三相桥式全控整流系统.docx

1 设计任务及要求设计系统的主电路、触发电路及控制电源，绘制整流系统原理图，并计算主电路器件 的参数其中负载为直流电动机，P=2.2kw, U =220V, I=12.5AN NN电压调节范围：0〜220V由上述要求可知我们的设计任务分为：一、 主电路，即三相桥式全控整流电路二、 触发电路，可以用集成触发电路三、 控制电源，包括给定电压，负偏移电压，同步变压器而给定电压和负偏移电压 可以由给定电源来产生1.1 设计任务设计三相桥式全控整流系统，设计任务可分为：一、 主电路，即三相桥式全控整流电路二、 触发电路，可以用集成触发电路三、 控制电源，包括给定电压，负偏移电压，同步变压器而给定电压和负偏移电压 可以由给点电源来产生1.2 设计要求绘制整流系统原理图，并计算主电路器件的参数其中负载为直流电动机,PN=2.2kw,Un=220V, In=12.5A电压调节范围：0〜220V2 系统电路设计2.1 系统主电路我们所设计的系统为三相桥式全控整流系统，总框图如下:图1系统总框图主电路就是三相桥式全控整流，原理图如下:VT[ VTy 山Tandvt4vt6v i 2 d2图2三相桥式全控整流电路原理图在电路中变压器二次侧接成星形是为了得到零线，而一次侧接成三角形是为了避免3 次谐波流入电网。

阴极连接在一起的3个晶闸管(VT1, VT3, VT5)，称为共阴极组，这 种接法为共阴极接法阳极连接在一起的3个晶闸管(VT4, VT6, VT2)，称为共阳极组, 这种接法为共阳极接法而我们习惯上也希望是晶闸管是按顺序导通，即导通顺序为VT1 ―〉VT2 —〉VT3 —〉VT4 —〉VT5 —〉VT6,所以我们就将晶闸管进行了编号，如上图所示, 这样编号的话就是按我们平时所习惯的顺序进行导通图3相电压波形由于晶闸管的正常工作时的特性为：1） 承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通2） 承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通3） 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用4） 要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下从上图相电压波形，我们可以知道在晶闸管门极开通的情况下，共阴极组中哪个晶闸 管的阳极电压值最大，那么该相所对应的晶闸管就会导通，并使另两相的晶闸管承受反压 关断，那么整流输出电压就为该相的相电压，或者说整流输出电压udl为相电压在正半周 的包络线同理，在晶闸管门极开通的情况下，共阳极组中哪个晶闸管的阴极电压值最低, 或者说负的最多，那么该相所对应的晶闸管就会导通，并使另两相的晶闸管承受反压关断, 那么整流输出电压就为该相的相电压，或者说整流输出电压udl为相电压在负半周的包络 线。

所以总的整流输出电压ud=ud1-ud2是两条包络线的差值用下表来说明晶闸管的工作状况：表1三相桥式全控整流电路晶闸管工作情况时 段IIIIII共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2整流输出电压udu -u =u a b abu -u =ua c acu -u =ub c be时 段IVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT4VT4VT6整流输出电压udu -u =ub a bau -u =uc a cau -u =u c b cb从上表中我们可以知道共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通 共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低的一个导通而且任意时刻共阳极组和 共阴极组中各有一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所以可以 得到整流输出电压ud可由表格中的公式所计算得到若将晶闸管用二极管代替，那么在相电压的交点wtl、wt2、wt3处，都会自然出现 二极管换相，因为在这些个交点处，每个二极管的所受的相电压大小顺序发生了变化，那 么导通的二极管就会发生变化，电流由一个二极管向另一个二极管转移，那么就叫做换相。

我们称这些交点为自然换相点那我们就可以知道自然换相点是各相晶闸管能触发导通的 最早时刻，所以可以将其作为计算各晶闸管触发角a的起点，即此时a=0通过改变各 晶闸管的触发角，就可以调节整流输出电压一般三相桥式全控整流电路都是给阻感负载和反电动势阻感负载比如直流电动机供 电，我们这次系统的设计就是三相桥式全控整流电路带直流电动机负载，主电路图如下所 示：直流电动机可以看做是阻感负载的一种，它的波形图和三相桥式全控整流电路带阻感 负载的波形图基本上是一致的，以下就为三相桥式全控整流电路带阻感负载a =0的波形 图图4三相桥式全控整流电路带阻感负载a =0的波形图当a W60时，Ud波形均连续，带阻感负载电路的工作情况与带电阻负载的十分相似而当a >60时，带阻感负载时的工作情况就和带电阻负载时有不同之处了带阻感负 载时，由于有电感L的作用，Ud波形会出现负的部分若电感L的值足够大的话，Ud中 正负面积可以认为基本相等，这样的话平均值就近似为零了而电阻负载时，ud波形不会 出现负的部分所以我们可知带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为 0°〜90图5三相桥式全控整流电路带阻感负载a =90。

的波形图从上图我们可以看到，如果电感值比较大的话Ud中正负面积可以认为基本相等，这 样的话平均值就近似为零了而整流输出电压是不能为负的，所以带阻感负载时，三相桥 式全控整流电路的a角最大值为90°其实三相桥式全控整流电路带负载不同，波形的区别不是很大，主要的区别在负载的 电流波形上，因为如果是阻感负载的话，电感有平波的作用，在电感为无限大时，我们可 以看做输出电流波形为一条直线但是电感不可能无限大，而且直流电动机的电感也不是 很大，所以还是会有纹波，而且如果出现电流断续的情况的话，那么电动机的机械特性将 会很软，所以为了克服这个缺点，我们一般会给主电路中直流输出侧，直流电动机串联了 一个平波电抗器平波电抗器的作用是用来减少电流的脉动和延长晶闸管的导通时间只 要电感为足够大时就能使电流连续了，就不会出现时电动机机械特性很软的情况了这样 也可以近似的将负载电流特性看为一条水平的直线通过以上的波形图和对电路的总结，我们可以得到三相桥式全控整流电路的一些特 占.八、、•一、整流电路中每一时刻都是2个晶闸管同时导通，来构成回路，而且共阴极组和共阳极 组每组都只有一个晶闸管导通，既不能为同组的晶闸管同时导通，也不能一相的晶闸管同 时导通。

