三相半控桥式整流电路..
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辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：220V／100A三相半控桥式整流电路
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指导教师：（签字）
起止时间：2014.06.09-2014.06.22
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：教研室：电气教研室
注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘要
电力电子学在工程应用中称为电力电子技术。电力电子学是应用于电力技术领域中的电子学，它以利用大功率电子器件对能量进行控制和变换为主要内容，是一门与电子、控制和电力紧密联系的边缘学科。随着电力电子器件及应用技术的不断发展，特别是大功率晶闸管元件的出现和成功应用，为交、直流电力变换带来了新的应用前景。现在广泛应用的大功率施动系统(如大型矿井提升机、大型轧机和直流输电等)都是现代电力电子器件成功应用的范例。由于电力电子装置便于控制。为其应用带来了方便。
本文提出了三相半控桥整流电路基本设计思想，详细论述了三相全控桥整流电路的工作原理，较精确地计算了整流变压器的参数，确定晶闸管的定额，分别对晶闸管、直流侧、交流侧设计过电压、过电流保护，采用集成触发电路提供同步锯齿波信号脉冲，实现了三相半控桥变流器带电机负载运行，完成了整个设计。
关键字：三相桥式半控整流集成触发电路保护参数计算元件选择
目录
第1章绪论 (1)
1.1电力电子技术的概况 (1)
1.2本文设计内容 (1)
第2章三相桥式半控整流电路设计 (2)
2.1三相桥式半控整流电路总体设计方案 (2)
2.2主电路设计 (3)
2.2.1三相半控桥的工作原理 (3)
2.2.2 工作原理及工作波形 (4)
2.2.3 分析结果 (5)
2.3参数计算 (6)
2.3.1 变压器参数计算 (6)
2.3.2 晶闸管的额定参数 (8)
2.3.3 平波电抗器的电参数 (9)
第3章触发电路的设计 (9)
3.1集成触发电路 (9)
3.2KJ004的工作原理 (10)
3.3集成触发电路图 (11)
第4章保护电路的设计 (13)
4.1晶闸管的保护电路 (13)
4.2交流侧阻容保护 (14)
4.3直流侧阻容保护 (15)
4.4带保护电路的主电路图 (15)
4.5总电路图 (16)
第5章课程设计总结 (17)
参考文献 (18)
第1章绪论
1.1电力电子技术的概况
电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。
通常所用的电力有交流和直流两种。从公用电网直接得到的电力是交流，从蓄电池和干电池得到的电力是直流。工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，为其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。
1.2本文设计内容
220V／100A三相半控桥式整流电路
直流电动机具有良好的启动性能和调速性能，在工业生产中获得广泛应用，本次设计的目的是为1台额定电压110V、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无级调速。
1、对设计方案进行经济技术论证。
2、完成整流主电路设计。
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、确定平波电抗器的参数。
6、触发电路设计或选择。
7、绘制相关电路图。
8、在实验室进行模拟验证或matlab仿真。
第2章三相桥式半控整流电路设计
2.1三相桥式半控整流电路总体设计方案
三相桥式半控整流电路系统通过变压器与电网连接，经过变压器的耦合，晶闸管主电路得到一个合适的输入电压，使晶闸管在较大的功率因数下运行。变流主电路和电网之间用变压器隔离，还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分。保护电路采用RC过电压抑制电路进行过电压保护，利用快速熔断器进行过电流保护。采用锯齿波同步KJ004集成触发电路，利用一个同步变压器对触发电路定相，保证触发电路和主电路频率一致，触发晶闸管，使三相半控桥将交流整流成直流，带动直流电动机运转，工作在电动状态。
设计框图如图2.1所示。整个设计主要分为主电路、触发电路、保护电路三个部分。其中，由于保护电路分几个部分，在框图中没有表明。当接通电源时，三相桥式半控整流电路主电路通电，同时通过同步电路连接的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通给直流电动机，使之工作。
2.2 主电路设计
当整流负载容量较大（如直流电动机），或要求直流电压脉动较小时，应采用三相整流电路，交流测由三相电源供电。这个设计中，采用三相桥式半控整流电路。主电路采用晶闸管构成的三相半控桥，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，就可控制三相桥式半控整流电路的输出电压，所以它的控制较全控桥简单、经济，在中等容量或不要求可逆运行的电力拖动装置中经常使用。同时要考虑晶闸管的过电压与过电流保护。
2.2.1 三相半控桥的工作原理
如图2.2所示，为三相半控桥带阻感负载，根据要求要考虑电动机的电枢电感与电枢电阻，故为阻感负载。其电路工作特点是共阴极组晶闸管必须触发才能换流，而共阳极组二极管总是在自然换相点换流。所以，一周期中仍然换流六次，三次为自然换流，其余三次为触发换流，。变压器为Y ?-型接法。变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。
图2.1 三相桥式半控整流电路
图2.2 三相半控桥式整流电路带阻感负载
2.2.2 工作原理及工作波形
三相桥式半控整流电路在感性负载情况下，当晶闸管在承受正向电压时触发导通，整流二极管承受正向电压自然导通；当线电压过零变负时，由于电感的存在，使晶闸管承受正向电压继续导通，与单相桥式半控整流电路相似，形成同相晶闸管与二极管同时导通自然换流，所以输出电压Ud 形中不会出现负波形。
当0o α=时，三相桥式半控整流电路的工作情况与三相桥式全控电路完全相同。当60o α<时，其工作波形如下图2.3所示，1t ω时刻触发晶闸管T1导通，此
时共阳极组二极管D6阴极电位最低，所以T 1、D 6导通，负载电压d ab u u =。2t ω 时刻共阳极组二极管自然换流，D 2导通，D 6关断，负载电压d ac u u = 。3t ω 时刻，虽然到了共阴极组自然换相点，但T 3触发脉冲未到，所以T1继续导通，直到4t ω 时刻为止。4t ω 时刻触发T 3导通，T 1关断，负载电压d bc u u = ，以此类推。负载上得到的电压波形Ud 一个周期内仍有6个波头，但6 个波头形状不同。当
60o α<时，波形总是连续的；当60o α=时，Ud 的波形中就只剩下3个波头，所以60o α=是整流电压波形连续与断续的临界点。
图2.4 为60180o α<≤时的工作波形，此时电压波形已不再连续，1t ω 时刻触发晶闸管T1导通时，共阳极组二极管D2阴极电位最低，所以T1、D2导通，负载电压d ac u u = 。2t ω 时刻虽然0a u = ，但ac u 仍大于零，T1管继续导通，直到
3t ω 时刻0ac u =时T1关断。3t ω~4t ω期间，虽然T3承受正向电压但无触发不导通。4t ω 时刻触发T 3 ，二极管D 4阴极电位最低而导通，d ab u u =，直到0ab u =为止。重复以上过程
图2.3 三相半控桥式整流电路60o
α≤ 图2.4 三相半控桥式整流60180o
α<≤
时的波形 时的波形
由图2.4 波形可见，随着触发角增大，晶闸管导通角度减小，输出整流电压
d u 减小。因为三相桥式整流电路是对线电压的整流，工作电压为线电压，不是
相电压，所以判断一个晶闸管能否被触发导通是根据其线电压是否过零来判断。例如150α?=时，T1 加触发脉冲，虽然此时a 相电压0a u =，但因为0ac u >，所以T1、D2仍然能够导通，输出电压d ac u u = 。到180α?=时，T1的触发脉冲发出时0ac u =，则晶闸管T1不可能导通，0d u =。所以，三相桥式半控整流电路带阻感性负载时移相范围为180°。
