三相桥式全控整流电路主电路设计
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的设计与仿真

三相桥式全控整流电路的设计与仿真目录第一章绪论 (2)1.1 设计目的 (2)1.2 设计意义 (2)第二章设计总体思路 (3)2.1设计要求 (3)(1)设计指标 (3)2.2设计思路 (3)2.3基本原理 (4)2.4基本框图 (5)第三章单元电路设计 (5)3.1 主电路 (5)3.2 触发电路 (7)3.3 保护电路 (11)第四章电路分析与仿真 (14)4.1三相桥式全控整流电路 Matlab仿真电路图(阻感负载) (14)仿真电路图 (14)阻感负载仿真图 (15)总结 (19)附录 (20)1、主电路图 (20)2、触发电路图 (21)3、总电路图 (22)参考文献 (24)1第一章绪论1.1设计目的1、通过对三相桥式电路的设计,掌握整流电路的工作原理,提高我们的运用科学理论知识能力、工程实践能力2、通过系统建模和仿真,掌握和运用MATLAB/SIMULINK工具分析系统的基本方法。
1.2设计意义电力电子技术无论对改造传统工业(电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等),还是对新建高技术产业(航天、激光、通信、机器人等)和高效利用能源均至关重要。
我国目前仍旧是一个发展中的国家,尚处于前工业化阶段,传统产业仍然是我国国民经济的主力军,因此在近期或在较长一段时期内,传统产业的改造和发展将在很大程度上决定着我国经济的发展。
而电力、机械、冶金、石油、化工、交通运输是传统产业的重要支柱,这些产业技术水平的高低直接关系到我国工业基础的强弱。
毫无疑问,电力电子技术是提高这些产业技术水平的重要手段,它是对我国传统产业实现技术改造、建立自动化工业体系的关键应用技术。
下面就电力电子技术在国民经济各部门的应用进行简要讨论。
概括起来说,电力电子技术主要应用于电机调速传动、工业供电电源、电力输配电和照明四大方面。
自20世纪50年代末开始,电力电子技术在应用需求的推动下迅速发展成一门崭新的技术。
可以预见,在21世纪,电力电子技术2在现代化社会的建设中的应用将起着重要作用并得到飞跃性的发展。
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设计(精)

雷击过电压:由雷击引起
内因过电压:主要来自电力电子装置内部器件的开关过程
换相过电压:晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后,反向电流急剧减小,会由线路电感在器件两端感应出过电压。
关断过电压:全控型器件关断时,正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。
200
1002
d d U I A R =
== ④晶闸管上流过电流为:
2157. 8d I I A ==
选用晶闸管时,额定电压要留有一定裕量通常取额定电压为正常工作时
晶闸管所承受峰值电压的2~3倍。额定电流也要留一定裕量,一般取额定电流为通态平均电流的1.5~2倍。
第2章各硬件电路设计与分析
2.1主电路
三相桥式全控整流电路图如下:
图1.1三相桥式全控整流电路图
(1三相桥式全控整流电路的特点:
一般变压器一次侧接成三角型,二次侧接成星型,晶闸管分共阴极和共阳极。一般1、3、5为共阴极, 2、4、6为共阳极。
① 2管同时通形成供电回路,其中共阴极组和共阳极组各1,且不能为同1相器件。
②对触发脉冲的要求:
第3章仿真实验实验仿真波形如下:
实验仿真波形图
第4章总结与心得
在大学有这种机会很好,课程设计给我一个自学的好机会。这是继数字电子技术课程设计和单片机原理与应用课程设计之后的第三个学科课程设计,这次我的课程设计题目是三相桥式全控整流电路的设计。通过对三相桥式全控整流电路的研究,更了解了整流电路的线路、原理,我知道了许多触发电路,加深了对触发电路的功能了解。还有保护电路,认识了保护电路的重要,并对其深入了研究。整个课程设计的过程中,重点难点还是在protel原理图的绘制和PCB板的绘制。在分析和设计好主电路后,要用MATLAB进行仿真。由于触发电路比较复杂,所以直接使用了Simulink里面原有的脉冲发生模块。在仿真实验中比较关键的是参数的设置。仿真做完了之后是做硬件实验,由于条件所限老师只让我们画出电路板就可以了。硬件部分是这次课程设计的重点难点,尤其是画PCB板。画PCB板一般是用Protel软件。通过此次课程设计,熟悉了Matlab和Protel的使用方法,它们都是与我们专业密切联系的软件。其中掌握了用Matlab对电力电子电路进行仿真,观察波形,调整参数等操作,巩固了上学期所学的Protel的使用,对原理图SCHDOC和PCB板图绘制熟练了许多。
