三相桥式可控整流电路设计

电力电子技术

课程设计

题目：三相桥式可控整流电路设计

院系名称：电气工程学院专业班级：电气F1206 学生姓名：学号：

指导教师：臧义教师职称：副教授

评语及成绩：

指导教师：

日期：

目录

摘要： (1)

引言： (1)

1 课题简介 (1)

1.1课题研究背景 (1)

1.2 国内外研究现状 (2)

1.3 本课题研究内容 (2)

2 系统总体设计方案 (2)

2.1 设计方案论证 (2)

3 三相桥式可控整流电路 (4)

3.1 三相桥式全控整流电路（阻性负载） (5)

3.1.1带电阻负载α=0时的工作情况 (5)

3.1.2带电阻负载α=30时的工作情况 (7)

3.1.3带电阻负载α=60时的工作情况 (7)

3.1.4带电阻负载α>60时的工作情况 (7)

3.1.5 小结 (8)

3.2 三相桥式全控整流电路（感性负载） (8)

3.2.1带电感负载α=0时的工作情况 (8)

3.2.2带电感负载α=30时的工作情况 (10)

3.2.3带电感负载α=60时的工作情况 (11)

3.2.4带电感负载α=90时的工作情况 (11)

3.2.5三相桥式全控整流电路(a>60) (12)

3.2.6三相桥式全控整流的电流有效值 (12)

3 系统硬软件设计 (13)

3.1 硬件设计 (13)

3.1.1 电路框图 (13)

3.1.2 设计方框图 (13)

3.1.3 设计主电路图 (14)

3.2 软件设计 (14)

3.2.1 软件设计及流程 (15)

4主电路保护 (17)

4.1 过电压的产生和保护 (17)

4.2 过电流的保护 (18)

5 软硬件设计及调试 (19)

5.1 仿真模型电路设计 (19)

5.2 电路仿真结果 (19)

5.2.1阻性负载 (19)

5.2.2感性负载 (20)

6 结语 (20)

参考文献 (21)

附录A 系统电路图 (22)

附录B C8051-F020 主控制图 (23)

三相桥式可控整流电路的设计

摘要：

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,由工频三相电压38OV经升压变压器后由SCR(可控硅)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。对三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路进行了理论分析，建立了基于

Matlab/Simulink的三相桥式整流电路的仿真模型，并对其带纯电阻负载及电阻电感性负载时的工作情况进行对比分析。

关键词：MCU ；SCR；电力电子；三相桥式半控整流；三相桥式全控整流。

引言：

整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应用最为广泛的电路，它不仅应用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统及其他领域。因此调试三相桥式可控整流电路的相关参数并对不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有一定的现实意义。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，由工频三相电压380V经升压变压器后由SCR(可控硅)再整流为直流供负载用。

1 课题简介

1.1课题研究背景

晶闸管(Thyristor)是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称

为可控硅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。

三相桥式可控整流电路的设计指使用电力电子器件对三相电能进行变换和控制的技术。

1.2 国内外研究现状

电力电子技术在电力系统中有非常广泛的应用。最终用户在使用电能时常常需要进行预处理。如降压、滤波、无功补偿等：据估计，发达国家在用户最终使用的电能中有60%以上至少经过一次电力电子变流装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，电力电子技术是关键技术之一。毫不夸张地说，离开电力电子技术，电力系统的现代化是不可想象的；直流输电(HVDC)在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置；近年发展起来的柔性交流输电(AFCTS)可以大幅度提高电网输电能力和稳定性；手段：快速、精确、连续地控制大容量有功和无功等参数实现对系统潮流变化、功率流向、输送能力、阻尼振荡的性能加以改进和提高。如有源滤波器(APFAetivepowerFi一ter)可进行用户端的无功补偿和谐波抑制。

1.3 本课题研究内容

本文研究的内容主要是建立一个对三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路介绍，并进行了理论分析，使用电力电子器件对三相电能进行变换和控制的技术。条件是把三相输入交流电压：380V，50Hz；使输出功率：2KW；另外添加一定的保护设施，晶闸管的过电压能力较差，当它承受超过反向击穿电压时，会被反向击穿而损坏，因此对晶闸管的电压和电流保护，防止晶闸管烧坏；

2 系统总体设计方案

2.1 设计方案论证

三相桥式整流主要由CSR(晶闸管)器件组成，其基本结构图为图2.1

晶闸管的开关特点

(1) 当SCR的阳极和阴极电压UAK<0，即EA下正上负，无论门极G加什

么电压，CSR始终处于关断状态；

(2) UAK>0时，只有GEk>0，SCR才能导通。说明SCR具有正向阻断能力；

(3) SCR一旦导通，门极G

将失去控制作用，即无论EG

如何，均保持导通状态。SCR

导通后的管压降为1V左右，主

电路中的电流I由R和RW以

及EA的大小决定；图 2.1基本结构图

(4)当UAK<0时，无论SCR原来的状态，都会使R熄灭，即此时SCR关断。其实，在I逐渐降低(通过调整Rw)至某一个小数值时，刚刚能够维持SCR导通。如果继续降低I，则SCR同样会关断。该小电流称为SCR的维持电流；

综上所述：SCR导通条件：UAK>0同时UGK>0，由导通一关断的条件：使流过SCR的电流降低至维持电流以下。(一般通过减小EA，，直至EA<0来实现) 晶闸管的几种导通方式：

(1) 正常触发导通：UAK>0，同时UGK>0；

(2) 阳极电压作用：当UAK上升至某个大数值，使V2的漏电流由于雪崩效应而加大，同时由于正反馈而使漏电流放大，最终使SCR饱和导通；

(3) dU/dt作用：如果UAK以高速率上升，则在中间结电容上产生的电流可以引起导通；

(4) 温度作用：温度上升，V1，V2的漏电流加大，引起SCR导通；

(5) 光触发：当强光直接照射在硅片上，产生电子空穴对，在电场的作用，产生触发SCR的电流。目前，有一些场合使用这种方式来触发SCR，如高压直流输电(HVDC)。这种方式可以保证控制电路和主电路之间有良好的绝缘。这种SCR又称为光控晶闸管(LightTriggeredThyristor一LTT)。

晶闸管的基本特性：

(1)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；电子科技人学硕十学位论文：基于三相桥式可控整流电路的设计；

(2)承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通；