三相桥式全控整流电路设计.doc

精选优质文档-倾情为你奉上课程设计说明书 题目名称：三相桥式全控整流电路设计系 部： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 完成日期： 专心-专注-专业 新疆工程学院 课程设计评定意见设计题目 三相桥式全控整流电路设计 系 部 专业班级 学生姓名_ 学生学号 评定意见：评定成绩： 指导教师（签名）： 年 月 日（此页背书）评定意见参考提纲：1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。2、学生的勤勉态度。3、设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。新疆工程学院_系(部)课程设计任务书 学年第 学期 年 月 日专业班级课程名称电力电子课程设计设计题目三相桥式全控整流电路设计指导教师起止时间2014.6.16-6.22周数一周设计地点设计目的：1、 贯彻理论联系实际的教学原则，巩固和扩大已学过的电子技术的基础知识，为技术基础课和专业课程的学习建立初步的感性认识并提高学生的工程实践能力 2、了解一种电子设备主要零部件加工过程的技术要求、结构原理以及装配调试工艺。 3、培养学生的劳动观念，加强组织性和纪律性，促进学生综合素质的全面提高设计任务或主要技术指标：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），同步信号的定相等。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。设计进度与要求：设计进度：第1天：选题，查资料；第2天：进行方案分析，确定设计方案；第3天：电路原理设计；第4天：检查设计，修改设计；第5天：编写整理设计说明书。设计要求：1. 所设计的电路达到设计任务要求。 2. 分析结果，写出设计说明书。主要参考书及参考资料： 1 王兆安，黄俊. 电力电子技术M. 4版. 北京：机械工业出版社，2000.2 黄俊，王兆安. 电力电子技术M. 3版. 北京：机械工业出版社，1993.3 陈伯时. 电力拖动自动控制系统M. 2版. 北京： 机械工业出版社，2006.教研室主任（签名） 系（部）主任（签名） 摘 要电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术（整流、逆变、斩波、变频、变相等）两个分支。它是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。 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。关键词：整流电路、晶闸管、三相桥式全控整流目 录1.1 电力电子器件概念 1.1 电力二极管 它的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管是一样的，都以半导体PN结为基础，实现正向导通、反向截止的功能；电力二极管是不可控器件，其导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。 1.1.1整流二极管的常用参数: （1）最大平均整流电流IF：指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。该电流由PN结的结面积和散热条件决定。使用时应注意通过二极管的平均电流不能大于此值，并要满足散热条件。例如1N4000系列二极管的IF为1A。 （2）最高反向工作电压VR：指二极管两端允许施加的最大反向电压。若大于此值，则反向电流(IR)剧增，二极管的单向导电性被破坏，从而引起反向击穿。通常取反向击穿电压(VB)的一半作为(VR)。例如1N4001的VR为50V，1N4007的VR为1OOOV 。 （3）最大反向电流IR：它是二极管在最高反向工作电压下允许流过的反向电流，此参数反映了二极管单向导电性能的好坏。因此这个电流值越小，表明二极管质量越好。 （4）击穿电压VR：指二极管反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值。反向为软特性时，则指给定反向漏电流条件下的电压值。1.2 晶闸管简介 晶闸管是闸流管的简称，又可称做整流器，以前被简称为可控硅；晶闸管是PNPN四层结构，它有三个极：，阴极和门极； 晶闸管具有硅整流的特性，能在高电压、大条件下工作，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、逆变及变频等电子电路中。晶闸管的开通和关闭和三极管有很大的差别，可以视为一个双稳态器件，只具有两个工作状态即开通和关闭。晶闸管的开通受2个条件约束，阴阳极的正偏压和门极与阴极的正偏压，关断则只需要流过管子的电流小于一定的值，并且维持一定的时间就自然关断。不受门极控制。工作原理相当于两个三极管的等效电路。1.2.1 晶闸管的工作原理 晶闸管组成的实际电路如图1-1所示：为了说明晶闸管的工作原理，可将其看成NPN和PNP两个三极管相连，用三极管的符号来表示晶闸管的等效电路，如图1-2（a）所示,其工作过程如图1-2（b）所示。当晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压UZ而控制极K不加电压时，中间的PN结处于反向偏置，管子不导通，处于关断状态。当晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压UA，且控制极G和阴极K之间也加正向电压UG时，外层靠下的PN结处于导通状态。若V2管的基极电流为IB2，则集电极电流Ic2为2IB2，V1管的基极电流IB1等于Vz管的集电极电流，因而V2的集电极电流Icl为l2如，该电流又作为V2管的基极电流，再一次进行上述的放大过程，形成正反馈。在很短的时间（一般几微秒）两只二极管均进入饱和状态，使晶闸管完全导通。当晶闸管完全导通后，控制极就失去了控制作用，管子依靠内部的正反馈始终维持导通状态。此对管子压降很小，一般为0. 61.2 V，电源电压几乎全部加在负载电阻R上，晶闸管中有电流流过，可达几十至几千安。要想关断晶闸管，必须将阳极电流减小到不能维持正反馈过程，当然也可以将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极之间加一反向电压。综上所述，可得如下结论： 晶闸管与硅整流二极管相似，都具有反向阻断能力，但晶闸管还具有正向阻断能力，即晶闸管正向导通必须具有一定的条件：阳极加正向电压，同时控制极也加正向触发电压（实际工作中，控制极加正触发脉冲信号）。 晶闸管一旦导通，控制极即失去控制作用。要使晶闸管重新关断，必须做到以下两点之一：一是将阳极电流减小到小于维持电流IH；二是将阳极电压减小到零或使之反向。1.3 晶闸管对电网的影响晶闸管变流设备一般都是通过变压器与电网连接的，因此其工作频率为工频初级电压即为交流电网电压。经过变压器的耦合，晶闸管主电路可以得到一个合适的输入电压，是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，减小电网污染。在变流电路所需的电压与电网电压相差不多时，有时会采用自耦变压器；当变流电路所需的电压与电网电压一致时，也可以不经变压器而直接与电网连接，不过要在输入端串联“进线电抗器”以减少对电网的污染。在分析整流电路工作原理时，我们曾经假设晶闸管是理想的开关元件，导通时认为其电阻为零，而关断时，认为其电阻无穷大。但事实上，晶闸管并非是理想的可控开关元件，导通时有一定的管压降。晶闸管装置中的无功功率，会对公用电网带来不利影响：1) 无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致设备容量增加。2) 无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线路的损耗增加。3) 使线路压降增大，冲击性无功功率负载还会使电压剧烈波动。晶闸管装置还会产生谐波，对公用电网产生危害，包括：1) 谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。2) 谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、使绝缘老化、寿命缩短以至损坏。3) 谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，会使上述1)和2)两项的危害大大增加，甚至引起严重事故。4) 谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表不准确。5) 谐波会对临近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。由于公用电网中的谐波电压和谐波电流对用电设备和电网本身都会造成很大的危害，世界许多国家都发布了限制电网谐波的国家标准，或由权威机构制定限制谐波的规定。制定这些标准和规定的基本原则是限制谐波源注入电网的谐波电流，把电网谐波电压控制在允许的范围内，使接在电网中的电气设备能免受谐波干扰而正常工作。世界各国所指定的谐波标准大都比较接近。我国由技术监督局与1993年发布了国家标准(GB/T14549-93)电能质量公用电网谐波，并从1994年3月1日起开始实施。2 三相全控桥式主电路设计 总体框架图:交流源±220V主变压器触发脉冲主电路保护电路 图2-1 总体框架图2.1 整流变压器的设计 2.1.1 整流变压器的设计原理整流变压器就是降压变压器。降到所需电压后再用半导体管整流。变压器和普通变压器的原理相同。变压器是根据电磁感应原理制成的一种变换交流电压的设备。变压器一般有初线和次级两个互相独立绕组，这两个绕组共用一个铁芯。变压器初级绕组接通交流电源，在绕组内流过交变电流产生磁动势，于是在闭合铁芯中就有交变磁通。初、次级绕组切割磁力线，在次级就能感应出相同频率的交流电.变压器的初，次级绕组的匝数比等于电压比。在晶闸管整流装置中，很多情况下晶闸管整流装置所要求的交流电电压与电网电压往往不能一致，这就需要利用变压器来匹配；另外，为降低或减少晶闸管交流装置对电网和其它用电设备的干扰，也需要设置变压器把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，当且仅当晶闸管交流侧电压和电网电压一致时可以省去。