三相桥式全控整流电路设计
三相桥式全控整流电路设计课程设计
三相桥式全控整流电路设计课程设计
三相桥式全控整流电路设计课程设计主要包含以下几个步骤：
1.设计目标：明确设计的目标，如实现直流电压的可控输出、减
小谐波含量、提高系统的功率因数等。
2.电路拓扑：选择三相桥式全控整流电路作为拓扑结构。
3.器件选型：根据设计要求，选择适当的晶闸管、二极管等器
件，并确定其型号和规格。
4.参数计算：根据设计目标，计算电路的输入输出电压、电流、
功率等参数，以及晶闸管的控制角和触发脉冲等参数。
5.仿真分析：利用仿真软件对设计电路进行仿真分析，验证设计
的可行性和正确性。
6.电路板设计：根据仿真分析结果，进行电路板的设计，包括布
局、布线、元件封装等。
7.调试与测试：完成电路板制作后，进行调试和测试，确保电路
正常工作并达到设计目标。
8.总结与优化：总结设计过程中的经验和教训，优化电路设计，
提高系统的性能和可靠性。
在具体的设计过程中，可以根据实际情况进行调整和修改。
同时，需要注意安全问题，确保电路设计和使用过程中的安全可靠。
三相桥式全控整流电路（阻-感性负载）（经典之作,）
三相桥式全控整流电路（阻-感性负载）
1 原理图如图
三相桥式全控整流电流（电阻性负载）原理图，共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT 1，VT 3，VT 5）。
共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT 4，VT 6，VT 2）导通顺序：VT 1－〉VT 2－〉VT 3－〉－〉 VT 4－〉VT 5－〉VT 6。
L
d
u R
d
i r
T 1
VT 3
VT 4VT 6
VT 5
VT 2
VT V U
W
2 仿真电路图如下：
3 仿真电路参数：
三相桥式全控整流电路，变压器Yy0接法（1:1），变压器一次侧相电压有效值220V ，阻感负载，电阻50Ω，电感800mH 4 触发角度为0°时，交流侧电流波形为
°时交流侧电流波形
图2．触发角度为0°时交流侧电流波形
对该电流进行傅里叶分析，分析结果如下
图3．触发角度为0°时交流侧电流谐波分析
°时交流侧电流谐波分析
经过分析，得到触发角度为0°时交流侧的功率因数为1；如果电感
趋于无穷时，则功率因数应该为0.956。
触发角度为60°时，交流侧电流波形为：
°时交流侧电流波形
图4．触发角度为60°时交流侧电流波形对该电流进行傅里叶分析，分析结果如下：
图5．触发角度为60°时交流侧电流谐波分析
°时交流侧电流谐波分析
经过分析，交流侧功率因数为0.4902;电感趋于无穷时,交流侧功率因数为0.955*0.5=0.4775。
三相桥式整流电路设计
一、设计的基本要求1.1、主要技术数据1)电源电压：交流220V/50Hz2)输出电压范围50V~100V3)最大输出电流：10A4)具有过流保护功能，动作电流：12A5)具有稳压功能6)效率不低于70%1.2、主要用途三相桥式整流电路在电力电子领域中的应用及其重要，也是应用最为广泛的电路。
不仅在一般的工业领域的应用非常广泛，如中频炉、发电机励磁、自动控制等，也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统、以及其他领域。
二、总体方案三、电路原理说明3.1、主电路原理说明3.1.1、工作原理三相全控桥式整流电路是由一组共阴极接法的三相半波可控整流电路和一组共阳极接法的三相半波可控整流电路串起来组成的，如上图所示。
为了便于表达晶闸管的导通顺序，把共阴极组的晶闸管依次编号为VT1、VT3、VT5，而把共阳极组的晶闸管依次编号为VT4、VT6、VT2。
假设六个晶闸管换成六个整流二极管，则电路为不可控电路。
相当于晶闸管触发角α=0°时的情况。
三相电压正、负半周各有三个自然换相点，六个自然换相点依次相差60°。
对于共阴极组，阳极电位最高的器件导通；对于共阳极组，阴极电位最低的器件导通。
六个自然换相点把一个周期分成以下六段：1)ωt1＜ωt≤ωt2时，共阴极组VT1导通，共阳极组VT6导通，ud=uab。
2)ωt2＜ωt≤ωt3时，共阴极组VT1导通，共阳极组VT2导通，ud=uac。
3)ωt3＜ωt≤ωt4时，共阴极组VT3导通，共阳极组VT2导通，ud=ubc。
4)ωt4＜ωt≤ωt5时，共阴极组VT3导通，共阳极组VT4导通，ud=uba。
5)ωt5＜ωt≤ωt6时，共阴极组VT5导通，共阳极组VT4导通，ud=uca。
6)ωt6＜ωt≤ωt1时，共阴极组VT5导通，共阳极组VT6导通，ud=ucb。
通过以上分析，可知三相全控桥式整流电路有以下几个基本特点：1)任何时刻必须有两个晶闸管同时导通，一个为共阴极组，一个为共阳极组，以便形成通路2)晶闸管在组内换相，同组内晶闸管的触发脉冲互差120°，由于共阴极组与共阳极组的自然换相点互差60°，所以每隔60°有一个元件换相。
实验三 三相桥式全控整流电路实验
实验三三相桥式全控整流电路实验一、实验目的(1)加深理解三相桥式全控整流的工作原理。
(2)了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形。
