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1、精选优质文档-倾情为你奉上辽 宁 工 业 大 学 电力电子技术课程设计（论文）题目：220V100A三相半控桥式整流电路院（系）： 电子与信息工程学院 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间： 2013.12.16-2013.12.27 专心-专注-专业课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 电子信息工程学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目220V100A三相半控桥式整流电路课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能：设计1台额定电压220V、功率为20kW的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调速技术
2、参数：1、交流电源：三相380V。2、整流输出电压Ud在0220V连续可调。3、整流输出电流最大值100A。4、直流电动机负载。5、根据实际工作情况，最小控制角取20300左右。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：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
3、5天：选择器件；第6天：确定变压器变比及容量；第7天：确定平波电抗器；第8天：触发电路设计；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 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要本设计采用三相桥式半控整流电路，将三相桥式全控整流电路中的一组晶闸管用三只二极管代替，就构成了三相桥式半控整流电路。只要控制三相桥中一组晶闸管，就可以控制三相桥式半控整流电路的输出电压。本设计主要包括：主电路设计、触发电路设计、保护电路设计。触发电路主要采用了三个KJ004和一个KJ041集成块，即可形成六路双脉冲，
4、再由三个晶体管进行脉冲放大，即构成完整的三相半控桥式整流电路的集成触发电路，其优点为所设计的触发电路为模拟的，其优点是简单、可靠，但缺点为易受电网电压影响，触发脉冲的不对称程度较高，经度较低。保护电路采用阻容吸收电路进行过电压保护，利用保险丝进行过电流保护。关键词：整流电路;三相桥式半控;晶闸管;KJ004目 录第1章 绪论1.1 整流电路技术概况整流电路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。20世纪70年代以后，多用硅整流二极管和晶闸管组成。接
5、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。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。整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流组成。经过整流电路之后的电压已经不是，而是一种含有和的混合电压。习惯上称单向脉动性直流电压。电源电路中的整流电路主要有、和三种，电路用于其它交流信号的整流，例如用于电平指示器中，对音频信号进行整流。前三种整流电路输出的单向脉动性直流电特性有所不同，半波整流电路输出的电压只有半周，所以这种单向脉动性直流电主要成分仍然
6、是50Hz的；因为输入交流市电的频率是50Hz，电路去掉了交流电的半周，没有改变单向脉动性直流电中交流成分的频率；和电路相同，用到了输入交流电压的正、负半周，使频率扩大一倍为100，所以这种单向脉动性直流电的交流成分主要成分是100Hz的，这是因为整流电路将输入交流电压的一个半周转换了极性，使输出的直流脉动性电压的比输入交流电压提高了一倍，这一频率的提高有利于滤波电路的滤波。1.2 整流电路主要研究内容本文主要研究三相半控桥式整流电路。实现功能：设计1台额定电压220V、功率为20kW的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调速。技术参数：1、交流电源：三相380V。2、整流输出电压U
7、d在0220V连续可调。3、整流输出电流最大值100A。4、直流电动机负载。5、根据实际工作情况，最小控制角取20300左右。主要设计：1、主电路设计。2、触发电路设计。3、保护电路设计。第2章 220V/100A三相半控桥式整流电路设计 2.1 220V/100A三相半控桥式整流电路总体设计方案在对于三相桥式半控整流电路的设计中，主要分为四个部分：1 供电方案：采用三相交流电源通过变压器向整流电路供电。2主电路的设计：使用三相半控桥式整流电路，设置相关电流电压相位角等参数来达到设计的要求指标。3 触发电路的设计：采用了三个KJ004和一个KJ041集成块，即可形成六路双脉冲，再由三个晶体管进