三相桥式全控整流电路

1系统概述整流电路是电力电子电路中最早出现的一种,它将交流电变为直流电,应用十分广泛,电路形式多种多样,各具特色。
可从各种角度对整流电路进行分类,主要分类方法有:按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。
由电力二极管等不可控器件构成的整流电路叫做不可控整流电路,由晶闸管等半控器件构成的整流电路称为半控型整流电路,由门极可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR)、电力场效应晶体管(Power MOSFET)以及绝缘栅双极晶体管(IGBT)等全控型器件构成等的整流电路称为全控整流电路。
按电路结构可分为桥式电路和零式电路。
按交流输入相数分为单相电路和多相电路。
按变压器二次侧电流的方向是单向或双向,又分为单拍电路和双拍电路。
本系统属于三相桥式全控整流电路,而三相可控整流电路一般有三相半波可控整流电路、三相桥式全控整流电路。
三相半波可控整流电路只需要三个晶闸管,若带阻感负载,则只在正半周开通。
三相半波可控整流电路的特点是简单,但输出脉动大,变压器二次测电流中含直流分量,造成变压器铁心直流磁化。
为使变压器铁心不饱和,需增大铁心截面积,增大了设备的。
因此,实际中一般不采用半波整流,而采用全波整流。
三相可控整流电路中应用较多的是三相桥式全控整流电路,共六个晶闸管组成三对桥臂。
由于在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载,故该电路为全波整流。
在u2一个周期内,整流电压波形脉动6次,脉动次数多于半波整流电路,该电路属于双脉波整流电路。
变压器二次绕组中,正负两个半周电流方向相反且波形对称,平均值为零,即直流分量为零,不存在变压器直流磁化问题,变压器绕组的利用率也高。
1.1总体方案设计现要设计一三相桥式半控整流电路,带直流电动机负载,电压调节范围为0~220V。
整个系统可分为主电路和触发电路两部分,总体结构框图如下图1所示:1.2系统工作原理在系统主电路中,首先由主变压器将电网电压变换为需要的交流电压,接着由整流桥将交流电转化为直流电供给直流电动机负载。
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的设计
课程设计任务书学生姓名:杨专业班级:自动化指导教师:工作单位:信息工程系题目:三相全控桥式整流电路的设计一.初始条件:1.直流电动机额定参数: PN=10KW, UN=220V, IN =50A,n=1000r/min,电枢电阻NRa=0.5Ω,电流过载倍数λ=1.5,电枢电感LD =7mH,励磁电压UL=220V 励磁电流IL=1.6A.2.进线交流电源:三相380V3.性能指标:直流输出电压0-220V,最大输出电流75A,保证电流连续的最小电流为5A。
使用三相可控整流电路,电动机负载,工作于电动状态。
二.要求完成的主要任务:1. 三相全控桥式主电路设计(包括整流变压器参数计算,整流元件定额的选择,平波电抗器电感量的计算等),讨论晶闸管电路对电网及系统功率因数的影响。
2.触发电路设计。
触发电路选型(可使用集成触发器)。
3.晶闸管的过电压保护与过电流保护电路设计。
4.提供系统电路图纸不少于一张。
三.时间安排:指导老师签字:年月日1引言整流电路尤其是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要也是应用得最为广泛的电路, 不仅用于一般工业, 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. 因此对三相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义, 这不仅是电力电子电路理论学习的重要一环, 而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用. 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。