二、 六个晶闸管的触发脉冲要按顺序给定，可以通过控制相位来达到这个目的具体如下 所述，每个晶闸管按顺序相位依次相差60而共阴极组和共阳极组的晶闸管每一组相位 依次相差120而同一相的上下桥臂的相位要相差180三、 由于三相桥式全控整流电路的输出电压一周期脉动6次，并且每次脉动的波形都一样, 所以它又称为六脉冲整流电路我们可以通过三相桥式全控整流电路波形图，图N看出来四、 若要让整流电路在一般情况下正常工作，比如合闸启动过程中、电流断续，就要保证 同时导通的两个晶闸管都有触发脉冲主电路图如下:图6三相桥式全控整流主电路图在该电路中，我在每个晶闸管都并联了保护电路，由一个电容和电阻做成同时又在 变压器二次侧上串联了一个快速熔断器也是起保护作用的因为我们的电路可以应用于 生产实践中，所以一定要加上保护电路2.2 系统触发电路我们所设计的系统为三相桥式全控整流系统，在主电路中用到了六个晶闸管，而晶闸 管的触发脉冲的产生和控制，是很重要的一部分，因为如果某个晶闸管该导通却没有导通 的话，可能会导致电路中某个元件的损毁，或者整个电路的瘫痪通过晶闸管的静态特性，我们可以知道，首先要让让晶闸管承受正向电压，这样晶闸 管才可以导通，而在晶闸管在承受正向电压情况下，也仅在门极有触发电流的情况下晶闸 管才能开通。

而晶闸管电流的变化会有一个梯度，所以要保证触发脉冲的宽度而三相桥 式全控整流电路，要保证同时导通的两个晶闸管均有触发脉冲可以采用两种方法来达到 目的第一种方法是将脉冲宽度大于6 0°，—般为8 0°到100°，被称为宽脉冲， 第二种方法就是用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差6 0°，一般为20° 到3 0°，被称为双脉冲触发这两种方案相比较的话，宽脉冲触发优点是与双脉冲相比可以减少一个输出脉冲，缺 点是为了不使脉冲变压器饱和，要将铁心体积做的较大，这样的话就会使脉冲前沿不够陡, 晶闸管串联使用不利而双脉冲的优点是它所要求的触发电路输出功率小，缺点是电路比 较复杂所以选择双脉冲触发，它可以保证晶闸管得到较高稳定性的触发特性因为三相桥式全控整流主电路中由六个晶闸管组成，那么触发电路中就要有六个输出 端，所以集成触发电路我们选择了三片KJ 0 0 4芯片和一片KJ0 4 1芯片，这样就可 以形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，这里我们选择三极管来进行放大这 样的话就构成了完整的三相全控桥触发电路2.2.1 KJ004 芯片KJ004芯片，又叫做晶闸管移相触发集成电路它是双列式直插式集成电路，适应于 单相、三相全控桥式晶闸管的双脉冲触发。

目前应用比较广泛它之所以应用比较广泛，是因为它可以输出两路相位互差180°的移相脉冲，输出负 载能力大，移相性能好，正负半周脉冲相位比较均衡，而且它对同步电压要求低管脚图如下：| [5 __ J3 12 U _ __) KJ004UliJLilULJLdLdLijS7 KJ34叫引脚排列各管脚功能说明：引脚1为同相脉冲输出端，它的作用是使用时接正半周导通晶闸管的脉冲功率放大器 及脉冲变压器引脚2、6、10都为空脚，悬空接就可以了 引脚3和4要通过电容连接起来的其中引脚3是锯齿波电容连接端，而引脚4是同 步锯齿波输出端，它通过电阻进行移相引脚5是芯片工作的负电源输入端，使用时接用户系统的负电源 引脚7为接地端，使用时直接接电路的控制电源地端引脚16为系统的工作正电压输入端，使用时接控制电路电源，一般为 15V引脚8功能为同步电源信号输入端，它接控制电路的同步变压器，此芯片要求同步电 压为 30V引脚9为芯片连接最为重要的一部分，它的功能是移相、偏置及同步信号综合端，使 用时分别通过三个等值电阻接锯齿波、偏置电压及移相电压该引脚主要来提供芯片工作 所需要的电压引脚11和12是通过电容连在一起的。

11脚为方波脉冲输出端通过电容与12脚相连， 而12脚为脉冲信号输入端，它通过一个电容与电源相接，并通过电容与11脚相连引脚13和14都为脉冲调制及封锁控制端，其中13脚为负脉冲， 14脚为正脉冲它 们在使用时接调制脉冲源输出或保护电路输出，在我所设计的系统这两个脚没有接外接电 路通过以上的管脚说明及其功能，我们可以知道如何从KJ004集成块的管脚引线，将外 部电路连接起来2.2．2 KJ041 芯片KJ041芯片，又称为六路双脉冲形成器它也是三相全控桥式触发线路中常用的电路, 具有取脉冲形成和电子开关控制封锁双脉冲形成功能将它和三个KJ004连接到一起就 可以达到六路双脉冲触发电路，这样三相桥式全控整流电路的各个晶闸管就可以按条件稳 定的进行触发，使电路可以正常的运行E8 KJ041管脚图KJ041管脚说明：引脚1和4都为电网A相触发脉冲输入端，。