8、行脉冲放大，即构成完整的三相半控桥式整流电路的集成触发电路。4 保护电路的设计：保护电路采用阻容吸收电路进行过电压保护，利用保险丝进行过电流保护。 整个设计的结构框图如图2.1所示。当接通电源时，三相桥式半控整流电路主电路通电，同时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供给负载使用。负载三相半控桥式整流电路电源集成触发器图2.1总体框图2.2 三相半控桥式整流电路具体电路设计2.2.1 主电路设计将三相桥式全控整流电路中的一组晶闸管用三只二极管代替，就构成了三相桥式半控整流电路。只要控制三相桥中一组晶闸管，就可以控制三相桥式半控整流电路的输出电压
9、，它较全控桥更简单、经济。习惯上希望各管按从1至6的顺序导通，为此将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VD4、VD6、VD2。从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为 VT1VD2VT3VD4VT5VD6。图2.2主电路电路图三相桥式半控整流电路是由共阴极接法的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波不可控整流电路串联而成，因此这种电路兼有可控与不可控整流电路两者的特性。共阳极组三个整流二极管总是在自然换相点换流，使电流换到比阴极电位更低的一相中去，而共阴极组的三个
10、晶闸管则要在触发后才能换到阳极电位高的一相中去。输出整流电压Ud的波形是三组整流电压波形之和，改变共阳极组晶闸管的控制角可获得0-2.34U2的直流可调电压。图2.2中VT1、VT3和VT5为触发脉冲相位互差120的晶闸管，VD2、VD4和VD6为整流二极管，有这六个管子组成三相桥式半控整流电路。它们的导通顺序依次为：VT1-VD2-VT3-VD4-VT5-VD6，各管一个周期内工作情况如表1。假定负载电感L足够大，可以认为负载电流在整个稳态工作过程中保持恒值，因此不论控制角为何值，负载电流总是单向流动，而且变化很小。表1一个周期中参与导通的管子及输出整流电压的情况时段共阴极组导通的晶闸管VT
11、1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组导通的晶闸管VD6VD2VD2VD4VD4VD6整流输出电压UdUa-ub=uabUa-uc=uacUb-uc=ubcUb-ua=ubaUc-ua=ucaUc-ub=ucb当= 0时即触发脉冲在自然换相点出现时，整流电路输出电压最大，其数值为2.34U2，ud波形与三相全控桥式整流电路在= 0时输出的电压波形一样。当时，如图2.3所示的为= 30时的波形。时,触发VT1管导通，此时共阳极组二极管VD6阴极电位最低，所以VT1和VD6导通，负载电压ud=uab。时，共阳极组二极管自然换流，VD2导通，VD6关断，负载电压ud=uac。时，虽然到了共阴极组自
12、然换相点，但VT3的触发脉冲未到，所以VT1继续导通，直到时刻为止。时， 触发VT3管导通后使VT1管承受反向电压而关断，负载电压ud=ubc。以次类推，负载上得到的波形ud在一个周期内得到的是三个缺角波头连接三个完整波头的脉动波形。 图2.3 =30时的波形当= 60时，ud波形刚好只剩下三个波头，波形刚好维持连续。 当时,ud波形如图2.4所示，波形不连续，但由于有续流二极管的存在，ud波形与电阻负载时一样不会出现负的部分。VT1管在Uac电压的作用下, 时刻开始导通,到时刻A相相电压为零VT1管仍不会关断,因为使VT1管正向导通的不是相电压而是线电压,到时刻Uac=0,VT1才关断，再由
13、续流二极管续流。在期间,VT3虽受Uab正向电压，但门极无触发脉冲，故VT3不导通，波形出现断续。到时刻，VT3才触发导通，一直到Uba线电压为零时关断。角的移相范围为0180。 图2.4 60180的波形2.2.2 控制设计同步信号为锯齿波的触发电路由脉冲形成环节，锯齿波形成，脉冲移相，同步环节和双窄脉冲形成环节。在本学期课程中我们学到的是三相全控桥的触发电路。举一反三的来说，三相半控桥的触发和全控桥不同的是：全控桥在其合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路在正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有脉冲，而半控桥中，只需触发一组晶闸管，另一组二极管是自然导通。但两者都是间隔120度触发，故本
14、次设计中仍可沿用三相全控桥的触发电路，将多出的端口不接到二极管即可实现。下面分析全控桥触发方式，对三相桥式全控整流电路，在其合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路在正常工作，需保证同时导通的两个晶闸管均有脉冲。为此，可采用两种方法：一种是使脉冲宽度大于60（一般取80100），称为宽脉冲触发；另一种方法是，在触发某个晶闸管的同时，给前一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60，脉宽一般为2030，称为双脉冲触发。双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。宽脉冲触发电路虽可少输出一半脉冲，但为了不使脉冲变压饱和，需将铁心体积做得较大，绕组匝数较多，导致漏感增大。因