2.2.3 分析结果
由以上分析可看出三相桥式半控整流电路的特点有如下几点：
(1) 任何时候共阴、共阳极组各有一只元件同时导通才能形成电流通路。 (2) 共阴极组晶闸管VT 1、VT 3、VT 5，按相序依次触发导通，相位相差120o，共阳极组二极管VD 2、VD 4、VD 6，相位相差120o，同一相的晶闸管或二极管相位相差180o。每个晶闸管或二极管导通角120o；
(3) 输出电压u d 由六段线电压组成，每周期脉动六次，脉动频率为300HZ 。
(4) 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，它只与晶闸管导通情况有关，其波形由3段组成：一段为零(忽略导通时的压降)，两段为线电压。晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。
(5) 变压器二次绕组流过正负两个方向的电流，消除了变压器的直流磁化，提高了变压器的利用率。
(6) 对触发脉冲宽度的要求：整流桥开始工作时以及电流中断后，要使电路正常工作，需保证应同时导通的2个晶闸管均有脉冲，常用的方法有两种：一种是宽脉冲触发，它要求触发脉冲的宽度大于60o(一般为80o～100o)，另一种是双窄脉冲触发，即触发一个晶闸管时，向小一个序号的晶闸管补发脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以多采用双窄脉冲触发。阻感性负载α≤60o时的u d 波形连续，α＞60o时u d 波形断续。α=120o时，输出电压为零U d=0，因此三相半控桥式整流电路阻感性负载移相范围为0o～120o。可以看出，晶闸管元件两端承受的最大正反向电压是变压器二次线电压的峰值
2222.45FM RM U U U ==== （1）
2.3 参数计算
2.3.1 变压器参数计算
(1) 变压器次级相电压2U 的分析计算
整流器主电路有多种接线形式，本例中为Y ?-型接法。在理想情况下，输出直流电压d U 与变压器次级相电压2U 有以下关系：
2
d UV B U K K U = (2)
其中UV K 为与主电路接线形式有关的常数；B K 为以控制角α为变量的函数。 在实际运行中，整流器输出的平均电压还受其它因素的影响，主要为： 电网电压的波动。一般的电力系统，电网电压的波动允许范围在
5%~10%+-，令ε为电压波动系数，则ε的变化范围为0.9 1.05ε<<。通常取电源电压为最低值时恰好满足负载要求，并作为选择2U 的依据，设计中常取
min 0.9~0.95ε=。
整流元件（晶闸管）的正向压降。在前面对整流电路的分析中，没有考虑整流元件的正向压降对输出电压的影响。实际上整流元件（晶闸管）为非线性元件，
导通时两端的门槛电压T U （一般为0.4 1.2V ～）使输出平均电压d U 下降。若整流回路中串联整流元件数为s n ，产生电压降为s T n U 。
直流回路的杂散电阻。滞留回路中，接线端子、引线、熔断器、电抗器等都具有电阻，统称杂散电阻。设备工作时会产生附加电压降，记为T U ?∑。在额定工作条件下，一般取额定电压的0.2%~0.25%。
交流电源系统电抗引起的换相过程电压损失。在计算中，可用整流变压器漏抗B
X 近似表示电源系统的电抗。对n 三相桥式电路而言，
%100k d g
u n U K U π?=考虑上述所有因素，整流电路的直流输出电压应为
min 2d UV B s T T d U K U K n U U U αε=--?-?∑ (4) 将有关各量代入并整理后可得次级相电压有效值的计算公式为
2min %
100
d s T T
k UV B X
U n U U U u K K K ελ++?=-∑ (5)
当不需要精确计算时，可以简化为2 1.17(1cos )d
U U α=+
由波形图3，图4也可以得出：当电压波形连续时(60α?≤ )有
(
)232223323sin sin()()231.17(1cos )
d U td t t d t U π
παππαπ
ωωωωπα++??=+-????=+?? （6） 当电压波形断续时（60180α??<≤）
223sin () 1.17(1cos )2d U td t U π
α
ωωαπ
=
=+? （7）
综合（8）和（9）可以得 2 1.17(1cos )
d
U U α=
+ （8）
由要求得d nom U U =，30α?=，代入数据可得
2220
100.761.17(1cos ) 1.17(1cos30)
d U U α?=
=≈+?+
故可取2100U v =
(2) 变压器次级相电流有效值2I 的计算
变压器次级相电流有效值2I 与其直流负载电流d I 的关系为
22I d
I K I = (9)
式中，2I K 为次级电流变换系数，这里20.816I K =。所以
220.816136110.9I d I K I A ==?=
(3) 变压器初级相电流有效值1I 的计算
整流变压器的初、次级电流都是非正弦波，两者的关系受变流器接线方式的影响。对于桥式电路初、次级相电流波形相同，其有效值之比等于变压器的匝数比k 。一般取1k =，则
11I d
I K I = (10)
式中211
I U
K U =为1k =时网侧电流变换系数。即
211d
U I I U = (11) 所以 211110
13668220
d U I I U =
=?= (4) 变压器容量的计算
对于三相全控桥，变压器次级容量为
222
3S U I = (12) 初级容量为
111
3S U I = (13)
变压器容量为
12
2S S S += (14) 即：123110110.9322068
40.7422
S S S KVAR +??+??===
整流变压器参数归纳如下：
初级绕组三角形接法，1220U V =，168I A =；次级绕组星形接法，2110U V =，2110.9I A =；等值容量40.74S KVAR =。
2.3.2 晶闸管的额定参数
(1) 晶闸管的额定电压
由三相半控桥式整流电路的结果分析知，晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值
2FM RM U U ==
故桥臂的工作电压幅值为
220538.89m U V =≈ 考虑裕量，则额定电压为
()()()2~32~3538.891077.8~1616.7N m U U V ==?=
(2) 晶闸管的额定电流 晶闸管电流的有效值为
78.52VT I A =
=≈ 考虑裕量，故晶闸管的额定电流为
()()()()78.52
1~1.51~1.550.01~75.021.57 1.57
VT VT AV I I A ===
2.3.3 平波电抗器的电参数
为了限制输出电流脉动和保证最小负载电流时电流连续，整流器转库电路中常要串联平波电抗器。对于三相半控桥式整流电路带电动机负载系统，有
2min
0.693d U
L I = (15)
其中，L （单位为mH ）中包括整流变压器的漏电感、电枢电感和平波电抗器的电感；min d I 一般取电动机额定电流的5%~10%。
本例中，取min 5%d N I I =，即2min 110
0.6930.69311.215%136
d U L mH I ==?=?。
第3章 触发电路的设计
控制晶闸管的导通时间需要触发脉冲，常用的触发电路有单结晶体管触发电路，设计利用KJ 004构成的集成触发器实现产生同步信号为锯齿波的触发电路
3.1 集成触发电路
本例中选择模拟集成触发电路KJ 004，KJ 004可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中，作可控硅的双路脉冲移相触发。KJ 004器件输出两路相差180度的移相脉冲，可以方便地构成全控桥式触发器线路。KJ 004电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、移相范围宽、
对同步电压要求低，有脉冲列调制输出端等功能与特点。原理图如下
图3.1 KJ004的电路原理图
3.2 KJ004的工作原理
如图5 KJ004的电路原理图所示，点划框内为KJ004的集成电路部分，它与
