并联多重12脉可控整流电路
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第 2 章 并联多重 12 脉整流电路设计................................3 2.1 并联多重 12 脉整流电路总体设计方案 .......................3 2.2 具体电路设计 ............................................4 2.2.1 主电路设计 ........................................4 2.2.1 触发电路设计 ......................................5 2.2.2 保护电路设计 ......................................6 2.3 元器件型号选择 ..........................................7 2.3.1 主电路参数选择 ....................................7 2.3.2 晶闸管参数选择 ....................................8 2.4 系统调试或仿真、数据分析 ................................9 2.4.1 MATLAB 仿真软件简介 ...............................9 2.4.2 并联 12 脉波整流电路建模 ...........................9 2.4.3 并联 12 脉波整流电路仿真波形及数据分析 ............10
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目录
第 1 章 绪论.....................................................1 1.1 电力电子技术概况 ........................................1 1.2 本文设计容 ..............................................1
整流输出电流最大值 200A。4、直流电动机负载。5、根据实际工作情况，最
小控制角取 20～300 左右。
第 1 天：集中学习；第 2 天：收集资料；第 3 天：方案论证；主电路设计；
第 4 天：过压、过流保护方案及散热设计；第 5 天：确定变压器变比及容量；
工 作
第 6 天：确定平波电抗器；第 7 天：选择器件(电力电子器件、断路器或接触
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摘要
近些年来随着电力电子技术的快速发展，电力电子技术已广泛应用于各个领 域。直流整流器是以电力电子技术为基础发展起来的。它是利用电力电子技术的 基本特点以小信号输入控制很大的功率输出，放大倍数极高，这就是电力电子设 备成为强、弱电之间接口的基础。利用这一特点能获得节能、环保、高效、高可 靠性、安全良好的经济效益。
本文需设计的整流器交流电源是三相的，所以单相半波可控整流电路、单相 桥式全控整流电路、单相全波可控整流电路、单相桥式半控整流电路都不适用于 本次设计。
三相半波可控整流电路、三相不可控整流电路、三相桥式全控整流电路、三 相桥式半控整流电路，都不适用于大功率整流电路，所以本次设计没有采用。
带平衡电抗器的双反星形可控整流电路、串联 12 脉波全控整流电路、并联 12 脉波全控整流电路，都适用于大功率整流，但带平衡电抗器的双反星形可控 整流电路多适用于需要输出低电压大电流的装置。对于交流输入电流来说，采用 串联 12 脉波整流电路和并联 12 脉波整流电路的效果是相同的。
由于可控整流装置用来驱动直流电动机(其容量较大)，容易引起交流侧的高 次谐波，对电网的干扰严重。采用 12 脉波全控整流电路（多重化整流电路），这 种整流电路的功率因数较高，对减少电网中的谐波干扰十分有效，可以有效地消 除电力系统中较高次数的谐波。
并联 12 脉波全控整流电路带有平衡电抗器，而串联 12 脉波全控整流电路则 没有，所以在此设计中采用并联 12 脉波整流。
整流电路主要由驱动电路、保护电路和整流主电路、滤波电路组成。根据设 计任务，将三相 10kV 交流电源经变压器变压，再经整流电路整流输出带脉动的 直流电，再经滤波电路滤波得到直流电，其中保护电路为保证此整流电路安全可 靠的工作，驱动电路是整流电路的控制电路，控制整流后输出直流电压 Ud 在 0～ 220V 连续可调。方框图如图 2.1 所示。
图 2.3 锯齿波同步触发电路
触发电路有三个基本环节组成：锯齿波形成和同步移相控制环节，脉冲形成、 整形放大输出环节，强触发和双脉冲输出环节。