2.1.2 整流变压器的参数设定变压器的参数计算之前，应该确定负载要求的直流电压和电流，确定变流设备的主电路接线形式和电网电压。先选择二次电压有效值U2，U2数值的选择不可过高和过低，如果过高会使得设备运行中为保证输出直流电压符合要求而导致控制角过大，使功率因素变小；如果过低会得不到负载要求的直流电压的现象。整流变压器额定参数的计算，主要根据主电路的形式，负载的大小，输出直流电压和负载电流，求出整流变压器的次级相电压、次级电流和容量，然后求出初级电流和容量。2.1.3整流器件的定额计算和选择本设计采用晶闸管三相全控桥整流电路，根据设计要求可得由此可以的出，经分析知，综上所述，选定额为IT(AV) 50A, UTN800V的晶闸管作为整流器件，可采用KP50系列的晶闸管，其IT(AV) 50A，通态平均电压上限值由各制造厂根据合格的形式试验给出。2.1.3变压器次级相电压的计算整流器主电路有多种接线形式，在理想情况下，输出直流电压Ud与变压器次级相电压U2有以下关系其中KUV为主与主电路接线形式有关的常数；KB为以控制角为变量的函数，设整流器在控制角=0和控制角不为0时的输出电压平均值分别为UD0和UD，则KUV=UDO/U2，KB=UD/UDO。在实际运行中，整流器输出的平均电压还受其它因素影响，主要有：（1）电网电压的波动。一般电网电压的波动允许范围在+5%-10%，考虑电网电压最低的情况，设计中通常取电压波动系数=0.9-0.95。（2）整流元件的正向压降。实际上整流元件要降掉一部分输出电压，设其为UT。由于整流元件和负载是串联的，导通回路中串联元件越多，所以降掉的电压也就越多，设回路原件串联个数为NS，这样降掉的电压为NSUT。（3）直流回路的杂散电阻。设备工作时会产生附加电压降，一般U占额定电压的0.2%0.25%。（4）换相重叠角引起的电压损失。换相重叠角引起的电压降Ud由交流回路的电抗引起，可由整流变压器漏抗Xs表示。变压器漏抗主要和短路电压百分比Uk%有关。不同容量的变压器其短路电压百分比也不一样。Ud可由以下公式计算，对于n相桥式电路，在三相桥式里，也为（5）整流变压器电阻的影响。假定功率因素为1，则交流电压的损失Ua为由其引起的整流输出电压的压降为考虑以上所有因素，整流电压的直流输出电压为次级相电压有效值的计算公式为KX叫做换相电压降系数，对换相压降有影响，它与电路的接线形式有关，当电路为n相桥式整流时，KX为表2-1整流变压器计算系数2.1.4 初、次级电流与变压器容量的计算以三相桥式整流电路为例进行分析。大电感负载时，负载电流基本上是直流，因而晶闸管电流为方波，变压器次级电流也为方波，其有效值与负载电流成正比关系。变压器次级电流i2的波形为正负对称的矩形波，可分解成基波与各次谐波。由于没有直流分量，因此它们都可以通过变压器的磁耦合反映到一次绕组中去。所以，i2和i2电流波形相似，其有效值为次级电压以理想情况计算为,所以，变压器次级容量为变压器初级电流为变压器初级容量为可见，当变压器次级电流无直流分量时，次级容量等于初级容量。对于三相全控桥式整流电路来说，=变压器的等效电容为初、次级电容的平均值表2-2各种整流电路变压器容量计算系数整流电路变压器负载性质三相全控桥电阻性负载2.341.221.051.051.05电感性负载2.341.221.051.051.05由表可知，整流变压器的平均容量都大于整流功率Pd，二者之比越接近于1，则该种线路变压器的利用率越高。2.1.5变压器参数计算和选择（1）UD0的选择：直流电动机的额定电压为220，即可知道要使电动机工作在电动状态所需要的额定电压为220，即UD=220。根据给定的直流电动机的参数可求得和的值为为电动机电枢电路总电阻的标么值，为对于电动机额定电流和电压的电阻的标么值。根据所给参数，得。由于是三相全控桥整流电路，Ns=2，整流元件降压UT=1，KUV=2.34，KB=COS， 。为度范围，取。为计算方便，电枢回路铜损耗忽略。将以上所得的参数带入到公式得，因为进线交流电源是三相380V。故本设计可以选择，此电压可以在为度范围内使整流电路输出的直流电压，使电动机达到额定工作状态。（2）容量的计算：根据三相全控桥变压器二次侧电流的有效值的计算公式计算得，。由于变压器采用型连接，则即即可求得， 即综上所述，选择型号为，380的变压器。 2.2 三相桥式全控整流电路的原理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： 1)按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60°。2)共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120°，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120°。 3)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°。（3）Ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发（常用）（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。