三相桥式全控整流器课程设计报告

整流电路技术在工业生产上应用极广，整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。本文主要介绍三相桥式全控整流电路的主电路和触发电路的原理及控制电路图,由工频三相电压380V经升压变压器后由SCR(可控硅)再整流为直流供负载用。但是由于工艺要求大功率,大电流,高电压,因此控制比较复杂,特别是触发电路部分必须一一对应,否则输出的电压波动大甚至还有可能短路造成设备损坏。 本电路图主要由芯片C8051-F020微控制器来控制并在不同的时刻发出不同的脉冲信号去控制6个SCR。在负载端取出整流电压,负载电流到C8051-F020模拟口,然后由MCU处理后发出信号控制SCR的导通角的大小。 在本课题设计开发过程中,我们使用matlab数学仿真及altium Designer软件,并最终实现电路改造设计,并达到预期的效果。

关键字：KEIL-C；电力电子；三相；整流；

目录

1.要求

（1）认真查阅选用器件的技术资料，参考教材中的相关内容，选择合适的构成方案，绘制总体结构图。

（2）设计并绘制完整的电路原理图。

（3）按照计算电路参数和仿真波形的需要，绘制仿真电路图；并进行电路的计算仿真。

（4）通过计算和仿真，选择电路图中所有元器件，列出清单，包括器件名称，型号或规格、封装形式，数量等；对变压器要说明容量和连接方式，每个绕组的电压和电流。

（5）在选定电路参数下通过仿真获取至少6个主要点的波形，建议如下：整流器交流侧电压波形、整流器输出端滤波前和滤波后的电压波形、输出电压波形、晶闸管触发脉冲波形、晶闸管承受电压波形等。

（6）给出整流器的各项性能指标。

（7）总结设计工作，撰写设计说明书。

2.整个设计主要分为主电路、触发电路、保护电路三个部分

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，因为带反电动势阻感负载的情况，与带阻感负载的情况基本相同。      

当α≤60度时，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α=0度和α=30度的波形。      

图2-2中除给出ud波形和id波形外，还给出了晶闸管VT1电流 iVT1 的波形，可与带电阻负载时的情况进行比较。由波形图可见，在晶闸管VT1导通段，iVT1波形由负载电流 id 波形决定，和ud波形不同。  

图2-3中除给出ud波形和 id 波形外，还给出了变压器二次侧a相电流 ia 的波形，在此不做具体分析。

当α＞60度时，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α=90度时的波形。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α角移相范围为90度。

3保护电路的设计

3.1晶闸管的过电压保护

晶闸管的过电压能力较差，当它承受超过反向击穿电压时，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4

常见的过电流保护有：快速熔断器保护，过电流继电器保护，直流快速开关过电流保护。   

快速熔断器保护是最有效的保护措施；过电流继电器保护中过电流继电器开关时间长（只有在短路电流不大时才有用；直流快速开关过电流保护功能很好，但造价高，体积大，不宜采用）。因此，最佳方案是用快速熔断器保护。如图5

3.3触发电路与主电路的同步

所谓的同步，就是要求触发脉冲和加于晶闸管的电源电压之间必须保持频率一致和相位固定。为实现这个，利用一个同步变压器，将其一侧接入为主电路供电的电网，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的。再是触发电路的定相，即选择同步电压信号的相位，以保证触发电路相位正确。

4.参数的选择

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:1000～1500Ⅴ,受反压，阳极可关断电流：30、50A擎柱电流0.5～2.5正向触发电流：200～800MA，反向关断电流：6～10A，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2～4V关断增益：

5.  变压器设计

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。U2 =Ud /2.34≈85.5V.所以变压器的匝数比为 380/85.5=760/171.变压器一、二次容量为S2=3 U2 I2=3*85.5*0.816Id。  晶闸管阻容吸收元件参数可按下表所提供的经验数据选取，电容耐压一般选晶闸管额定电压1.1～1.5倍。

由题意用电容为0.2UF，电容耐压为900) V;电阻为40欧姆。   对于主电路的保护，电容C=6I0%SФ/U2/U2,电阻R≥2.3 U2* U2   对于晶闸管的过电流保护，快速熔断器的熔体采用一定的银质熔丝，周围充以 石英砂填料，构成封闭式熔断器。选择快熔，要考虑一下几点：

（1）快熔的额定电压应大于线路正常工作电压。

（2）快熔的额定电流应大于或等于内部熔体的额定电流。

（3）熔体的额定电流是有效值。根据以上特点，我们选用国产RLS系列的RLS-50快速熔断器。

打开仿真参数窗口，选择ode123tb算法，将相对误差设置1e-3，仿真开始时间设置为0，停止时间设置为0.04秒。在下面的仿真图中Ud、Id为负载电压（V）和负载电流（A）。

（1）触发角为0度是的波形

（2）触发角为30度时的波形

（2）发角为60度时的波形

（3）发角为90度时的波形

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。

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