分立元件的同步信号为锯齿波的触发电路类似。V
1～V
4
等组成同步环节，同步电
压u
S 经限流电阻R
20
加到V
1
、V
2
基极。在u
S
的正半周，V
1
导通，电流途径为(+15V
－R
3－VD
1
－V
1
－地)；在u
S
负半周，V
2
、V
3
导通，电流途径为(+15V－R
3
－VD
2
－V
3
－R
5－R
21
―(―15V))。因此，在正、负半周期间。V
4
基本上处于截止状态。只有
在同步电压|u
S |＜0.7V时，V
1
～V
3
截止，V
4
从电源十15V经R
3
、R
4
取得基极电流才
能导通。
电容C
1接在V
5
的基极和集电极之间，组成电容负反馈的锯齿波发生器。在V
4
导通时，C
1经V
4
、VD
3
迅速放电。当V
4
截止时，电流经(+15V－R
6
－C
1
－R
22
－RP
1
－(－
15V))对C1充电，形成线性增长的锯齿波，锯齿波的斜率取决于流过R22、RP1的充
电电流和电容C
1的大小。根据V
4
导通的情况可知，在同步电压正、负半周均有相
同的锯齿波产生，并且两者有固定的相位关系。
V 6及外接元件组成移相环节。锯齿波电压u
C5
（即4#端电压）、偏移电压U
b
、
移相控制电压U
C 分别经R
24
、R
23
、R
26
在V
6
基极上叠加。当u
be6
>+0.7V时，V
6
导通。
设u
C5、U
b
为定值，改变U
C
，则改变了V
6
导通的时刻，从而调节脉冲的相位。
V 7等组成了脉冲形成环节。V
7
经电阻R
25
获得基极电流而导通，电容C
2
由电源
+15V
+15V经电阻R
7、VD
5
、V
7
基射结充电。当 V
6
由截止转为导通时，C
2
所充电压通过 V
6
成为 V
7基极反向偏压，使V
7
截止。此后C
2
经（+15V－R
25
－V
6
－地）放电并反向
充电，当其充电电压u
c2≥+1.4V时，V
7
又恢复导通。这样，在V
7
集电极就得到固
定宽度的移相脉冲，其宽度由充电时间常数R
25C
2
决定。
V 8、V
12
为脉冲分选环节。在同步电压一个周期内，V
7
集电极输出两个相位差
为180°的脉冲。脉冲分选通过同步电压的正负半周进行。如在u
s 正半周V
1
导通，
V 8截止，V
12
导通，V
12
把来自V
7
的正脉冲箝位在零电位。同时，V
7
正脉冲又通过二
极管VD
7，经V
9
～V
11
放大后输出脉冲。在同步电压负半周，情况刚好相反，V
8
导通，
V 12截止，V
7
正脉冲经 V
13
～V
15
放大后输出负相脉冲。说明：
1) KJ004中稳压管V S6～V S9可提高V8、V9、V12、V13的门限电压，从而提高了电
路的抗干扰能力。二极管VD
1、VD
2
、VD
6
～VD
8
为隔离二极管。
2) 采用KJ004元件组装的六脉冲触发电路，二极管VD1～VD12组成六个或门
形成六路脉冲，并由三极管V
1～V
6
进行脉冲功率放大。
3) 由于 V8、V12的脉冲分选作用，使得同步电压在一周内有两个相位上相差180的脉冲产生，这样，要获得三相全控桥式整流电路脉冲，只需要三个与主电路同相的同步电压就行了。因此主变压器接成D，yn11及同步变压器也接成D，
yn11情况下，集成触发电路的同步电压u
Sa 、u
Sb
、u
Sc
分别与同步变压器的u
SA
、u
SB
、
u SC 相接 RP
1
～RP
3
为锯齿波斜率电位器，RP
4
～RP
6
为同步相位。
3.3集成触发电路图
三相半控桥触发电路由3个KJ004集成块和1个KJ041集成块（KJ041内部是由12个二极管构成的6个或门）及部分分立元件构成，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可，这里只需用到3个触发脉冲即可，分别连到VT1，VT3，VT5的门极。6路双脉冲模拟集成触发电路图如图3.2所示：
123456
图3.2三相半控桥整流电路的集成触发电路
通过仿真可知，此电路中当电枢电感不足够大时，输出电流波形断续，使晶闸管-电动势系统的机械性变软，为此通常在负载回路串联接平波电抗器以减小电流脉动，延长晶闸管导通时间，如果电感足够大，电流就能连续。单相全控整流电路与单相半波可控整流电路相比，整流电压脉动减小，每周期脉动两次。变压器二次侧流过正反两个方向的电流，不存在直流磁化，利用率高。
第4章保护电路的设计
为了保护设备安全，必须设置保护电路。保护电路包括过电流与过电流保护，大致可以分为两种情况：一种是在适当的地方安装保护器件，例如R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等；另一种则是采用电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。
本例中设计的三相半控桥式整流电路为小功率装置，故考虑第一种保护方案，分别对晶闸管、交流侧、直流侧进行保护设电路的设计。
4.1晶闸管的保护电路
1）晶闸管的过电流保护：过电流可分为过载和短路两种情况，可采用多种保护措施。对于晶闸管初开通时引起的较大的di/dt，可在晶闸管的阳极回路串联入电感进行抑制；对于整流桥内部原因引起的过流以及逆变器负载回路接地时可以采用接入快速熔短器进行保护。如下图所示：
图4.1串联电感及熔断器抑制回路
2）晶闸管的过电压保护：晶闸管的过电压保护主要考虑换相过电压抑制。晶闸管元件在反向阻断能力恢复前，将在反向电压作用下流过相当大的反向恢复电流。当阻断能力恢复时，因反向恢复电流很快截止，通过恢复电流的电感会因高电流变化率产生过电压，即换相过电压。为使元件免受换相过电压的危害，一般在元件的两端并联RC电路，如图4.2所示。
图4.2 并联RC 电路阻容吸收回路
4.2 交流侧阻容保护
晶闸管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，所以要进行过电压保护，可采用如图9所示的反向阻断式过电压抑制RC 保护电路。整流电路正常工作时，保护三相桥式整流器输出端电压为变压器次级电压的峰值，输出电流很小，从而减小了保护元件的发热。过电压出现时，该整流桥用于提供吸收过电压能量的通路，电容将吸取过电压能量转换为电场能量；过电压消失后，电容经1R 、2R 放电，将储存的电场能量释放，逐渐将电压恢复到正常值。
图4.3 反向阻断式过电压抑制RC 电路
4.3直流侧阻容保护
直流侧也可能发生过电压，在图4.4中，当快速熔断器熔断或直流快速开关切断时，因直流侧电抗器释放储能，会在整流器直流输出端造成过电压。另外，由于直流侧快速开关（或熔断器）切断负载电流时，变压器释放的储能也产生过电压，尽管交流侧保护装置能适当地保护这种过电压，仍会通过导通的晶闸管反馈到直流侧来，为此，直流侧也应该设置过电压保护，用于抑制过电压。
图4.4 直流侧阻容保护
4.4带保护电路的主电路图
在上述基础上，加上电子电路过电流保护，作出主电路电路图如图4.5所示。
图4.5 三相全控桥式晶闸管－电动机系统主电路
4.5总电路图
在以上分析的基础上，可以作出总电路图如图4.6所示。
图4.6 三相桥式半控整流电路总电路图
三相桥式全控整流电路
1主电路的原理 1.1主电路 其原理图如图1所示。 图1 三相桥式全控整理电路原理图 习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从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VT4、VT6、VT2。从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。 1.2主电路原理说明 整流电路的负载为带反电动势的阻感负载。假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角α=0o时的情况。此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。此时电路工作波形如图2所示。
图2 反电动势α=0o时波形 α=0o时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析ud的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压ud1为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压ud = ud1－ud2是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。