15、此，常用的是双脉冲触发。所以三相半控桥式整流电路也采用锯齿波双窄脉冲同步触发电路。常用的三相桥式整流电路的集成触发电路是由三个KJ004集成块和一个KJ041集成块组成的，脉冲产生后由六个晶体管进行放大。图2.5 KJ004电路原理图KJ004 电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组成。电原理见图2.5：锯齿波的斜率决定于外接电阻R6、RW1，流出的充电电流和积分电容C1的数值。对不同的移相控制电压VY，只有改变权电阻R1、R2的比例，调节相应的偏移电压VP。同时调整锯齿波斜率电位器RW1，可以使不同的移相控制电压获得整个移相范
16、围。触发电路为正极性型，即移相电压增加，导通角增大。R7和C2形成微分电路，改变R7和 C2的值，可获得不同的脉宽输出。KJ004 的同步电压为任意值。双脉冲信号的形成与控制用KJ041六路双脉冲形成器完成，KJ041是三相桥式触发线路中必备的电路，具有双脉冲形成和电子开关控制封锁功能。实用块有电子开关控制的KJ041电路组成逻辑控制。集成电路可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便，随着集成电路制作技术的提高，晶闸管触发电路的集成化已逐渐取代分立式电路。图2.6三相全控桥整流电路的集成触发电路 2.2.3 保护电路设计电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流。如图2.7所
17、示，为过电流、过电压保护电路。在过电流保护电路时，晶闸管串联一个保险丝，当电流过大而导致晶闸管击穿，保险丝就会熔断，进而保护电路。设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。同时，设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现。对于大容量的电力电子装置，可采用阻容吸收电路，以雪崩二极管、金属氧化物压敏电阻、硒堆和转折二极管等非线性元器件来限制或吸收过电压也是较常用的措施。其电路图如图2.7，达到保护目的。图2.7过电流、过电压保护电路2.3 元器件型号选择（1）输出电压、电流平均值的计算三相桥式半控整流电路阻感负载平均电压的计算要分别考虑电压波形连续和断续的情况。电
18、压波形连续时(，)：电压波形断续时（）：由此可见， 输出电流平均值为：Id=Ud/Rd由于晶闸管交替工作，流过晶闸管的平均电流为：Idt=Id（2）的范围及变压器参数计算将Ud=0-220V带入表达式：当Ud=0时，=180，因要求最小控制角应在20300，所以当Ud=220V时，Ud=1.17U2(1+cos) ,所以U2=100V。因此二次侧电压应为100V。所以：30180三相交流电源，线电压为380V，则一次侧的有效值为U1=220V，变压器变比K=U1/U2=220/100=2.20变压器容量S=U2*I2=3* U2*Id=1.732*100*100=1.7*104W（3）晶闸管额
19、定参数的计算晶闸管和二极管承受的最大电压为：UVTM=UVDM=6U2= 245V故晶闸管的额定电压为：UN=（23）*245V=490735V流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVT=IVD=Id/3,Id=100A,IVT=57.7A故晶闸管的额定电流为：IN=（1.52）*57.7/1.57=55.173.5A根据本次设计的要求,所选取的晶闸管额定电压为700V,额定电流为60A,则所需要的三个晶闸管均要符合此项要求，经查手册所选型号为KP普通晶闸管系列中的的KP400三个。第3章 课程设计总结本次电力电子技术设计题目为200V/100A三相半控桥式整流电路。在这学期的电力电子技术基础课程
20、的学习中，我们已经学过了三相全控桥式整流电路，将三相桥式全控整流电路中的一组晶闸管用三只二极管代替，就构成了三相半控桥式整流电路。在设计过程中，我通过翻阅课本、到图书馆找资料和网上查找的资料，渐渐明白了这次设计的思路。这次设计主要包括：主电路设计、触发电路设计、保护电路设计。主电路就是三相半控桥式整流电路，而触发电路我采用了三个KJ004和一个KJ041集成块，即可形成六路双脉冲，再由三个晶体管进行脉冲放大，即构成完整的三相半控桥式整流电路的集成触发电路。在这次设计的过程中，我遇到了很多不明白的问题，在老师和同学们的帮助下，我克服了这些困难。课程设计锻炼了我们自己动手、自己动脑的能力，对我们的学习有着巨大的帮助。在我们的学习生活中，只有不断的通过练习，才能提高我们的能力。我会通过在这次课程设计中学到的经验、积累的知识来提高自己的水平，争取在下次设计中表现的更好。参考文献1 王兆安主编.电力电子技术.第五版.北京：机械工业出版社,20092 王维平主编.现代电力电子技术及应用.南京：东南大学出版社，19993 叶 斌主编.电力电子应用技术及装置.北京：铁道出版社，19994 张延琪主编.常用电子电路280例.北京：中国电力出版社，20045 马建国主编.电子设计自动化技术基础.北京：清华大学出版社，20046 周惠潮主编.常用电子器件及典型应用.北京：电子工业出版社，2007