三相桥式全控整流电路实质上是三相半波共阴极组与共阳极组整流电路的串联。在任何时刻都必须有两个晶闸管导通才能形成导电回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，另一个晶闸管是共阳组的。 6 个晶闸管导通的顺序是按 VT6 VT1 VT1 VT2 VT2 VT3 VT3 VT4 VT4 VT5 VT5 VT6 依此循环，每隔 60 °有一个晶闸管换相。为了保证在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，采用了双脉冲触发电路，在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次，两次脉冲前沿的间隔为 60 °。三相桥式全控整流电路原理图如右图所示。 三相桥式全控整流电路用作有源逆变时，就成为三相桥式逆变电路。由整流状态转换到逆变状态必须同时具备两个条件：一定要有直流电动势源，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压；其次要求晶闸管的 a 90 °，使 U d 为负值。 图2-2 三相全控桥式整流电路 2.3 三相全控桥的工作特点 2.3.1 阻感负载时的波形分析 三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电（即用于直流电机传动），下面主要分析阻感负载时的情况。当600时，ud波形连续，电路的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ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于负载不同时，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id 波形不同，电阻负载时ud 波形与id 的波形形状一样。而阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。图2-2和图2-3分别给出了三相桥式全控整流电路带阻感负载=0和=30的波形。 图2-3 触发角为0时的波形图 图2-4 触发角为30时的波形图当600时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时ud波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感L的作用，ud波形会出现负的部分。图2-4给出了=90时的波形。若电感L值足够大，ud中正负面积将基本相等，ud平均值近似为零。这说明，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的角移相范围为90。 图2-5 触发角为90时的波形图2.4 平波电抗器的参数及选择平波电抗器用于整流以后的直流回路中。整流电路的脉波数总是有限的，在输出的整直电压中总是有纹波的。这种纹波往往是有害的，需要由平波电抗器加以抑制。直流输电的换流站都装有平波电抗器，使输出的直流接近于理想直流。直流供电的晶闸管电气传动中，平波电抗器也是不可少的。2.4.1 电抗器的电感若要求变流器在某一最小输出电流时仍能维持电流连续，则电抗器的电感可按下式计算：式中 交流测电源相电压有效至。要求连续的最小负载电流平均值。与整流主电路形式有关的计算系数，=0.693。对于不同控制角，所需的电感量为本设计中的参数为：，临界值。将以上所述参数代入，可计算出本设计所需的临界电感参数值，即：2.4.2 整流变压器漏电感的计算整流变压器漏电感折算到次级绕组每相的漏电感按下式计算：式中 变压器次级相电压有效值。 晶闸管装置直流侧的额定负载电流(平均值)。变压器的短路比。100以下的变压器取；1001000的变压器取；与整流主电路形式有关的系数，=3.9。本设计，。将以上所需参数代入式中可计算出漏电感的值，即综上所述，根据直流电动机的电枢电感为，可得使输出电流连续的临界电感量电抗器要选的值应比大，故选的电感作为平波电抗器。2.5 系统功率因数的讨论三相桥式全控整流电路接反电动势负载时，由于设计时接了平波电抗器，所以负载电感足以使电流连续，则电路的工作情况与感性负载时相似，即可以根据感性负载来讨论功率因数。设交流电抗为零，假设直流电感 为足够大，。此时，电流为正负半周各的方波，三相电流波形相同，且依次相差，其有效值与直流电流的关系为(2.3.3)同样可将电流波形分解为傅里叶级数。以相电流为例，将电流负、正两半波的中点作为时间零点，则有由式(2.3.4)可得电流基波和各次谐波有效值分别为由此可得以下结论：电流中仅含(为正整数)次谐波，各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。可得基波因数为电流基波与电压的相位差仍为，故位移因数仍为功率因数即为2.6 定量分析与参数计算 在以上的分析中已经说明，整流输出的波形在一周期内脉动六次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉波（即1/6周期）进行计算即可。