三相全控桥式整流及有源逆变电路的设计
电力电子技术课程设计报告 有源逆变电路的设计 姓名 学号 年级20级 专业电气工程及其自动化 系（院） 指导教师 2012年12 月10 日 课程设计任务书
课程《电力电子技术》 题目 有源逆变电路的设计 引言 任务： 在已学的《电力电子技术》课程后，为了进一步加强对整流和有源逆变电路的认识。可设计一个三相全控桥式整流电路及有源逆变电路。分析两种电路的工作原理及相应的波形。通过电路接线的实验手段来进行调试，绘制相关波形图 要求： a. 要有设计思想及理论依据 b. 设计出电路图即整流和有源逆变电路的结构图 c. 计算晶闸管的选择和电路参数 d. 绘出整流和有源逆变电路的u d(t)、i d(t)、u VT(t)的波形图 e. 对控制角α和逆变β的最小值的要求
设计题目三相全控桥式整流及有源逆变电路的设计 一．设计目的 1．更近一步了解三相全控桥式整流电路的工作原理，研究全控桥式整流电路分别工作在电阻负载、电阻—电感负载下Ud, Id及Uvt的波形，初步 认识整流电路在实际中的应用。 2．研究三相全控桥式整流逆变电路的工作原理，并且验证全控桥式电路在有源逆变时的工作条件，了解逆变电路的用途。 二．设计理念与思路 晶闸管是一种三结四层的可控整流元件，要使晶闸管导通，除了要在阳极—阴极间加正向电压外，还必须在控制级加正向电压，它一旦导通后，控制级就失去控制作用，当阴极电流下降到小于维持电流，晶闸管回复阻断。因此，晶闸管的这一性能可以充分的应用到许多的可控变流技术中。 在实际生产中，直流电机的调速、同步电动机的励磁、电镀、电焊等往往需要电压可调的直流电源，利用晶闸管的单向可控导电性能，可以很方便的实现各种可控整流电路。当整流负载容量较大时，或要求直流电压脉冲较小时，应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源提供。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最广泛的是三相桥式全控整流电路。三相半波可控电路只用三只晶闸管，接线简单，但晶闸管承受的正反向峰值电压较高，变压器二次绕组的导电角仅120°，变压器绕组利用率较低，并且电流是单向的，会导致变压器铁心直流磁化。而采用三相全控桥式整流电路，流过变压器绕组的电流是反向电流，避免了变压器铁芯的直流磁化，同时变压器绕组在一个周期的导电时间增加了一倍，利用率得到了提高。 逆变是把直流电变为交流电，它是整流的逆过程，而有源逆变是把直流电经过直-交变换，逆变成与交流电源同频率的交流电反送到电网上去。逆变在工农业生产、交通运输、航空航天、办公自动化等领域已得到广泛的应用，最多的是交流电机的变频调速。另外在感应加热电源、航空电源等方面也不乏逆变电路的身影。 在很多情况下，整流和逆变是有着密切的联系，同一套晶闸管电路即可做整流，有能做逆变，常称这一装置为“变流器”。 三．关键词
电力电子技术课程设计-三相桥式半控整流电路的设计
目录 1初始条件 (1) 2主要任务 (1) 3设计方案 (1) 3.1主电路设计 (1) 3.2主电路原理说明 (2) 3.3触发电路的设计 (5) 3.4触发电路原理说明 (6) 3.5保护电路的设计 (7) 3.5.1 过电压保护 (7) 3.5.2 过电流保护 (9) 3.6参数计算 (11) 3.6.1 负载的参数计算 (11) 3.6.2 晶闸管的选择 (12) 3.6.3 变压器的选择 (12) 4心得体会 (13) 参考文献 (14)
三相桥式半控整流电路的设计 1初始条件 设计一个三相桥式半控整流电路，直流电动机负载，电机技术数据如下：V U nom 220= ，A I nom 308=，min 1000r n nom =，r V C e min 196.0=，Ω=18.0a R 。 2主要任务 (1) 设计方案 (2) 完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择 (3) 触发电路、保护电路的设计 (4) 绘制主电路及触发电路（采用集成元件）电气原理图 (5) 撰写设计说明书 3设计方案 首先，技术要求设计一个三相桥式整流电路，这个在课本中讲过，可以通过三相变压器、六个晶闸管、负载构成，而对于半控桥式电路，只需把其中的三个晶闸管换成二极管即可。对于直流电动机负载，在这里我们将其简化，用电阻、电感和反电动势代替之。 3.1主电路设计 三相半控整流电路与三相全控整流电路类似，只是将全控桥中的共阳极组的三个晶闸管用二极管替换，从而简化了整个电路。图中的三个晶闸管为共阴极连接，一般习惯上按图中VT1——VT3——VT5的顺序导通晶闸管。 其原理图如图1所示。
三相桥式全控整流电路
三相桥式全控整流电路
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1主电路的原理 1.1主电路 其原理图如图1所示。 图1 三相桥式全控整理电路原理图 习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从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VT4、VT6、VT2。从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。 1.2主电路原理说明 整流电路的负载为带反电动势的阻感负载。假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角α=0o时的情况。此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。此时电路工作波形如图2所示。
图2 反电动势α=0o时波形 α=0o时，各晶闸管均在自然换相点处换相。由图中变压器二绕组相电压与线电压波形的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。在分析ud的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压ud1为相电压在正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压ud = ud1－ud2是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。 直接从线电压波形看，由于共阴极组中处于通态的晶闸管对应的最大（正得最多）的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小（负得最多）的
三相桥式全控整流电路的设计与仿真
第一章绪言 1.1设计背景 目前，各类电力电子变换器的输入整流电路输入功率级一般采用不可控整流或相控整流电路。这类整流电路结构简单，控制技术成熟，但交流侧输入功率因数低，并向电网注入大量的谐波电流。据估计，在发达国家有60%的电能经过变换后才使用，而这个数字在本世纪初达到95%。 电力电子技术在电力系统中有着非常广泛的应用。据估计，发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上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。可以毫不夸张地说，如果离开电力电子技术，电力系统的现代化就是不可想象的。 而电能的传输中，直流输电在长距离、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各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。在各种电子装置中，以前大量采用线性稳压电源供电，由于高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在已逐渐取代了线性电源。因为各种信息技术装置都需要电力电子装置提供电源，所以可以说信息电子技术离不开电力电子技术。近年发展起来的柔性交流输电（FACTS）也是依靠电力电子装置才得以实现的。 随着社会生产和科学技术的发展，整流电路在自动控制系统、测量系统和发电机励磁系统等领域的应用日益广泛。