三相半波可控整流电路电阻性负载课程设计

1、三相半波可控整流电路电阻性负载摘要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，变压，触发，晶闸管，额定。1 主电路设计及原理1.1 主电路设计其原理图如图 1所示。图 1 三相半波可控整流电路原理图为了得到零线，整流变压器的二次绕组必须接成星形，而一次绕组多接成三 角形，使其 3次谐波能够通过，减少高次谐波的影响。三个晶闸管的阳极分别接 入 u、 v、w 三相电源，它们的阴

2、极连接在一起，称共阴极接法，这对触发电路 有公共线者连线较方便，用得较广。1.2 主电路原理说明(b)(e)1n -JIcotrZA1cotoat图1.1三相半波可控整流电路电阻负载a = Oo时的波形图1.3三相半波可控整流电路电阻负载a = 60 0时的波形稳定工作时，三个晶闸管的触发脉冲互差120，规定3 t=n /6为控制角a 的起点，称为自然换相点。三相半波共阴极可控整流电路自然换相点是三相电源 相电压正半周波形的交叉点，在各相相电压的n /6处，即3 tl、3 t2、313,自然换相点之间互差2n 13，三相脉冲也互差120。在3 tl时刻触发VT1,在3 tl3 t2区间有uuuv、uuuw, u相电压最 咼，VT1承受正向电压而导通，输出电压ud= uu。其他晶闸管承受反向电压而 不能导通。VT1通过的电流iT1与变压器二次侧u相电流波形相同，大小相等。在312时刻触发VT2,在3t2313区间v相电压最高，由于uuVuv，VT2 承受正向电压而导通，ud= uv。VT1两端电压uT1=uu-uv= uuvvO,晶闸管VT1 承受反向电压关断。在VT2导通期间，VT1两

3、端电压uT1= uu-uv= uuv。在312时刻发生的一相 晶闸管导通变换为另一相晶闸管导通的过程称为换相。在313时刻触发VT3,在3t3314区间w相电压最高，由于uvV uw, VT3 承受正向电压而导通，ud= uw。VT2两端电压uT2= uv-uw=uvw0,晶闸管VT2 承受反向电压关断。在VT3导通期间VT1两端电压uT1= uu-uw= uuw。这样在一周期内，VT1只导通2n /3，在其余4n /3时间承受反向电压而处 于关断状态。只有承受高电压的晶闸管元件才能被触发导通，输出电压ud波形 是相电压的一部分，每周期脉动三次，是三相电源相电压正半波完整包络线，输 出电流id与输出电压ud波形相同（id=ud/R）。电阻性负载a =0时，VT1在VT2、VT3导通时仅承受反压，随着a的增 加，晶闸管承受正向电压增加；其他两个晶闸管承受的电压波形相同，仅相位依次相差120。增大a，则整流电压相应减小。a =30是输出电压、电流连续和断续的临界点。当a 30时，导通的晶闸管由于交流电压过 零变负而关断后，后一相的晶闸管未到触发时刻，此时三个晶闸管都不导通，直 到后一相的晶

4、闸管被触发导通。从上述波形图可以看出晶闸管承受最大正向电压是变压器二次相电压的峰值，UFM =U2，晶闸管承受最大反向电压是变压器二次线电压的峰值，URM= X U2 =U2a =150时输出电压为零，所以三相半波整流电路电阻性负载移相 范围是0150。2 各参数的计算2.1 输出值的计算三相桥式全控整流电路中，整流输出电压u的波形在一个周期内脉动3次，d当a =150 o时，整流输出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1/3周期) 进行计算即可。对于电阻性负载而言，当a 30 o，例如a = 60。，如上图1.3 所示，当导通的一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，此时下一相晶闸管 虽然承受正向电压，但它的触发脉冲还未到，不会导通，姑输出电压和电流都为 零，直到下一相触发脉冲出现为止，显然电流断续，各晶闸管导电时间都小于 120 o。如果a角继续增大，那么整流电压将越来越小。 电压为零。故电阻负载时要求的移相范围为1500。下面分两种情况来计算整流电压的平均值：(1) a W30。时，负载电流连续，有：U COS a公式 3-12U 二 1 f j 品U

