受反向电压时 无论门极是否有触发电流 晶闸管都不会导 通 2 晶闸管承受正向阳极电压时 仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管 才导通 3 晶闸管在导通情况下 只要有一定的正向阳极电压 不论门极电压如 何变化 晶闸管都保持导通 即晶闸管导通后 门极失去作用 4 晶闸管在导通情况下 当主回路电压 或电流 减小到接近于零时 晶闸管关断晶闸管在导通情况下 当主回路电压 或电流 减小到接近 于零时 晶闸管关断 本科生课程设计 论文 9 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16 R17 R18 R19 R20 R21 C1 C2 C3 C4 C5 C6 Q PNP Q PNP Q PNP Q PNP Q PNP Q PNP 1 2 3 4 5 6 7 89 10 11 12 13 14 15 16 KJ004 1 2 3 4 5 6 7 89 10 11 12 13 14 15 16 KJ004 1 2 3 4 5 6 7 89 10 11 12 13 14 15 16 KJ004 1 2 3 4 5 6 7 89 10 11 12 13 14 1