2设计的步骤⑴根据给出的技术要求,确定总体设计方案⑵选择具体的元件,进行硬件系统的设计⑶进行相应的电路设计,完成相应的功能⑷进行调试与修改⑸撰写课程设计说明书3设计方案选择及论证3.1三相桥式全控整流电路(如图3-1)应用最为广泛,共阴极组——阴极连接在一起的3个晶闸管(VT1,VT3,VT5)共阳极组——阳极连接在一起的3个晶闸管(VT4,VT6,VT2)编号:1、3、5,4、6、2阻感负载时的工作情况a≤60°时,u d波形连续,工作情况与带电阻负载时十分相似,各晶闸管的通断情况、输出整流电压u d波形、晶闸管承受的电压波形等都一样区别在于:由于负载不同,同样的整流输出电压加到负载上,得到的负载电流i d波形不同。
三相全控整流电路设计
三相全控整流电路设计首先,我们来了解一下三相全控整流电路的原理。
三相电压通过变压器降压后输入到全控整流桥中。
全控整流桥由六个可控硅组成,用于将交流电转换为直流电。
当可控硅接通时,正半周交流电通过可控硅和负载,产生正半周输出电流。
当可控硅关断时,负载上的电流为零。
通过不断调节可控硅的触发角,可以实现对输出直流电的控制。
下面是三相全控整流电路的设计步骤:1.确定输入电源的参数:包括输入电压、频率、输出电流等。
根据这些参数来选择合适的变压器和滤波电容。
2.选择可控硅器件:可控硅具有可逆电流特性,可以控制整流桥的导通和关断。
选择合适的可控硅型号,考虑到其额定电流和电压能否满足设计需求。
3.计算滤波电容:滤波电容可以平滑输出电压波动。
根据负载电流和要求的纹波系数来计算所需的滤波电容。
4.设计触发控制电路:触发控制电路用于控制可控硅的导通和关断。
触发脉冲的宽度和相位可以通过控制触发电路的输出来实现。
5.绘制电路原理图和PCB布局:将上述设计结果绘制成电路原理图,并进行PCB布局,以便制造和安装电路。
6.选择合适的保护措施:三相全控整流电路在设计过程中需要考虑过电流、过温、过压等保护措施,保证电路的安全运行。
三相全控整流电路的应用非常广泛。
它可以用于工业电力系统中的直流电源供应,如钢铁厂、化工厂等。
此外,它还可以应用于交通设备控制,如电动车充电器、电车、电梯等。
同时,它还可以作为电动机的起动器,实现电动机电源的变频控制。
总而言之,三相全控整流电路是一种常见的交流电到直流电转换电路,具有广泛的应用领域。
在设计这个电路时,我们需要确定输入电源参数,选择合适的可控硅器件,计算滤波电容,并设计触发控制电路。
通过合适的保护措施,可以确保电路的安全运行。
三相全控整流电路在工业电力系统、交通设备和电动机控制等领域具有重要的应用。
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目录1绪论 (1)2三相桥式全控整流电路主电路设计 (1)2.1整流变压器参数计算 (2)2.1.1次级相电压 (2)2.1.2初级相电流和次级相电流 (3)2.1.3初级容量次级容量和平均计算容量(视在容量) (4)2.2晶闸管参数选择 (4)2.2.1晶闸管额定电压的选择 (5)2.2.2 晶闸管额定平均电流和电流有效值的选择 (5)2.3晶闸管的保护 (6)2.3.1晶闸管的过电压保护 (6)2.3.2晶闸管的过电流保护 (10)2.3.3电流上升率、电压上升率的限制 (12)3谐波分析 (14)3.1谐波分析 (14)3.1.1网测电流的谐波分析 (14)3.1.2谐波分析小结 (15)4结论 (16)参考文献 (16)致谢 ............................................................................................................................ 错误!未定义书签。
1绪论电力电子技术的应用已深入到国家经济建设,交通运输,空间技术,国防现代化,医疗,环保和人们日常生活的各个领域。
进入新世纪后电力电子技术的应用更加广泛。
以计算机为核心的信息科学将是21世纪起主导作用的科学技术之一,有人预言,电力电子技术和运动控制一起,将和计算机技术共同成为未来科学的两大支柱。
电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。
具体地说,就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