此外，以线电压的过零点为时间坐标的零点，于是可得当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载=90o时）的平均值为 电阻负载且>60o时，整流电压平均值为 输出电流平均值为。 当整流变压器为图1中所示采用星形联结，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形如图7中所示，为正负半周各宽120o、前沿相差180o的矩形波，其有效值为 晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。 晶闸管的参数： 电压额定：晶闸管在三相桥式全控整流过程中承受的峰值电压: 考虑安全裕量，一般晶闸管的额定电压为工作时所承受峰值电压的23倍。即 。 例如,输出功率为2kw，负载电阻为20，理想变压器二次侧电压所以晶闸管的额定电压: 电流额定：通态平均电流，, 。考虑安全裕量，应选用的通态平均电流为计算的倍。计算得。 对于晶闸管我们选用可关断晶闸管CTO。它是具有门极正信号触发导通和门极负信号关断的全控型电力电子器件。她既具有普通晶闸管耐压高、电流大的特点，同时又具有GTR可关断的优点。 综上所述 ，我们选用国产50A GTO。参数如下.选用电阻20欧姆。正向阻断电压:10001500,受反压，阳极可关断电流：30、50A擎柱电流0.52.5正向触发电流：200800MA，反向关断电流：610A，开通时间：<6us,m关断时间:<10us,工作频率：<3KHz,允许du/dt>500V/us,允许di/dt>100A/us,正管压降24V关断增益：整流变压器的参数：很多情况下晶闸管整流装置所要求的变流供电压与电网电压往往不能一致，同时又为了减少电网与整流装置的相互干扰，可配置整流变压器。我们假设变压器是理想的。.所以变压器的匝数比为。变压器一、二次容量为。2.7 实验内容2.7.1 接线在实验装置断电的情况下，按三相桥式全控整流及有源逆变电路实验线路图及接线图进行接线。图中的 可调电阻器 R p ，选用 MEL 03 中的其中一组可调电阻器并联， R p 的初始电阻值应调到最大值。 2.7.2 触发电路调试 将 MCL 32 电源控制屏的电源开关拨向“开”的位置，接通控制电路电源红色指示灯亮 。 检查晶闸管的 触发 脉冲是否正常 。用示波器观察 MCL 33 脉冲观察孔“ 1 ” “ 6 ” ，应有相互间隔 60 o ，幅度相同的双脉。 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。 调节 MCL 31 的给定电位器 RP1 使 U g 0V ，然后调节偏移电压 U b 使 a 150 o ，逐渐 调节 给定电压 U g ，观察 触发脉冲移相范围是否满足 a 30 ° 150 °。2.7.3 三相桥式全控整流电路 调节 MCL 31 的给定电位器 RP1 使 U g 0V 。 将主电路开关 S1 拨向左边短接线端接通电阻负载，将 R d 调至最大值 (450 W ) 。 按下 MCL 32 电源控制屏的“闭合”按钮，接通 主电路电源 绿色指示灯亮。 调节 MCL 31 的给定电位器 RP1 使 a 90 °， 用示波器观察记录 整流电路输出电压 U d f （ t ）以及晶闸管两端电压 U VT f （ t ）的波形。采用类似方法，分别 观察记录 a 30 °、 a 60 °时 U d f （ t ）、 U VT f （ t ）的波形。 2.7.4 三相桥式有源逆变电路 调节 MCL 31 的给定电位器 RP1 使 U g 0V 。 按 MCL 32 电源控制屏 的“断开”按钮，切断主电路电源 红色指示灯亮 ， 将主电路开关 S1 拨向右边的不可控整流桥接线端，将 R d 调至最大值 (450 W ) 。 按下 MCL 32 电源控制屏的“闭合”按钮，接通 主电路电源 绿色指示灯亮。 调节 MCL 31 的给定电位器 RP1 ，使 a 90 °， 用示波器观察记录逆变 电路输出电压 U d f （ t ）以及晶闸管两端电压 U VT f （ t ）的波形。采用类似方法，分别 观察记录 a 120 °、 a 150 °时 U d f （ t ）、 U VT f （ t ）的波形。 图2-6 三相桥式全控整流及有源逆变电路实验线路图及接线图 3 单元电路设计 3.1 主电路主电路为带电阻负载的三相桥式电路, 用protel绘制如下所示: 图3-1 主电路图3.2 触发电路 3.2.1 触发电路设计目的要使晶闸管开始导通，必须施加触发脉冲，在晶闸管触发电路中必须有触发电路，触发电路性能的好坏直接影响晶闸管电路工作的可靠性，也影响系统的控制精度，正确设计触发电路是晶闸管电路应用的重要环节。 3.2.2 设计的任务指标及要求触发脉冲的宽度应保证晶闸管开关可靠导通（门极电流应大于擎柱电流），触发脉冲应有足够的幅度，不超过门极电压、电流和功率，且在可靠触发区域之内，应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离1 输入电压：直流+15V,-15V. 2 交流同步电压：20V. 3 移相电压：0 - 10 V. 4移相范围：大于等于170度. 5对电路进行设计，计算元器件参数. 