二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理实验线路如图3-13及图3-14所示。
主电路由三相全控整流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流电路组成，触发电路为DJKO2-1中的集成触发电路，由KCO4、KC4l、KC42等集成芯片组成，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。
集成触发电路的原理可参考1-3节中的有关内容，三相桥式整流及逆变电路的工作原理可参见电力电子技术教材的有关内容。
图3-13 三相桥式全控整流电路实验原理图四、实验内容三相桥式全控整流电路。
五、预习要求(1)阅读电力电子技术教材中有关三相桥式全控整流电路的有关内容。
(2))学习本教材中有关集成触发电路的内容，掌握该触发电路的工作原理。
六、思考题(1)如何解决主电路和触发电路的同步问题?在本实验中主电路三相电源的相序可任意设定吗?答：①采用宽脉冲触发或双脉冲触发发式。
在本实验中使脉冲宽度大于1/6个周期。
②在除法某个晶闸管的同时，前一个晶闸管补发脉冲，即用两个窄脉冲替代宽脉冲。
(2)在本实验的整流时，对α角有什么要求?为什么?答：在本实验的整流时，移相角度α角度为0-90度，这是因为移相角度α超过90度就会进入逆变状态。
七、实验方法(1)三相桥式全控整流电路按图3-13接线，将DJK06上的 “给定”输出调到零(逆时针旋到底)，使电阻器放在最大阻值处，按下“启动”按钮，调节给定电位器，增加移相电压，使α角在30°～150°范围内调节，用示波器观察并记录α=30°、60°及90°时的整流电压U d 和晶闸管两端电压U vt 的波形，并记录相应的U d 数值于下表中。
计算公式:U d =2.34U 2cosα (0～60O) U d =2.34U 2[1+cos(a+3)] (60o ～120o) 描绘α=300、600时Ud 、Uvt 的波形。
三相桥式全控整流电路
小结:
❖ 7. 为确保电源合闸或电流断续情况正常工作， 触发脉冲应采用双脉冲或宽度不小于60度旳 宽脉冲。
❖ 8. 在负载电流连续时，每个SCR导通120度； 三相桥式全控电路旳整流电压在一种周期内 脉动六次，对于工频电源,脉动频率为 6×50HZ＝300Hz，比三相半波时大一倍。
小结:
❖ 9. 整流后旳输出电压为两相电压相减后旳波 形，即线电压。
❖ 此时，因为输出电压Ud波形连续, 负载电流波形也连续
❖ 在一种周期内每个晶闸管导通 120o，输出电压波形与电感性负 载时相同。
电阻性负载控制角α>60度
❖ 以控制角等于90度为例， 线电压过零时，负载电 压电流为0, SCR 关断， 电流波形断续
T+a,T-b导经过程
T+a,T-c导经过程
❖ 三相桥式电路中变压器绕组中，一周期既有正向电 流，又有反向电流，提升了变压器旳利用率，防止 直流磁化
❖ 因为三相桥式整流电路是两组三相半波整流电路旳 串联，所以输出电压是三相半波旳两倍。
一.电感性负载电感性负载
❖ 设电感足够大， ❖ 负载电流连续。 ❖ 1.控制角α=0 ❖ 相当于六个二极管整流
可控整流电路
三相桥式全控整流电路
第三节 三相桥式全控整流电路
❖ 一.电路构成: ❖ 共阴极三相半波+共阳极三相半波。
第三节 三相桥式全控整流电路
❖ 一.电路构成: （输出串联构成）
三相桥式全控整流电路
❖ 共阴极组电路和共阳极组电路串联，并接到变压器 次极绕组上
❖ 两组电路负载对称，控制角相同，则输出电流平均 值相等，零线中流过电流为零
❖ ◆输出电压旳脉动较小（6脉波/周期）； ❖ ◆变压器利用率高，无直流磁化问题； ❖ ◆最常用（大容量负载供电，电力拖动系统）
三相桥式全控整流电路设计
1 主电路的设计与原理说明1.1 主电路图图1-1中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、 VT5）为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）为共阳极组。
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。
此主电路要求带反电动势负载，此反电动势E=60V ，电阻R=10Ω，电感L 无穷大使负载电 流连续。
其原理如图1所示。
图1-1 三相桥式全控整理电路原理图1.2 主电路原理为说明此原理，假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况就也就相当于晶闸管触发角α=0o 时的情况。
此时，对于共阴极组的三个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。
而对于共阳极组的三个晶闸管，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。