通常把电力电子技术分为电力电子制造技术和变流技术两个分支。
变流技术也称为电力电子器件的应用技术,它包括用电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术,以及由这些电路构成电路电子装置和电力电子系统的技术。
“变流”不仅指交直流之间的交换,也包括直流变直流和交流变交流的变换。
如果没有晶闸管及电力晶体管等电力电子器件,也就没有电力电子技术,而电力电子技术主要用于电力变换。
因此可以认为,电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础,而变流技术则是电力电子技术的核心。
电力电子器件制造技术的理论基础是半导体物理,而变流技术的理论基础是电路理论。
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。
三相桥式全控整流电路已成为目前应用最为广泛的整流电路。
2三相桥式全控整流电路主电路设计三相桥式全控整流电路的原理图如图2-1所示。
变压器一次侧接成三角形,避免三次谐波电流流入电网;为得到零线,二次侧接成星形。
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。
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。
由整流原理知,晶闸管的导通顺序为VT1、VT、VT3、VT4、VT5、VT6。
图2-1 三相桥式全控整流电路原理图设计方案及要求: 某晶闸管三相桥式整流电路供电给ZZ-91型直流电动机,其额定值为U N=220 V,I N=287 A(即整流电流平均值I d),P N=55 kW,n N=1500 r/min,磁极对数p=2;励磁回路参数:U fN=220 V、I fN=0.35 A;变压器短路比百分数u k%=5,励磁电流百分数i0%=8;电机的过载倍数为1.5。
变压器一次侧相电压380V。
要求完成主电路设计,分析各主要元件的选择及参数的计算。
2.1整流变压器参数计算在晶闸管整流装置中,满足负载要求的交流电压往往与电网电压不一致,这就需要利用变压器来进行电压匹配。
另外,为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,也需要设置变压器将晶闸管装置和电网隔离。
因此,在晶闸管整流装置中一般都需要设置整流变压器,它的参数计算是一个重要的问题,对整流装置的性能有着直接的影响。
通常情况下,整流变压器的初级电压是电网电压,是已知的,而整流变压器参数的计算是指根据负载的要求计算次级的相电压U2、相电流I2,初级容量S1,次级容量S2和平均计算容量S。
只有在这些参数正确计算之后,才能根据计算结果正确、合理地选择整流变压器或者自行设计整流变压器。
考虑到整流装置的伏在不同,电路的运行情况不同,其交直流侧个点亮的基本关系也不同。
为方便起见,本文以具有大电感的直流电动机负载为例,分析整流变压器参数的计算,其基本原则同样适用于其它性质的负载。
2.1.1次级相电压主电路中影响整流变压器次级电压U2精确计算的主要因素是:U2值的大小首先要保证满足负载所要求的最大平均电压U d ;晶闸管并非是理想的半可控开关器件,导通时有一定的管压降U V ;变压器漏抗的存在导致晶闸管整流装置在换相过程中产生换相压降ΔU x ;晶闸管装置供电的电动机是恒速系统,在最大负载电流时,电机的端电压应当为电动机的额定电压U N 和电枢电流在电枢电阻R D 上压降之和。
考虑到以上几点,并结合实际经验,可得出次级相电压的工程计算方法如下所示()AU U N 5.1~2.12= (2-1) 式中的U N 为电动机的额定电压,系数(1.2~1.5)是考虑到各种因素影响后的安全系数,A 由表1查的。
所以,()V U 13234.22205.1~2.12== (前系数取1.4) 2.1.2初级相电流和次级相电流在忽略变压器激磁电流的情况下,可根据变压器的磁势平衡方程写出初级和次级电流的关系式为2211N I N I =或KI N N I I 121221== 式中,N 1和N 2为变压器初级和次级绕组的匝数,k =N 1/N 2为变压器的变比。
为简化分析,令N 1 =N 2(即k =1),则由上式可见,对于普通电力变压器而言,初、次级电流是有效值相等的正弦波电流。
但对于整流变压器来说,通常初、次级电流的波形并非正弦波,在大电感负载的情况下,整流电流I d 是平稳的直流电,而变压器的次级和初级绕组中的电流都具有矩形波的形状。