5、sin td ( t)二 1.17 d2兀 /3 +26当 a = 00 时，U 为最大，U = U = 1.17U。ddd02(2) a30。时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有:公式3-21 广 ；2U sin td (e t) = 0.675 U 1 + cos(兀 / 6 + a) 2兀/3肝 22当 a = 150 o 时， U =0d 负载电流的平均值 I 为dUI = ddR由于晶闸管是交替工作的，流过晶闸管的平均电流为1I = IdT 3 d2.2晶闸管的有效值：(1) a W30。时兀+a6(2) a30。时,3器 A 2 sin etU d 仙)=Rd 丿RdUd (e t) =2 冗3c)-+cos 2a32丿丄5-a43cos2a+4sin2a公式3-3公式3-43.1 变压器参数由公式 3-1 ,有要求之电压在 50-300V 连续可调,当 a = 00时, U =300V。U =1.17 U cos a ： d2贝U，U = d2 1.17 cos a得之：二次侧有效值u =256.4V,考虑到一定的裕量取u =290V。22三相交流电源，线电压为38

6、0V，则一次侧的有效值u =220V。变压器变比1K=件=22=0.76U 29023.2 晶闸管参数把 U =290V，U =300V 代入公式 3-1 矢口：控制角a =28。；把u =290V，u =50V2 d 2 d代入公式3-2知：控制角a =108 0 ； 考虑到一定的电压裕量，取00 150 0，按此时的取值范围电压的调节范围为: 0 U 340 0 ； 满足裕量要求。d控制角的移相范围：28 0 a 108 0晶闸管最大有效值：(把a =28 0代入公式3-3) 1=20ATm ax二次侧有效值：I =3I =34.6A2Tm ax3.3 变压器容量由 S = ：3U I，把U、I 代入知：S = -hu I =17.399KVA2 2 2 2 2 2 故变压器额定容量取 20KVA3.4 晶闸管额定电压晶闸管电压定额(一般取额定电压为正常工作电压时晶闸管所承受峰值电压的2-3 倍)U =(23) 6UN2U =( 14202131) VN故晶闸管的额定电压取为 2KV3.5 晶闸管额定电流晶闸管通态平均电流：I 20aI = t = 12.7 AT(A V) 1.5

7、71.57考虑裕量，晶闸管电流定额(一般取其平均电流的 1.52倍)I =(1.52) I =(19.125.4)ANT(AV)故晶闸管的额定电流取为 20A4 心得体会设计，给人以创作的冲动。在画家眼里，设计是一幅清明上河图或是一幅向日 葵；在建筑师眼中，设计是昔日鎏金般的圆明园或是今日一塑自由女神像；在电 子工程师心中，设计是贝尔实验室的电话机或是华为的程控交换机。凡此种种， 但凡涉及设计都是一件良好的事情，因为她能给人以美的幻想，因为她能给人以 金般财富，因为她能给人以成就之感，更为现实的是她能给人以成长以及成长所 需的营养，而这种营养更是一种福祉，一辈子消受不竭享用不尽。我就是以此心 态对待此次电子技术课程设计的，所谓“态度决定一切”，于是偶然又必然 地收获了诸多，概而言之，大约以下几点：一、温故而知新。课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，对于理论知识 学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知 新”，便重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦 思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难 以理解掌握的较

8、难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。二、思路即出路。当初没有思路，诚如举步维艰，茫茫大地，不见道路。在 对理论知识梳理掌握之后，茅塞顿开，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“条条大路 通罗马”。顿悟，没有思路便无出路，原来思路即出路。三、实践出真知。文革之后，关于真理的大讨论最终结果是“实践是检验真 理的唯一标准”，自从耳闻以来，便一直以为马克思主义中国化生成的教条。时 至今日，课程设计基本告成，才切身领悟“实践是检验真理的唯一标准”，才明 晓实践出真知。四、创新求发展。“创新”目前在我国已经提升到国家发展战略地位，足见 “创新”的举足轻重。我们要从小处着手，顺应时代发展潮流，在课程设计中不 忘在小处创新，未必是创新技术，但凡创新思维亦可，未必成功，只要实现创新 思维培育和锻炼即可。五、过而能改，善莫大焉。至善至美，是人类永恒的追求。但是，不从忘却 “金无足赤，人无完人”，我们换种思维方式，去恶亦是至善，改错亦为至美。 在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终 的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。5 参考文献1王兆安、黄俊,电力电子技术.北京：机械工业出版社，20082王维平,现代电力电子技术及应用.南京：东南大学出版社，19993 叶斌,电力电子应用技术及装置.北京：铁道出版社，19994 马建国,孟宪元.电子设计自动化技术基础.清华大学出版社,20045 丁道宏，电力电子技术。北京：航空工业出版社，1992

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