三相半波整流电路的设计说明书

三相半波整流电路的设计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。目录摘要…………………………………………………………………………………………Ⅰ1课程设计目的及任务………………………………………………………………………11.1课程设计的目的……………………………………………………………………11.2课程设计任务………………………………………………………………………11.3课程设计的要求……………………………………………………………………12主电路设计及原理…………………………………………………………………………22.1主电路设计…………………………………………………………………………22.2主电路原理说明……………………………………………………………………23各参数的计算………………………………………………………………………………53.1输出值的计算………………………………………………………………………53.2晶闸管的额定电压…………………………………………………………………64课程设计所用器件…………………………………………………………………………74.1晶闸管简介…………………………………………………………………………74.2晶闸管分类…………………………………………………………………………74.3晶闸管工作原理……………………………………………………………………84.4晶闸管工作过程……………………………………………………………………84.5主要用途……………………………………………………………………………115PSIM软件仿真结果与分析………………………………………………………………125.1PSIM软件仿真结果………………………………………………………………125.1.1α=30°，电阻负载时的电路图，波形图及计算结果……………………125.1.2α=90°，电阻负载时的电路图，波形图及计算结果……………………135.1.3α=120°，电阻负载时的电路图，波形图及计算结果……………………145.2结果分析……………………………………………………………………………156心得体会……………………………………………………………………………………16致谢…………………………………………………………………………………………17参考文献……………………………………………………………………………………18三相半波整流电路的设计11课程设计目的及任务1.1课程设计的目的本次课程设计是利用电力电子技术中所学的知识对三相半波整流电路进行了整体设计，并利用PSIM软件进行仿真，对所设计电路进行检验验证。本次课程设计使我们充分对电力电子技术中各个电路深入理解，培养了我们利用电力电子技术解决工程技术问题的能力；同时提高了我们查阅资料、运用计算机辅助工具绘制原理图和阅读原理图的能力，从而加深我们对电力电子知识的系统掌握，提升动手能力，学会使用基本的电路仿真软件，获得初步的应用经验，为我们走出校门从事电力电子技术的相关工作打下基础。1.2课程设计任务在理解三相半波整流电路工作原理的基础上，设计出三相半波整流电路带电阻负载时的电路原理图，使用PSIM软件对所设计的电路带不同负载的情况下晶闸管取三个不同的触发角（要求α＞90°、α=90°和α＜90°各取一个角度）进行仿真，分别获得dU、Id、UVT、IVT、Ia波形，并对所给出的角度计算上述数值。1.3课程设计的要求（1）设计出合理的整流电路图。（2）选择不同触发角度，仿真出波形并作计算。（3）给出详细的仿真过程描述和详细的计算步骤和过程。陕西科技大学课程设计说明书22主电路设计及原理2.1主电路设计其原理图如图1所示。图2-1三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。2.2主电路原理说明图2-2三相半波可控整流电路电阻负载时的波形三相半波整流电路的设计3图2-3三相半波整流电路电阻负载时的波形图2-4三相半波整流电路电阻负载时的波形稳定工作时，三个晶闸管的触发脉冲互差120º，规定ωt=π/6为控制角α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π/6处，即ωt1、ωt2、ωt3，自然换相点之间互差2π/3，三相脉冲也互差120º。在ωt1时刻触发VT1，在ωt1～ωt2区间有uuuv、uuuw，u相电压最高，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ωt2时刻触发VT2，在ωt2～ωt3区间v相电压最高，由于uuuv，VT2承受正陕西科技大学课程设计说明书4向电压而导通，ud＝uv。VT1两端电压uT1=uu-uv=uuv0，晶闸管VT1承受反向电压关断。在VT2导通期间，VT1两端电压uT1=uu-uv=uuv。在ωt2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ωt3时刻触发VT3，在ωt3～ωt4区间w相电压最高，由于uvuw，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2π/3，在其余4π/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α=0º时，VT1在VT2、VT3导通时仅承受反压，随着α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120º。增大α，则整流电压相应减小。α=30º是输出电压、电流连续和断续的临界点。当α30º时，后一相的晶闸管导通使前一相的晶闸管关断。当α30º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=U2。α=150º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0º～150º。三相半波整流电路的设计53各参数的计算3.1输出值的计算三相桥式全控整流电路中，整流输出电压ud的波形在一个周期内脉动3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1/3周期）进行计算即可。对于电阻性负载而言，当α0º时，例如α=0º，上图1.1所示，各晶闸管上的触发脉冲，其相序与电源的相序相同，各相触发脉冲依次间隔120º，在一个周期内，三相电源轮流向负载供电，每相晶闸管各导电120º，负载电流是连续的。增大α值，即触发脉冲后移，则整流电压相应减小。当α=30º时，如上图1.2所示，从输出电压、电流的波形可看出，这时负载电流处于连续和断续的临界状态，各项仍导电120º。如果α30º，例如α=60º，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120º。如果α角继续增大，那么整流电压将越来越小。当α=150º时，整流输出电压为零。故电阻负载时要求的移相范围为150º。下面分两种情况来计算整流电压的平均值：(1)α≤30时，负载电流连续，有：（3-1）当00时，dU为最大，dd02U=U=1.17U(2)α30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：（3-2）(3)当0150时，dU=0（3-3）负载电流的平均值dI为ddUI=R（3-4）由于晶闸管是交替工作的，流过晶闸管的平均电流为dTd1I=I3（3-5）566d2212sin()1.17cos2/3UUtdtU6d2212sin()0.675[1cos(/6)]2/3UUtdtU陕西科技大学课程设计说明书63.2晶闸管的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）,如下：263~2UUN（3-6）三相半波整流电路的设计74课程设计所用器件4.1晶闸管简介晶体闸流管，简称晶闸管，指的是具有四层交错P、N层的半导体装置。最早出现与主要的一种是硅控整流器（SiliconControlledRectifier，SCR），中国大陆通常简称可控硅，又称半导体控制整流器，是一种具有三个PN结的功率型半导体器件，为第一代半导体电力电子器件的代表。晶闸管的特点是具有可控的单向导电，即与一般的二极管相比，可以对导通电流进行控制。晶闸管具有以小电流（电压）控制大电流（电压）作用，并体积小、轻、功耗低、效率高、开关迅速等优点，广泛用于无触点开关、可控整流、逆变、调光、调压、调速等方面。晶闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生器件有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。晶闸管是一种开关元件，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中，是典型的小电流控制大电流的设备。1957年，美国通用电器公司开发出世界上第一个晶闸管产品，并于1958年使其商业化。晶闸管结构：它是由一个PNPN四层半导体构成的，中间形成了三个PN结。4.2晶闸管分类（1）按关断、导通及控制晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为普通晶闸管（SCR）、双向晶闸管（TRIAC）、逆导晶闸管（RCT）、门极关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温控晶闸管（TT国外，TTS国内）和光控晶闸管（LTT）等多种。（2）按引脚和极性晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。（3）按封装形式晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。其中，金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。（4）按电流容量晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。通常，大功率晶闸管多采用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装。陕西科技大学课程设计说明书8（5）按关断速度晶闸管按其关断速度可分为普通晶闸管和快速晶闸管，快速晶闸管包括所有专为快速应用而设计的晶闸管，有常规的快速晶闸管和工作在更高频率的高频晶闸管，可分别应用于400HZ和10kHZ以上的斩波或逆变电路中。4.3晶闸管工作原理晶闸管T在工作过程中，它的阳极（A