常用的三相整流电路有三相桥式不可控整流电路、三相桥式半控整流电路和三相桥式全控整流电路，由于整流电路涉及到交流信号、直流信号以及触发信号，同时包含晶闸管、电容、电感、电阻等多种元件，采用常规电路分析方法显得相当繁琐，高压情况下实验也难顺利进行。Matlab提供的可视化仿真工具Simulink可直接建立电路仿真模型，随意改变仿真参数，并且立即可得到任意的仿真结果，直观性强，进一步省去了编程的步骤。本文利用Simulink对三相桥式全控整流电路进行建模，对不同控制角、桥故障情况下进行了仿真分析，既进一步加深了三相桥式全控整流电路的理论，同时也为现代电力电子实验教学奠定良好的实验基础。 此次课程设计要求设计晶闸管三相桥式可控整流电路，与三相半波整流电路相比，三相桥式整流电路的电源利用率更高，应用更为广泛。 1.2 设计任务 《晶闸管三相桥式可控整流电路设计与仿真》 一、设计内容及技术要求： 计算机仿真具有效率高、精度高、可靠性高和成本低等特点，已经广泛应用于电力电子电路（或系统）的分析和设计中。计算机仿真不仅可以取代系统的许多繁琐的人工分析，减轻劳动强度，提高分析和设计能力，避免因为解析法在近似处理中带来的较大误差，还可以与实物试制和调试相互补充，最大限度地降低设计成本，缩短系统研制周期。可以说，电路的计算机仿真技术大大加速了电路的设计和试验过程。通过本次仿真，学生可以初步认识电力电子计算机仿真的优
三相全控桥式整流电路
课程设计任务书 学生姓名：专业班级：自动化0602班 指导教师：工作单位：自动化学院 题目：三相桥式全控整流电路的设计（带反电动势负载） 初始条件： 1．反电动势负载，E=60V，电阻R=10Ω，电感L无穷大使负载电流连续； 2．U2=220V，晶闸管触发角α=30°； 3．其他器件如晶闸管自己选取。 要求完成的主要任务：（包括课程设计工作得及其技术要求，以及说明书撰写待具体要求） 1.主电路的设计及原理说明； 2.触发电路设计，每个开关器件触发次序及相位分析； 3.保护电路的设计，过流保护，过电压保护原理分析； 4.各参数的计算（输出平均电压，输出平均电流，输出有功功率计算，输出波形分析）； 5.应用举例； 6.心得小结。 时间安排： 7月6日查阅资料 7月7日方案设计 7月8日- 9日馔写电力电子课程设计报告 7月10日提交报告，答辩 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
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。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。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，触发，过电压，保护电路。
三相桥式全控整流电路的性能研究.
三相桥式全控整流电路的性能研究 一、原理及方案 三相桥式全控整流电路系统通过变压器与电网连接，经过变压器的耦合，晶闸管主电路得到一个合适的输入电压，使晶闸管在较大的功率因数下运行。变流主电路和电网之间用变压器隔离，还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分。保护电路采用RC过电压抑制电路进行过电压保护，利用快速熔断器进行过电流保护。采用锯齿波同步KJ004集成触发电路，利用一个同步变压器对触发电路定相，保证触发电路和主电路频率一致，触发晶闸管，使三相全控桥将交流整流成直流，带动直流电动机运转。 结构框图如图1-1所示。整个设计主要分为主电路、触发电路、保护电路三个部分。框图中没有表明保护电路。当接通电源时，三相桥式全控整流电路主电路通电，同时通过同步电路连接的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通给直流电动机，使之工作。 图1-1 三相桥式全控整流电路结构图
二、主电路的设计及器件选择 实验参数设定负载为220V、305A的直流电机，采用三相整流电路，交流测由三相电源供电，设计要求选用三相桥式全控整流电路供电，主电路采用三相全控桥。 1．三相全控桥的工作原理 如图2-1所示，为三相桥式全控带阻感负载，根据要求要考虑电动机的电枢电感与电枢电阻，故为阻感负载。习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管称为共阳极组。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VT4、VT6、VT2。晶闸管的导通顺序为 VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。变压器为Y ?-型接法。变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网 KP1KP3KP5 图1 三相桥式全控整流电路 图2-1 三相桥式全控整流电路带（阻感）负载原理图 2. 三相全控桥的工作特点 ⑴2个晶闸管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1个，且不能为同1相器件。 ⑵对触发脉冲的要求： 按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差。 共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差。 共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差。 同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。
三相桥式全控整流电路课程设计
电力电子技术课程设计说明书 三相桥式全控整流电路 系、部：电气与信息工程系 专业：自动化
目录 第1章绪论错误!未定义书签。 1. 电子技术的发展趋势错误!未定义书签。 2. 本人的主要工作错误!未定义书签。 第2章主电路的设计及原理错误!未定义书签。 1. 总体框图错误!未定义书签。 2. 主电路的设计原理错误!未定义书签。 带电阻负载时错误!未定义书签。 阻感负载时错误!未定义书签。 3. 触发电路错误!未定义书签。 4. 保护电路错误!未定义书签。 5. 参数计算错误!未定义书签。 整流变压器的选择错误!未定义书签。 晶闸管的选择错误!未定义书签。 输出的定量分析错误!未定义书签。 第3章MATLAB的仿真错误!未定义书签。 1. MATLAB仿真软件的简介错误!未定义书签。 2. 仿真模拟图错误!未定义书签。 3. 仿真结果错误!未定义书签。 第4章结束语错误!未定义书签。 参考文献错误!未定义书签。 第1章绪论 1. 电子技术的发展趋势 当今世界能源消耗增长十分迅速。目前，在所有能源中电力能源约占40%，而电力能源中有40%是经过电力电子设备的转换才到使用者手中。预计十年后，电力能源中的80%要经过电力电子设备的转换，电力电子技术在21世纪将起到更大作用。
电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三个部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。 电力电子技术作为一门高技术学科，由于其在节能、减小环境污染、改善工作条件等方面有着重要的作用，现在已广泛的应用于传统工业(例如：电力、机械、交通、化工、冶金、轻纺等)和高新技术产业(例如：航天、现代化通信等)。下面着重讨论电力电子技术在电力系统中的一些应用。 在高压直流输电(HVDC)方面的应用 直流输电在技术方面有许多优点：(1)不存在系统稳定问题，可实现电网的非同期互联;(2)可以限制短路电流;(3)没有电容充电电流;(4)线路有功损耗小;(5)输送相同功率时，线路造价低;(6)调节速度快，运行可靠;(7)适宜于海下输电。随着大功率电子器件(如：可关断的晶闸管、MOS控制的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等)开断能力不断提高，新的大功率电力电子器件的出现和投入应用，高压直流输电设备的性能必将进一步得以改善，设备结构得以简化，从而减少换流站的占地面积、降低工程造价。 在柔性交流输电系统(FACTS)中的应用 20世纪80年代中期，美国电力科学研究院(EPRI)博士首次提出柔性交流输电技术的概念。