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锯齿波形成和同步移相控制环节 锯齿波同步移相的原理是利用受正弦同步信号电压控制的锯齿波电压作为 同步电压，再与直流控制电压 Vc 与直流偏移电压 Vb 组成并联控制，进行电流叠 加，去控制晶体管 V4 的截止与饱和导通来实现的。 脉冲形成环节与整形放大输出 脉冲形成环节由晶闸管 V4、V5 组成，V7、V8 起脉冲放大作用。控制电压 Uco 加在 V4 基极上，电路的触发脉冲有脉冲变压器 TP 二次侧输出，起一次绕组接在 V8 集电极电路中。 强触发环节与双脉冲输出环节强触发环节有单相桥式整流获得近似 50V 直 流电压作电源，在 Vs 导通前，50V 电源经 R15 对 C6 充电，N 点电位为 50V。VD15 导通时，C6 经脉冲变压器一次侧，R16 与 Vs 迅速放电，由于放电回路电阻很小， N 点电位迅速下降，当 N 点电位下降到 14.3V 时，VD15 导通，脉冲变压器 TP 改 由+15V 稳压电源供电。这时虽然 50V 电源也在向 C6 再充电使它电压回升，但由 于充电回路时间常数较大，N 点电位只能被 15V 电源钳位在 14.3V。电容 C5 的作 用是为了提高强触发脉冲前沿，加强触发后，改变脉冲变压器 TP 一次电压。
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图 2.1 整体框图
2.2 具体电路设计
2.2.1 主电路设计
对于交流输入电流，采用多重联结不仅可以减少交流输入电流的谐波，同时 可以减小直流输出电压中的谐波幅值并提高纹波频率，因而减小平波电抗器。 所 以由两个三相全控桥式整流电路移相 30°并联联结而成的 12 脉波串联整流电 路。利用变压器二次绕组接法的不同,使两组三相交流电源间相位错开 30°,从 而使输出整流电压在一个电源周期中脉动 12 次，其中，T1 和 T2 为两组并联的 整流桥；其二次侧的绕组 a2，b2，c2 和 a3，b3，c3 分别采用星形和三角形接法, 为保证两组电压的大小相等,变压器一次绕组和二次绕组的匝数比为 1∶1∶3 , 其中二次绕组星形接法为 1,三角形接法为 3。这样两组交流电源的线电压相 等。 由电力电子相关知识可知负载侧电压与变压器二次侧电压关系为 ：
程 具体型号。4、确定变压器变比及容量。5、触发电路设计或选择。6、绘制相
设 关电路图。7、进行 matlab 仿真。8、完成设计说明书。
计 （
要求
论
1、文字在 4000 字左右。
文 ）
2、文中的理论分析与计算要正确。
任
3、文中的图表工整、规。
务
4、元器件的选择符合要求。
技术参数
1、交流电源：三相 380V。2、整流输出电压 Ud 在 0～220V 连续可调。3、
计 器、熔断器、保护元件、导线材料及截面等)；第 8 天：触发电路设计及辅助
划 电源设计；第 9 天：matlab 仿真、总结并撰写说明书；第 10 天：答辩
指
导
教
师
评 语
平时：
论文质量：
答辩：
及
成
总成绩：
指导教师签字：
绩
年月日 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
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辽 宁 工 业大学
电力电子技术课程设计（论文）
题目：并联多重12脉可控整流电路（220Ｖ／200Ａ）
院（系）： 专业班级： 学 号： 学生： 指导教师： 起止时间：
电气工程学院 （签字）
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课程设计（论文）任务及评语
院（系）：电气工程学院
教研室： 电气
学号
140304051
学生
忠鹏
专业班级
整流电路是将交流电能变为直流电能的一种装置，整流电路是电力电子电路 中出现最早的一种。它的发展还与其他许多基础学科有着紧密的联系，如微电子 技术、计算机技术、拓扑学、仿真技术、信息处理与通信技术等等。每一门学科 或专业技术的重大发展和突破都为电力电子技术的发展带来了巨大的推动力。
关键词:整流电路；触发电路；保护电路；MATLAB 仿真
第 3 章 课程设计总结............................................12 参考文献....................................................... 13
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第 1 章 绪论
1.1 电力电子技术概况
随着工业技术的飞速发展，人们对所使用的电能的质量要求越来越高；在能 源日益危机的今天，以高效节能、优质合理使用电能为特点的电力电子装置得到 了前所未有的发展。然而，电力电子技术在给人们的生活带来方便的同时，也引 发了新问题，即对电网的污染问题。传统的整流电路一般采用不控整流，输出并 联大电容滤波。这种电路的优点是具有很高的可靠性，简单易用，不需要控制电 路。但即使负载为纯阻负载，由于滤波电容的使用，整流电路的入端电流为脉冲 电流，谐波含量十分丰富。另外由于对输出电压没有控制，输出电压随负载波动 变化较大，使得下一级电路的设计必须留出一定的裕量，造成对器件使用效率的 限制。在一些电路中采用相控整流虽然可以对输出直流电压进行控制，但是这种 电路的入端电流谐波含量很高，而且还造成电流的滞后。