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d u 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 1d u 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2d u 为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压d u =1d u -2d u 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。
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的相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小的相电压，输出整流电压 d u 为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个，因此输出整流电压d u 波形为线电压在正半周的包络线。
三相桥式全控整流电路课程设计报告
三相桥式全控整流电路课程设计报告目录一、课程概述 (2)1. 课程背景与目的 (2)2. 课程设计任务及要求 (4)二、三相桥式全控整流电路基本原理 (4)1. 三相桥式整流电路结构 (6)1.1 电路组成及工作原理 (7)1.2 电路特点分析 (8)2. 三相桥式全控整流电路工作原理 (9)2.1 触发脉冲的控制 (10)2.2 整流过程的分析 (12)三、电路设计 (14)1. 电路主要参数计算 (15)1.1 输入参数设定 (17)1.2 输出参数计算 (18)1.3 散热设计考虑 (19)2. 电路元器件选择与配置 (20)2.1 整流器件的选择依据 (22)2.2 滤波电容的选择方法 (23)2.3 其他元器件的选择及布局设计 (24)四、仿真分析与实验验证 (26)1. 仿真分析 (27)1.1 仿真模型建立 (28)1.2 仿真结果分析 (29)2. 实验验证过程介绍及结果分析 (30)一、课程概述本课程设计旨在帮助学生深入理解和掌握三相桥式全控整流电路的基本原理、结构特点和工作过程，培养学生分析问题和解决问题的能力。
通过对三相桥式全控整流电路的设计与实现，使学生在理论知识与实际操作相结合的基础上，提高自己的专业素养和实践能力。
课程背景介绍：简要介绍三相桥式全控整流电路的发展历程、应用领域及其在现代电力系统中的重要性。
课程目标设定：明确本课程设计的目标，包括理论知识的学习和实际应用能力的培养。
课程内容安排：详细阐述本课程设计的主要内容，包括三相桥式全控整流电路的基本原理、结构特点、工作原理及参数计算等。
课程实验与测试：通过实验和测试，验证所学理论知识的正确性，培养学生的实际操作能力和团队协作精神。
课程总结与反思：对本课程设计的过程进行总结，分析存在的问题和不足，并提出改进措施，为今后的学习和工作打下坚实的基础。
1. 课程背景与目的随着现代电力电子技术的飞速发展，整流电路在各个领域的应用越来越广泛。
三相桥式整流电路设计(带反电动势负载)
辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：三相桥式整流电路的设计（带反电动势的负载）院（系）：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2013.12.30-2014.1.10课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算学 号 110302025学生姓名陈绳鹏专业班级自动化111课程设计（论文）题目三相桥式整流电路的设计（带反电动势负载） 课程设计（论文）任务课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数整流电路就是把交流电能转换成直流电能的电路，多数由变压器、整流主电路和滤波器等组成，在直流电动机的调速、发电机励磁调节、电解及电镀等领域得到广泛地应用。
整流电路的种类很多，工业上广泛应用的三相桥式全控整流电路是从三相半波电路发展而来的。
两组三相半波整流电路，一组是共阴极，另一组是共阳极串联组成。
设计任务及要求1、确定系统设计方案，各器件的选型；2、设计主电路、触发电路、保护电路；3、各参数的计算（输出平均电压、平均电流、有功功率及波形分析）；4、建立仿真模型，验证设计结果。
5、撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。
技术参数输入电压：三相交流380V ，50HZ整流输出电压0~110V ，电流最大值10A ，反电动势 40V ，电阻10欧姆 进度计划1、 布置任务，查阅资料，确定系统方案（1天）2、 系统功能分析（1天）3、 系统方案确定（1天）4、 主电路、触发电路等设计（2天）5、 各参数计算（1天）6、 仿真分析与研究（2天）7、 撰写、打印设计说明书（1天）8、 答辩（1天）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 日摘要整流电路就是把交流电能转换成直流电能的电路，大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成，在直流电动机的调速、发电机励磁调节、电解及电镀等领域得到广泛地应用。