近年来柔性交流输电技术在世界上发展迅速，已被国内外一些权威的输电工作者预测确定为“未来输电系统新时代的三项支持技术(柔性输电技术、先进的控制中心技术和综合自动化技术)之一”。现代电力电子技术、控制理论和通讯技术的发展为FACTS的发展提供了条件。采用IGBT等可关断器件组成的FACTS元件可以快速、平滑地调节系统参数，从而灵活、迅速地改变系统的潮流分布。 在电力谐波治理方面的应用 有源滤波是治理日益严重的电力系统谐波的最理想方法之一。有源滤波器的概念最早是在20世纪70年代初提出来的，即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，从而实现实时补偿谐波电流的目的。随着中国电能质量治理工作的深入开展，使用以瞬时无功功率理论为理论基础的有源滤波器进行谐波治理将会有巨大的市场潜力。 在不间断电源(UPS)中的应用 UPS紧急供电系统是电力自动化系统安全可靠运行的根本保证，是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。现代UPS普遍采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,降低了电源的噪声,提高了效率和可靠性。 电力电子技术已迅速发展成为一门独立的技术、学科领域。它的应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门。毫无疑问，它将成为新世纪的关键支撑技术之一。电力电子技术拥有许多微电子技术所具有的特征，比如发展迅速、渗透力强、生命力旺盛，并且能与其它学科相互融合和相互发展。 2. 本人的主要工作 （1）设计一个三相桥式全控整流电路。
三相桥式全控整流电路分析
一、三相桥式全控整流电路分析 三相桥式全控整流电路原理图如图所示。三相桥式全控整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来的，它由三相半波共阴极接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共阳极接法(VT1，VT6，VT2)的串联组合。 其工作特点是任何时刻都有不同组别的两只晶闸管同时导通，构成电流通路，因此为保证电路启动或电流断续后能正常导通，必须对不同组别应到导通的一对晶闸管同时加触发脉冲，所以触发脉冲的宽度应大于π／3的宽脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以可以采用脉冲列代替双窄脉冲；每隔π／3换相一次，换相过程在共阴极组和共阳极组轮流进行，但只在同一组别中换相。接线图中晶闸管的编号方法使每个周期内6个管子的组合导通顺序是VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6；共阴极组T1，T3，T5的脉冲依次相差2π／3；同一相的上下两个桥臂，即VT1和VT4，VT3和VT6，VT5和VT2的脉冲相差π，给分析带来了方便；当α=O时，输出电压Ud一周期内的波形是6个线电压的包络线。所以输出脉动直流电压频率是电源频率的6倍，比三相半波电路高l倍，脉动减小，而且每次脉动的波形都一样，故该电路又可称为6脉动整流电路。
在第（1）段期间，a相电压最高，而共阴极组的晶闸管VT1被触发导通，b相电位最低，所以供阳极组的晶闸管KP6被触发导通。这时电流由a相经VT1流向负载，再经VT6流入b 相。变压器a、b两相工作，共阴极组的a相电流为正，共阳极组的b相电流为负。加在负载上的整流电压为ud=ua-ub=uab 经过60°后进入第(2)段时期。这时a相电位仍然最高，晶闸管VTl继续导通，但是c 相电位却变成最低，当经过自然换相点时触发c相晶闸管VT2，电流即从b相换到c相，VT6承受反向电压而关断。这时电流由a相流出经VTl、负载、VT2流回电源c相。变压器a、c 两相工作。这时a相电流为正，c相电流为负。在负载上的电压为ud=ua-uc=uac 再经过60°，进入第(3)段时期。这时b相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，触发导通晶闸管VT3，电流即从a相换到b相，c相晶闸管VT2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc两相工作，在负载上的电压为ud=ub-uc=ubc 余相依此类推。 仿真实验 “alpha_deg”是移相控制角信号输入端，通过设置输入信号给它的常数模块参数便可以得到不同的触发角α，从而产生给出间隔60度的双脉冲。 二、MATLAB仿真 （1）MATLAB simulink模型如图 （2）参数设置 电源参数设置：电压设置为380V，频率设为50Hz。注意初相角的设置，a相电压设为0，b相电压设为-120，a相电压设为-240。
三相桥式全控整流电路
图1 三相桥式全控整流电路 实验六：三相桥式全控整流电路 （一）实验目的 1.掌握实验电路的工作原理和关键波形； 2.分析不同参数设置对仿真结果的影响 （二）实验原理 在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。 为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管KP1和KP4接a 相，晶闸管KP3和KP6接b 相，晶管KP5和KP2接c 相。 晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴 极组，而晶闸管KP2、KP4、KP6组成 共阳极组。 为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律，分析输出波形的变化规 则，下面研究几个特殊控制角，先分 析α=0的情况，也就是在自然换相点 触发换相时的情况。图1是电路接线 图。 为了分析方便起见，把一个周期 等分6段（见图2）。 在第（1）段期间，a 相电压最高，而共阴极组的晶闸管KP1被触发导通，b 相电位最低，所以供阳极组的晶闸管KP6
被触发导通。这时电流由a相经KP1流向负载，再经KP6流入b相。变压器a、b两相工作，共阴极组的a相电流为正，共阳极组的b相电流为负。加在负载上的整流电压为 =-= 经过60°后进入第(2)段时期。这时a相电位仍然最高，晶闸管KPl继续导通，但是c相电位却变成最低，当经过自然换相点时触发c相晶闸管KP2，电流即从b相换到c相，KP6承受反向电压而关断。这时电流由a相流出经KPl、负载、KP2流回电源c相。变压器a、c两相工作。这时a相电流为正，c相电流为负。在负载上的电压为 =-= 再经过60°，进入第(3)段时期。这时b相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，触发导通晶闸管KP3，电流即从a相换到b相，c相晶闸管KP2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc两相工作，在负载上的电压为 =-= 余相依此类推。 由上述三相桥式全控整流电路的工作过程可以看出： 1.三相桥式全控整流电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，而且这两个晶闸管一个是共阴极组，另一个是共阳极组的，只有它们能同时导通，才能形成导电回路。 2. 三相桥式全控整流电路就是两组三相半波整流电路的串联，所以与三相半波整流电路一样，对于共阴极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KPl、KP3和KP5依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差应为120°。对于共阳极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KP2、KP4和KP6依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差也是120°。 3.由于共阴极的晶闸管是在正半周触发，共阳极组是在负半周触发，因此接在同一相的两个晶闸管的触发脉冲的相位应该相差180°。 4. 三相桥式全控整流电路每隔60°有一个晶闸管要换流，由上一号晶闸管换流到下一号晶闸管触发，触发脉冲的顺序是：1→2→3→4→5→6→1，依次下去。相邻两脉冲的相位差是60°。