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求。对于主电路中的各种保护电路的设计及其参数的计算，并且根据所算出的各 种参数值确定所用器件的额定值。
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源自文库
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第 2 章 并联多重 12 脉整流电路设计
2.1 并联多重 12 脉整流电路总体设计方案
应用最为广泛的整流电路有：单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电 路、单相全波可控整流电路、单相桥式半控整流电路、三相半波可控整流电路、 三相不可控整流电路、三相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、带平衡 电抗器的双反星形可控整流电路、串联 12 脉波全控整流电路、并联 12 脉波全控 整流电路。
整流装置功率越大。它对电网的干扰也越严重。而在一个电源周期中整流输 出电压脉波数 ITI 越多．则输出电压中的谐波阶次越高，谐波幅值越小．整流特 性越好，同时整流装置的交流电流中的谐波频率越高，谐波电流数值也越小。为 了减轻整流装置谐波对电网的影响，可采用 12 脉波．甚至更高次脉波的多相整 流电路。
电气（光伏） 142
设计
并联多重12脉可控整流电路（220Ｖ／200Ａ）
题目
课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数
实现功能
采用多脉整流，以减小输出直流的脉动，为 1 台额定电压 220V、功率为
40kW 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。
设计任务
课
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
1.2 本文设计容
由于可控整流装置用来驱动直流电动机(其容量较大)，容易引起交流侧的高 次谐波，对电网的干扰严重。采用 12 脉波全控整流电路（多重化整流电路），这 种整流电路的功率因数较高，对减少电网中的谐波干扰十分有效，可以有效地消 除电力系统中较高次数的谐波。
根据电力电子器件以及电力电子技术对整流电路进行设计，计算出相关元器 件的数值，熟练掌握晶闸管及整流管的工作特性。结合所学的知识设计主电路， 阐述并联多重 12 脉整流电路的工作过程及波形；主电路中所用器件的参数计算， 并根据参数值选择所用晶闸管、二极管等设备。其次研究了晶闸管的触发电路和 构成触发电路的各个环节的工作状况；从而使整流装置的各项指标达到设计的要
Ud= U2 其中，Ud 为负载侧直流电压平均值， U2 为变压器二次侧相电压有效值， α 为晶闸管触发角。
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图 2.2 主电路图
2.2.1 触发电路设计
为了保证电路合闸后能工作，或在电流断续后再次工作，每个星接或者角接 电路必须有两个晶闸管同时导通，对将要导通的晶闸管施加触发脉冲，由于星接 和角接只是相位不同，原理相同都是三相桥式可控电路，故以下只要对其中一种 进行研究即可。本文选用锯齿波同步触发电路，原理图如图 2.3 所示。
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目录
第 1 章 绪论.....................................................1 1.1 电力电子技术概况 ........................................1 1.2 本文设计容 ..............................................1
整流输出电流最大值 200A。4、直流电动机负载。5、根据实际工作情况，最
小控制角取 20～300 左右。
第 1 天：集中学习；第 2 天：收集资料；第 3 天：方案论证；主电路设计；
第 4 天：过压、过流保护方案及散热设计；第 5 天：确定变压器变比及容量；
工 作
第 6 天：确定平波电抗器；第 7 天：选择器件(电力电子器件、断路器或接触
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摘要
近些年来随着电力电子技术的快速发展，电力电子技术已广泛应用于各个领 域。直流整流器是以电力电子技术为基础发展起来的。它是利用电力电子技术的 基本特点以小信号输入控制很大的功率输出，放大倍数极高，这就是电力电子设 备成为强、弱电之间接口的基础。利用这一特点能获得节能、环保、高效、高可 靠性、安全良好的经济效益。
本文需设计的整流器交流电源是三相的，所以单相半波可控整流电路、单相 桥式全控整流电路、单相全波可控整流电路、单相桥式半控整流电路都不适用于 本次设计。