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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0.5Ω，总电阻1Ω
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
3
3、选做：利用 M ATLAB 中的电力系统工具箱（Power system ）对所设计的三
相桥式全控整流电路进行仿真
二．变压器设计
1）二次相电压 U 2 的计算
当α=15°时，U d 最大为 220V
整流输出电压连续时的平均值为U d = 2.34U 2 cos α
故二次相电压 U 2 为
U 2
=
U d
=
2.34 cos α
220
2.34 ⨯ c os150
= 97.33V 2）二次电流 I 2 和一次电流 I 1 的计算 直流输出平均电流为
I d = λI nom = 1.5⨯ 55 = 82.5A
二次电流为 I 2 = 0.816I d = 0.816 ⨯ 82.5 = 67.32 A
变压器一次侧相电压为
U 1 = = 220V
由 U 1 I 1=U 2 I 2 得一次电流为 I 1 = 29.78 A
3)变压器容量的计算 变压器容为
S = 3U 2 I 2 = 3⨯ 97.33⨯ 67.32 = 19.657KW
三．晶闸管的选择
流过晶闸管的电流有效值为
I 1 I 82.5 = 47.63A
VT
d
通态平均电流为
I = I VT
考虑 2 倍安全裕量
T ( AV )
1.57
= 30.34 A
I N ≥ 2 ⨯ I T ( AV ) = 2 ⨯ 30.34 A = 60.68A
所以晶闸管的额定电流为 100A 。
额定电压 U N ≥√6U 2 (1 + 5%) ⨯ 2= 500.66V 故额定电压可取600 V
3
3
4
四．晶闸管保护设计
⑴、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。
如图1-1所示：
图1-1串联电感及熔断器抑制回路
⑵、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1-2所示：
图1-2并联RC电路阻容吸收回路
五．触发电路设计
1）同步电压器设计及同步电压的相位选择向晶闸管整流电路供电的交流侧电源通常来自电网，电网电压频率不是固定不变的，而是会在允许范围内有一定的波动。
为保证触发电路和主电路频率一致，利用一个同步变压器，将一次侧接入为主电路供电的电网，由其二次侧提供同步电压信号，这样，由同步电压决定的触发脉冲频率与主电路晶闸管电压频率始终保持一致。
4
VT1的同步电压应滞后于u a1800，对于其他5个晶闸管，也存在同样的对应关系，即同步电压应滞后于主电路电压1800 。
对于共阳极组的VT4、VT6和VT2，
它们的阴极分别与u
a 、u
b
和u
c
相连，可得简单表示它们的主电路电压分别为-u
a
、
-u
b 和-u
c。
根据主变压器采用Y/Y12联接，同步变压器采用Y,y-0,6联接。
图2所示是
同步变压器和整流变压器的接法及矢量图。
这时，同步电压选取的结果见表1。
图2 同步变压器和整流变压器的接法及矢量图
7
表1 三相全控桥各晶闸管的同步电压（采用图2变压器接法时）
晶闸管VT
1
VT
2
VT
3
VT
4
VT
5
VT
6主电路电
压
+ u
a
- u
c
+ u
b
- u
a
+ u
c
- u
b
同步电压
-u
sa
+u
sc
-u
sb
+u
sa
-u
sc
+u
sb 2）三相触发电路
7
触发电路供电电源从图3中可以看出，需要±15V。
可以通过稳压器C W7815 和CW7915 来提供,图4是供电电源电路图。
图4 触发电路供电电源设计
8
图3 三相全控桥整流电路的集成触发电路
六、MATLAB 仿真图及仿真结果
MATLAB 仿真图如图5，取负载R为100Ω，L 为20H。
仿真结果如图6所示
9
图5 晶闸管三相桥式整流电路的仿真模型
图6 晶闸管三相桥式整流电路的仿真波形
七．心得体会
电力电子技术是一门基础性和支持很强的技术，通过本次课程设计，我对电力电子技术这门课有了更深的了解，对各个知识点有了更好的掌握。
本次设计，我设计的是三相桥式全控整流电路，开始设计时我遇到了很多的问题，好在后来经过仔细查阅资料，各类图书，以及老师和同学的帮助，问题得到了很好的解决。
在课程设计的过程中我培养了自己独立工作的能力，增强了自信心，为我的毕业设计积累了宝贵的经验。
八．参考文献
（第五版），机械工业出版社。
[1] 王兆安、黄俊，
《电力电子技术》
《电力电子技术基础》，浙江大学出版社。
[2] 贺益康、潘再平，
《现代电力电子技术基础》
，高等教育出版社。
[3] 张立，
，机械工业出版社。
《电力电子器件及其应用》
[4] 李序葆、赵永健，
《MATLAB 仿真技术与实例应用教程》，机械工业出版社。
[5] 张森、张正亮，。