3.3.3 触发电路设计方案的选择可供选择的方案种类： 1 单结晶体管触发电路 2 正弦波同步触发电路 3 锯齿波同步触发电路 4 集成触发电路3.3.4 方案选择的论证 1单结晶体管触发电路：脉冲宽度窄，输出功率小，控制线性度差；移相范围一般小于180度，电路参数差异大，在多相电路中使用不易一致，不付加放大环节。适用范围：可触发50A以下的晶闸管，常用于要求不高的小功率单相或三相半波电路中，但在大电感负载中不易采用。2 正弦波同步触发电路：由于同步信号为正弦波，故受电网电压的波动及干扰影响大，实际移相范围只有150度左右。适用范围：不适用于电网电压波动较大的晶闸管装置中。3 锯齿波同步触发电路：它不受电网电压波动与波形畸变的直接影响，抗干扰能力强，移相范围宽，具有强触发，双脉冲和脉冲封锁等环节，可触发200A的晶闸管。适用范围：在大众中容量晶闸管装置中得到广泛的应用。4 集成触发电路：移相范围小于180度，为保证触发脉冲的对称度，要求交流电网波形畸变率小于5%。适用范围：应用于各种晶闸管。根据晶闸管触发电路设计的任务和要求决定采用锯齿波同步触发电路的设计方案进行设计。晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角a的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。此处就是采用集成触发产生触发脉冲。KJ004组成分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。KJ004触发电路为模拟的触发电路,其组成为：3个KJ004集成块和1个KJ041集成块，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大,即可得到完整的三相全控桥触发电路, 用protel绘制的完整触发电路如下所示： 图3-2 完整触发电路图3.3 保护电路为了保护设备安全，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。本例中设计的三相桥式全控整流电路为大功率装置，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。3.3.1 交流侧保护电路交流侧过电压一般都是外因过电压，在抑制外因过电压的措施中，采用RC过电压抑制电路是最为常见的。通常是在变压器次级(元件侧)并联RC电路，以吸收变压器铁心的磁场释放的能量，并把它转化为电容器的电场能而储存起来。串联电阻是为了在能量转换过程中可以消耗一部分能量并且抑制LC回路可能产生的振荡。当整流器容量较大时，RC电路也可以接在变压器的电源侧。其电路图如图3-3所示。图3-3 阻容过电压保护电路（一）RC参数的计算公式为电容的耐压电阻的功率为(3.1)式中 变压器每相平均计算容量。 变压器二次相电压有效值。 励磁电流百分数 当几百伏安时=10 当1000伏安时=35。 变压器的短路比，当变压器容量为101000时，=510。 ，当正常工作时电流电压的有效值。（二）RC参数计算变压器每相平均计算容量为（1）电容器的计算取=20。电容器的耐压值为取500。故选择参数为20，500的电容。（2）电阻值计算考虑到所取电容已大于计算值，故电阻可适当取小些。取=3。正常工作时，RC支路始终有交流电流过，过电压总是短暂的，所以可按长期发热来确定电阻的功率。RC支路电流可由式(3.1)确定，即电阻的功率为故选用3，20的电阻。3.3.2 晶闸管的过电压保护晶闸管的过电压能力比一般的电器元件差，当它承受超过反向击穿电压时，也会被反向击穿而损坏。如果正向电压超过管子的正向转折电压，会造成晶闸管硬开通，不仅使电路工作失常，且多次硬开关也会损坏管子。因此必须抑制晶闸管可能出现的过电压，常采用简单有效的过电压保护措施。对于晶闸管的过电压保护可参考主电路的过电压保护，我们使用阻容保护，电路图如图3-4图3-4 阻容保护电路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，我们不可能从根本上消除生产过程过电压的根源，只能设法将过电压的副值抑制到安全限度之内，这是过电压保护的基本思想。抑制过电压的方法不外乎三种：用非线性元件限制过电压的副度，用电阻消耗生产过电压的能量，用储能元件吸收生产过电压的能量。对于非线性元件，不是额定电压小，使用麻烦，就是不宜用于抑制频繁出现过电压的场合。所以我们选用用储能元件吸收生产过电压的能量的保护。使用RC吸收电路，这种保护可以把变压器绕组中释放出的电磁能量转化为电容器的电场能量储存起来。由于电容两端电压不能突变，所以能有效抑制过电压，串联电阻消耗部分产生过电压的能量，并抑制LC回路的震动。可采用如图3-3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、放电，将储存的电场能量释放，逐渐将电压恢复到正常值。 图3-5 反向阻断式过电压抑制RC电路3.3.3 直流侧阻容保护电路 直流侧也可能发生过电压，在图4-2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