三相半波可控整流电路、三相不可控整流电路、三相桥式全控整流电路、三 相桥式半控整流电路，都不适用于大功率整流电路，所以本次设计没有采用。
带平衡电抗器的双反星形可控整流电路、串联 12 脉波全控整流电路、并联 12 脉波全控整流电路，都适用于大功率整流，但带平衡电抗器的双反星形可控 整流电路多适用于需要输出低电压大电流的装置。对于交流输入电流来说，采用 串联 12 脉波整流电路和并联 12 脉波整流电路的效果是相同的。
由于可控整流装置用来驱动直流电动机(其容量较大)，容易引起交流侧的高 次谐波，对电网的干扰严重。采用 12 脉波全控整流电路（多重化整流电路），这 种整流电路的功率因数较高，对减少电网中的谐波干扰十分有效，可以有效地消 除电力系统中较高次数的谐波。
并联 12 脉波全控整流电路带有平衡电抗器，而串联 12 脉波全控整流电路则 没有，所以在此设计中采用并联 12 脉波整流。
整流电路主要由驱动电路、保护电路和整流主电路、滤波电路组成。根据设 计任务，将三相 10kV 交流电源经变压器变压，再经整流电路整流输出带脉动的 直流电，再经滤波电路滤波得到直流电，其中保护电路为保证此整流电路安全可 靠的工作，驱动电路是整流电路的控制电路，控制整流后输出直流电压 Ud 在 0～ 220V 连续可调。方框图如图 2.1 所示。
图 2.3 锯齿波同步触发电路
触发电路有三个基本环节组成：锯齿波形成和同步移相控制环节，脉冲形成、 整形放大输出环节，强触发和双脉冲输出环节。
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锯齿波形成和同步移相控制环节 锯齿波同步移相的原理是利用受正弦同步信号电压控制的锯齿波电压作为 同步电压，再与直流控制电压 Vc 与直流偏移电压 Vb 组成并联控制，进行电流叠 加，去控制晶体管 V4 的截止与饱和导通来实现的。 脉冲形成环节与整形放大输出 脉冲形成环节由晶闸管 V4、V5 组成，V7、V8 起脉冲放大作用。控制电压 Uco 加在 V4 基极上，电路的触发脉冲有脉冲变压器 TP 二次侧输出，起一次绕组接在 V8 集电极电路中。 强触发环节与双脉冲输出环节强触发环节有单相桥式整流获得近似 50V 直 流电压作电源，在 Vs 导通前，50V 电源经 R15 对 C6 充电，N 点电位为 50V。VD15 导通时，C6 经脉冲变压器一次侧，R16 与 Vs 迅速放电，由于放电回路电阻很小， N 点电位迅速下降，当 N 点电位下降到 14.3V 时，VD15 导通，脉冲变压器 TP 改 由+15V 稳压电源供电。这时虽然 50V 电源也在向 C6 再充电使它电压回升，但由 于充电回路时间常数较大，N 点电位只能被 15V 电源钳位在 14.3V。电容 C5 的作 用是为了提高强触发脉冲前沿，加强触发后，改变脉冲变压器 TP 一次电压。
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图 2.1 整体框图
2.2 具体电路设计
2.2.1 主电路设计
对于交流输入电流，采用多重联结不仅可以减少交流输入电流的谐波，同时 可以减小直流输出电压中的谐波幅值并提高纹波频率，因而减小平波电抗器。 所 以由两个三相全控桥式整流电路移相 30°并联联结而成的 12 脉波串联整流电 路。利用变压器二次绕组接法的不同,使两组三相交流电源间相位错开 30°,从 而使输出整流电压在一个电源周期中脉动 12 次，其中，T1 和 T2 为两组并联的 整流桥；其二次侧的绕组 a2，b2，c2 和 a3，b3，c3 分别采用星形和三角形接法, 为保证两组电压的大小相等,变压器一次绕组和二次绕组的匝数比为 1∶1∶3 , 其中二次绕组星形接法为 1,三角形接法为 3。这样两组交流电源的线电压相 等。 由电力电子相关知识可知负载侧电压与变压器二次侧电压关系为 ：
程 具体型号。4、确定变压器变比及容量。5、触发电路设计或选择。6、绘制相
设 关电路图。7、进行 matlab 仿真。8、完成设计说明书。
计 （
要求
论
1、文字在 4000 字左右。
文 ）
2、文中的理论分析与计算要正确。
任
3、文中的图表工整、规。
务
4、元器件的选择符合要求。
技术参数
1、交流电源：三相 380V。2、整流输出电压 Ud 在 0～220V 连续可调。3、
计 器、熔断器、保护元件、导线材料及截面等)；第 8 天：触发电路设计及辅助
划 电源设计；第 9 天：matlab 仿真、总结并撰写说明书；第 10 天：答辩
指
导
教
师
评 语
平时：
论文质量：
答辩：
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总成绩：
指导教师签字：
绩
年月日 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
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辽 宁 工 业大学
电力电子技术课程设计（论文）