欲求得各种接线形式下变压器初、次级电流的有效值,就要根据相应接线形式下初、次级电流的波形求其有效值,从而可得d I K I 122= (2-2)d I K I 111= (2-3)式中K 11和K 12分别为各种接线形式时变压器初、次级电流有效值和负载电流平均值之比。
所以,A I I d 2.234816.02==,A I I d 2.234816.01==2.1.3初级容量次级容量和平均计算容量(视在容量)在计算得到变压器次级相电压有效值U 2以及相电流有效值I 2后,根据变压器本身的相数m 就可计算变压器的容量,其值为2222I U m S = (2-4)1111I U m S = (2-5)平均计算容量()2121S S S += (2-6) 式中,m 1和m 2为变压器初、次级绕组的相数。
所以,KVA S 7.922.23413232=⨯⨯=KVA S 2672.23438031=⨯⨯=KVA S 180=综上,整流变压器应选用10KV 级S9系列变压器中的一种,即额定容量为250KV A ,一次侧额定电压6KV ,二次侧额定电压0.4KV ,空载损耗600W,负载损耗2900W,空载电流3.0%,阻抗电压4%。
2.2晶闸管参数选择合理地选择晶闸管,可以在保证晶闸管装置可靠运行的前提下降低成本,获得较好的技术经济指标。
在采用普通型(KP 型)晶闸管的整流电路中,应正确选择晶闸管的额定电压与额定电流参数。
这些参数的选择主要与整流电路的型式,电流、电压与负载电压、电流的大小,负载的性质以及触发角α的大小有关。
为了简化计算,以下均以α=0°来计算晶闸管的电流值。
一般来说,晶闸管的参数计算及选用原则为:计算每个支路中晶闸管元件实际承受的正、反向工作峰值电压;计算每个支路中晶闸管元件实际流过的电流有效值和平均值;根据整流装置的用途、结构、使用场合及特殊要求等确定电压和电流的储备系数;根据各元件的制造厂家提供的元件参数并综合技术经济指标选用晶闸管元件。
2.2.1晶闸管额定电压的选择由理论分析可得,当可控整流电路接成三相全控电路形式时,每个晶闸管所承受的正、反向电压均为整流变压器次级线电压的峰值,即ϕ26U U m = (2-7)式中:ϕ2U ——整流变压器次级相电压;m U ——晶闸管承受的正、反向最大电压。
晶闸管额定电压必须大于元件在电路中实际承受的最大电压U m ,考虑到电网电压的波动和操作过电压等因素,还要设置2~3倍的安全系数,即按下式选取:()U U VN 3~2= (2-8)式中系数(2~3)的取值应视运行条件、元件质量和对可靠性的要求而定,通常对可靠性高的装置取值较大。
不同整流电路中,晶闸管承受的最大峰值电压U m 不同,如表2-1所示。
按式(8)所计算的U VN 值选取相应电压级别的晶闸管元件,所以,()V U VN 8.969~5.6461326)3~2(=⨯⨯=取U VN =800V表2-1 整流元件的最大峰值电压U m 和通态平均电流的计算系数K fb①指带有续流二极管的电路。
2.2.2 晶闸管额定平均电流和电流有效值的选择额定值,即必须使为使晶闸管元件不因过热而损坏,需要按电流的有效值来计算其电流元件的额定电流有效值大于流过元件实际电流的最大有效值。
由理论分析可知,晶闸管流过正弦半波电流的有效值I V 和额定值I VV (通态平均电流)的关系当α=0°时为VV V I I 57.1= (2-9)在各种不同型式的整流电路中,流经整流元件的实际电流有效值等于波形系数k f 与元件电流平均值的乘积,而元件电流平均值为I d /k b (式中 I d 为整流电路负载电流的平均值,即整流输出的直流平均值;k b 为共阴极或共阳极电路的支路数)。
考虑(1.5~2)倍的电流有效值安全系数后,式(9)可以写为VV bd f I k I k 57.1)2~5.1(= ()()d fb d b fVV I k ~I k k ~I ⋅==25.157.125.1 (2-10)式中计算系数b f fb k k k 57.1/=。
当α=0°时,不同整流电路、不同负载性质的k fb 值示于表2-2中。
晶闸管的额定平均电流VV I 。
查表2-2,系数368.0=fb k ,式中N d I I 5.1=,按式(2-10)计算的晶闸管额定电流为()()()3172385.1287368.025.125.1~~I k ~I d fb VV =⨯⨯⨯=⋅= A取300A 。
选择 KP300-8型晶闸管,共六只。