三相全控桥式整流电路
课程设计任务书 学生：专业班级：自动化0602班 指导教师：工作单位：自动化学院 题目：三相桥式全控整流电路的设计（带反电动势负载） 初始条件： 1．反电动势负载，E=60V，电阻R=10Ω，电感L无穷大使负载电流连续； 2．U2=220V，晶闸管触发角α=30°； 3．其他器件如晶闸管自己选取。 要求完成的主要任务：（包括课程设计工作得及其技术要求，以及说明书撰写待具体要求） 1.主电路的设计及原理说明； 2.触发电路设计，每个开关器件触发次序及相位分析； 3.保护电路的设计，过流保护，过电压保护原理分析； 4.各参数的计算（输出平均电压，输出平均电流，输出有功功率计算，输出波形分析）； 5.应用举例； 6.心得小结。 时间安排： 7月6日查阅资料 7月7日方案设计 7月8日- 9日馔写电力电子课程设计报告 7月10日提交报告，答辩 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
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。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。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，触发，过电压，保护电路。
三相桥式整流电路
1 原理及方案 1.1原理 三相桥式全控整流电路系统通过变压器与电网连接，经过变压器的耦合，晶闸管主电路得到一个合适的输入电压，使晶闸管在较大的功率因数下运行。变流主电路和电网之间用变压器隔离，还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分。保护电路采用RC过电压抑制电路进行过电压保护，利用快速熔断器进行过电流保护。采用锯齿波同步KJ004集成触发电路，利用一个同步变压器对触发电路定相，保证触发电路和主电路频率一致，触发晶闸管，使三相全控桥将交流整流成直流，带动直流电动机运转。 1.2方案设计 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，应用广泛。当整流负载容量较大，或要求直流电压脉冲较小时，应采用三相整流电路，其交流测由三相电源供电。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最广泛的是三相桥式全控整流电路。 本设计要求整流电路带直流电机负载，希望获得的直流电压脉冲较小，所以用三相全波整流比较合理。三相桥式全控和三相桥式半控是常见的三相桥式可控全波整流电路。三相半控桥式整流电路适用于中等容量的整流装置或不要求可逆的电力拖动中，它采用共阴极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，电路兼有可控与不可控两者的特性。共阳极组的三个整流二极管总是在自然换流点换流，使电流换到阴极点为更低的一相中去。该电路在使用中需加设续流二极管，以避免可能发生的失控现象，所以电路不具备逆变能力。虽然三相半控电路相应触发电路较简单，但只能用于整流不能用于逆变，现在很少使用。本设计选择使用三相桥式全控整流电路。 整流电路的输入部分是变压器，作用是降低或减少晶闸管变流装置对电网和其它用电设备的干扰，将整流电路与电网隔离，并将电网电压值转变为整流所需输入值。整流部分是六个晶闸管，是由共阴极的三相半波可控整流电路与共阳极接法的三相半波可控整流电路串联而成。为使整流电路能正常工作，除了要给晶闸管配设可靠的触发电路外，还要有保护电路，以防止各种原因产生的过电压和过电流影响或损坏晶闸管。另外，在使用晶闸管整流装置供电时，其供电电压和电流中，含有各种谐波成份。当控制角 增大，负载电流减小到一定程度时，
电力电子三相桥式全控整流电路课程设计
三相桥式全控整流电路的设计 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。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。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：整流变压触发过电压保护电路。 1前言 整流电路技术在工业生产上应用极广。如调压调速直流电源、电解及电镀的直流电源等。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。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。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。 把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。整流器的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般可在输入端加接整流变压器，把一次电压U1，变成二次电压
三相桥式全控整流电路设计
电气工程学院课程设计报告 课程名称：电力电子技术 设计题目：三相桥式全控整流电路设计 专业班级：自动化1班 学号： 20120220 姓名： 时间： 2015年9月2日--9月30日 ——————以下由指导教师填写——————分项成绩：出勤成品答辩及考核 总成绩：总分成绩 指导教师（签名）：
前言 课程设计是《电力电子技术》课程的实践性教学环节，通过课程设计，可 使学生在综合运用所学理论知识，拓展知识面，理论分析和计算，实验研究以及系统地进行工程实践训练等方面得到训练和提高，从而培养学生具有独立解决实际问题和从事科学研究的初步能力。通过设计过程，可是学生初步建立正确的设计思想，熟悉工程设计的一般顺序呢、规范和方法，提高正确使用技术 资料、标准、手册等工具书的能力。通过设计工作还可以培养学生实事求是和一丝不苟的工作作风，树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，为后续课程的学习和毕业设计，乃至向工程技术人员的过渡打下基础。 目录 前言 1 一课程设计的内容和具体要求 2 二变压器设计 3 三晶闸管的选择 3 四晶闸管的保护设计 4 五触发电路设计 5 六触发电路供电电源设计 6 七Matlab仿真7 八实验总结8
一．课程设计的内容和具体要求 要求设计一个完整的三相桥式全控整流电路，包括主电路、触发电路、整流变压器的设计，晶闸管的选型和保护等。 （一）技术指标 1、整流器负载为10KW 直流电动机 额定电压D C 220V，额定电流55A，电枢电阻0.5?，总电阻1? 2、输入电压A C 380V（+5~10%） 3、输入电压D C 0~220V，输出最大电流λI nom （λ=1.5） 4、最小α角为15° 5、触发电路采用K J004 6、主变压器采用Y/Y12 联接。 7、主电路采用三相桥式全控整流电路。 （二）设计要求 1、变压器 设计 1）二次相电压U 2 的计算 2）二次电流I 2 和一次电流I 1 的计算 3）变压器容量的计算 2、晶闸管的选择 3、晶闸管保护设计 1）晶闸管过流保护 2）晶闸管过压保护 4、触发电路设计 1）同步变压器设计及同步电压的相位选择2）三相触发电路设计（双窄脉冲） 5、触发脉冲供电电源设计 （三）成品要求 1、课程设 计报告一份 2、电路图一份
三相桥式全控整流电路Simulink仿真实验
基于三相桥式全控整流电路Matlab仿真实验报告 １33５104０施定邦一、电路仿真原理及仿真电路图: 图１ 图2
1、带电阻负载时 当a≤6０°时,电压波形均连续，对于电阻负载,电流波形与电压波形形状相同，也连续。 当a>60°时，电压波形每６0°中的后一部分为零，电压波形因为晶闸管不能反向导通而不出现负值。 分析可知α角的移相范围是０°-－1２0°。 2、带阻感负载时 ａ≤6０°时,电压波形连续,输出整流电压电压波形和晶闸管承受的电压波形与带电阻负载时十分相似，但得到的负载电流波形却有差异。电容的容值越大电流波形就越平缓,近于水平直线。 a >６0°时,电压波形则出现负值,是因为环流的作用使得电压反向。 分析可知α角的移相范围是0°--9０°。 二、仿真过程与结果： 设置三个交流电压源Va，Ｖｂ，Vc相位差均为1２0°,得到桥式全控的三相电源。６个信号发生器产生整流电路的触发脉冲，六个晶闸管的脉冲按VT1－VT2-VT3-VT4－ＶＴ５-VＴ6的顺序依次给出，相位差依次为６0°。 设置电源频率为50Hｚ：