题目：并联多重12脉可控整流电路（220Ｖ／200Ａ）
院（系）： 专业班级： 学 号： 学生： 指导教师： 起止时间：
电气工程学院 （签字）
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课程设计（论文）任务及评语
院（系）：电气工程学院
教研室： 电气
学号
140304051
学生
忠鹏
专业班级
整流电路是将交流电能变为直流电能的一种装置，整流电路是电力电子电路 中出现最早的一种。它的发展还与其他许多基础学科有着紧密的联系，如微电子 技术、计算机技术、拓扑学、仿真技术、信息处理与通信技术等等。每一门学科 或专业技术的重大发展和突破都为电力电子技术的发展带来了巨大的推动力。
关键词:整流电路；触发电路；保护电路；MATLAB 仿真
第 3 章 课程设计总结............................................12 参考文献....................................................... 13
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第 1 章 绪论
1.1 电力电子技术概况
随着工业技术的飞速发展，人们对所使用的电能的质量要求越来越高；在能 源日益危机的今天，以高效节能、优质合理使用电能为特点的电力电子装置得到 了前所未有的发展。然而，电力电子技术在给人们的生活带来方便的同时，也引 发了新问题，即对电网的污染问题。传统的整流电路一般采用不控整流，输出并 联大电容滤波。这种电路的优点是具有很高的可靠性，简单易用，不需要控制电 路。但即使负载为纯阻负载，由于滤波电容的使用，整流电路的入端电流为脉冲 电流，谐波含量十分丰富。另外由于对输出电压没有控制，输出电压随负载波动 变化较大，使得下一级电路的设计必须留出一定的裕量，造成对器件使用效率的 限制。在一些电路中采用相控整流虽然可以对输出直流电压进行控制，但是这种 电路的入端电流谐波含量很高，而且还造成电流的滞后。
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第 2 章 并联多重 12 脉整流电路设计
2.1 并联多重 12 脉整流电路总体设计方案
应用最为广泛的整流电路有：单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电 路、单相全波可控整流电路、单相桥式半控整流电路、三相半波可控整流电路、 三相不可控整流电路、三相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、带平衡 电抗器的双反星形可控整流电路、串联 12 脉波全控整流电路、并联 12 脉波全控 整流电路。
整流装置功率越大。它对电网的干扰也越严重。而在一个电源周期中整流输 出电压脉波数 ITI 越多．则输出电压中的谐波阶次越高，谐波幅值越小．整流特 性越好，同时整流装置的交流电流中的谐波频率越高，谐波电流数值也越小。为 了减轻整流装置谐波对电网的影响，可采用 12 脉波．甚至更高次脉波的多相整 流电路。
电气（光伏） 142
设计
并联多重12脉可控整流电路（220Ｖ／200Ａ）
题目
课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数
实现功能
采用多脉整流，以减小输出直流的脉动，为 1 台额定电压 220V、功率为
40kW 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。
设计任务
课
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
1.2 本文设计容
由于可控整流装置用来驱动直流电动机(其容量较大)，容易引起交流侧的高 次谐波，对电网的干扰严重。采用 12 脉波全控整流电路（多重化整流电路），这 种整流电路的功率因数较高，对减少电网中的谐波干扰十分有效，可以有效地消 除电力系统中较高次数的谐波。
根据电力电子器件以及电力电子技术对整流电路进行设计，计算出相关元器 件的数值，熟练掌握晶闸管及整流管的工作特性。结合所学的知识设计主电路， 阐述并联多重 12 脉整流电路的工作过程及波形；主电路中所用器件的参数计算， 并根据参数值选择所用晶闸管、二极管等设备。其次研究了晶闸管的触发电路和 构成触发电路的各个环节的工作状况；从而使整流装置的各项指标达到设计的要
Ud= U2 其中，Ud 为负载侧直流电压平均值， U2 为变压器二次侧相电压有效值， α 为晶闸管触发角。
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图 2.2 主电路图
2.2.1 触发电路设计
为了保证电路合闸后能工作，或在电流断续后再次工作，每个星接或者角接 电路必须有两个晶闸管同时导通，对将要导通的晶闸管施加触发脉冲，由于星接 和角接只是相位不同，原理相同都是三相桥式可控电路，故以下只要对其中一种 进行研究即可。本文选用锯齿波同步触发电路，原理图如图 2.3 所示。