三、仿真结果 1、带电阻负载：R=100Ω，无电容（1）α＝0°时各波形如下： （2）α=3０°各波形如下： （3）α=6０°各波形如下：
（4）α=90°各波形如下: 2、带阻感负载:R=100Ω,H=1H (1)α=0°各波形如下：
(2)α=30°各波形如下： (3）α=60°各波形如下：
（4）α＝90°各波形如下: (可以看到，和理论符合得很好，说明各参数设置合理,电路的工作状态接近于理想情况） 实验总结: 通过此次仿真实验，让自己对相关电路工作原理了解得更加详细和印象深刻，反正就是熟能生巧,然后多动手操作设置各种参数组合观察实验结果以得到比较理想的波形。虽然是验证性的实验,但是还是收获比较多。
三相半波、桥式(全波)整流及六脉冲整流电路(精)
三相半波、桥式（全波）整流及六脉冲整流电路 1.三相半波整流滤波 当功率进一步增加或由于其他原因要求多相整流时，三相整流电路就被提了出来。图1所示就是三相半波整流电路原理图。在这个电路中，三相中的每一相都和单独形成了半波整流电路，其整流出的三个电压半波在时间上依次相差120o叠加，并且整流输出波形不过0点，其最低点电压 式中U p——是交流输入电压幅值。 并且在一个周期中有三个宽度为120o的整流半波。因此它的滤波电容器的容量可以比单相半波整流和单相全波整流时的电容量都小。 图1 三相半波整流电路原理图 2.三相桥式（全波）整流滤波 图2所示是三相桥式全波整流电路原理图。图3是它们的整流波形图。图3(a 是三相交流电压波形；图3(b是三相半波整流电压波形图；图3(c是三相全波整流电压波形图。在输出波形图中，N粗平直虚线是整流滤波后的平均输出电压值，虚线以下和各正弦波的交点以上（细虚线以上）的小脉动波是整流后未经滤波的输出电压波形。
图2 三相桥式全波整流电路原理图 由图1和图2可以看出，三相半波整流电路和三相桥式全波整流电路的结构是有区别的。 （1）三相半波整流电路只有三个整流二极管，而三相全波整流电路中却有六只整流二极管； (2 三相半波整流电路需要输入电源的中线，而三相全波整流电路则不需要输入电源的中线。 由图3可以看出三相半波整流波形和三相全波整流电路则不需要输入电源的中线。 图3 三相整流的波形图 ①三相半波整流波形的脉动周期是120o而三相全波整流波形的脉动 周期是60o；
②三相半波整流波形的脉动幅度和输出电压平均值： 三相半波整流波形的脉动幅度是： (1 式中 U——脉动幅度电压；U p是正弦半波幅值电压，比如有效值为380V的线电压， 其半波幅值电压为：(2 那么其脉动幅度电压就是： 输出电压平均值U d是从30o~150o积分得， （3） 式中 U d——输出电压平均值； U A——相电压有效值。 如果滤波后再经电容滤波，则输出电压就接近于幅值U p。 三相全波整流波形的脉动幅度是： 输出电压平均值U d是从60o~120o积分得： U AB=2.34 U A=514V (4 式中 U d——输出电压平均值， U AB——线电压有效值。 如果滤波后再经电容滤波，则输出电压就接近于幅值U p。
三相桥式全控整流电路实验报告
实验三三相桥式全控整流电路实验 一．实验目的 1．熟悉MCL-18, MCL-33组件。 2．熟悉三相桥式全控整流电路的接线及工作原理。 二．实验内容 1．MCL-18的调试 2．三相桥式全控整流电路 3．观察整流状态下，模拟电路故障现象时的波形。 三．实验线路及原理 实验线路如图3-12所示。主电路由三相全控整流电路组成。触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。三相桥式整流电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。 四．实验设备及仪器 1．MCL—Ⅱ型电机控制教学实验台主控制屏。
2．MCL-18组件 3．MCL-33组件 4．MEL-03可调电阻器（900W） 6．二踪示波器 7．万用表 五．实验方法 1．按图3-12接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。 （1）打开MCL-18电源开关，给定电压有电压显示。 （2）用示波器观察MCL-33的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔60o的幅度相同的双脉冲。 （3）用示波器观察每只晶闸管的控制极、阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。注：将面板上的Ublf接地（当三相桥式全控整流电路使用I组桥晶闸管VT1~VT6时），将I组桥式触发脉冲的六个琴键开关均拨到“接通”，琴键开关不按下为导通。 （4）将给定输出Ug接至MCL-33面板的Uct端，在Uct=0时，调节偏移电压Ub，使a=90o。(注：把示波器探头接到三相桥式整流输出端即U d 波形, 探头地线接到晶闸管阳极。) 2．三相桥式全控整流电路 （1）电阻性负载 按图接线，将Rd调至最大450W (900W并联)。 三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压U uv、U vw、U wu，从0V调至70V(指相电压)。调节Uct，使a 在30o~90o范围内变化，用示波器观察记录a=30O、60O、90O时，整流电压u d=f（t），晶闸管两端电压u VT=f（t）的波形，并记录相应的Ud和交流输入电压U2 数值。 30° 60° 90° αUd (V)U2 (V) 30°14370 60°9070 90°2370 3．电感性负载 按图线路，将电感线圈(700mH)串入负载，Rd调至最大(450W)。 调节Uct，使a 在30o~90o范围内变化，用示波器观察记录a=30O、60O、90O时，整流电压u d=f（t），晶闸管两端电压u VT=f（t）的波形，并记录相应的Ud和交流输入电压U2 数值。
三相桥式全控整流电路的工作原理
图1 三相桥式全控整流电路 三相桥式全控整流电路的工作原理 在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。 为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管KP1和KP4接a 相，晶闸管KP3和KP6接b 相，晶管KP5和KP2接c 相。 晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴极组，而晶闸管KP2、KP4、KP6组成共阳极组。 为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律，分析输出波形的变化规则，下面研究几个特殊控制角，先分析α=0的情况，也就是在自然 换相点触发换相时的情况。图1是电路接线图。 为了分析方便起见，把一个周期等分6段（见图2）。 在第（1）段期间，a 相电压最高，而共阴极组的晶闸管KP1被触发导通，b 相电位最低，所以供阳极组的晶闸管KP6被触发导通。这时电流由a 相经KP1流向负载，再经KP6流入b 相。变压器a 、b 两相工作，共阴极组 的a 相电流为正，共阳极组的b u d=u a-u b=u ab 经过60°后进入第(2)段时期。这时a 相电位仍然最高，晶闸管KPl 继续导通，但是c 相电位却变成最低，当经过自然换相点时触发c 相晶闸管KP2，电流即从b 相换到c 相，KP6承受反向电压而关断。这时电流由a 相流出经KPl 、负载、KP2流回电源c 相。变压器a 、c 两相工作。这时a 相电流为正，c 相电流为负。在负载上的电压为 u d=u a-u c=u ac 再经过60°，进入第(3)段时期。这时b 相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，触发导通晶闸管KP3，电流即从a 相换到b 相，c 相晶闸管KP2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc 两相工作，在负载上的电压为 u d=u b-u c=u bc