串联多重12脉整流电路课程设计

1电力电子技术课程设计班级电气1002班学号姓名扬州大学能源与动力工程学院电气及自动化工程二零一四年一月2目录摘要...........................................................................................................................................1第1章绪论.............................................................................................................................21.1电力电子技术的发展........................................................................................................21.2电力电子技术在直流整流器上的应用............................................................................31.3整流器的发展....................................................................................................................31.4本设计研究的主要内容及方法........................................................................................3第2章总体设计方案.............................................................................................................52.1最优方案选取.....................................................................................................................52.2系统原理简述及方框图.....................................................................................................52.3主电路设计：.....................................................................................................................62.3.1晶闸管的选择及型号的确定......................................................................................82.3.2变压器的设计............................................................................................................102.3.3触发电路的设计........................................................................................................112.4保护电路设计..................................................................................................................132.4.1过电压保护................................................................................................................132.4.2过电流保护................................................................................................................152.5系统调试或仿真..............................................................................................................162.5.1串联12脉波整流电路建模......................................................................................172.5.2仿真结果与谐波分析................................................................................................21结论.........................................................................................................................................27课程设计总结.........................................................................................................................28参考文献.................................................................................................................................291摘要近些年来随着电力电子技术的快速发展，电力电子技术已广泛应用于各个领域。直流整流器是以电力电子技术为基础发展起来的。它是利用电力电子技术的基本特点以小信号输入控制很大的功率输出，放大倍数极高，这就是电力电子设备成为强、弱电之间接口的基础。利用这一特点能获得节能、环保、高效、高可靠性、安全良好的经济效益。整流电路是将交流电能变为直流电能的一种装置，整流电路是电力电子电路中出现最早的一种。它的发展还与其他许多基础学科有着紧密的联系，如微电子技术、计算机技术、拓扑学、仿真技术、信息处理与通信技术等等。每一门学科或专业技术的重大发展和突破都为电力电子技术的发展带来了巨大的推动力。关键词：整流电路；控制电路；触发电路；保护电路；2第1章绪论1.1电力电子技术的发展近年来电力电子技术发展异常迅速，新型元器件频繁换代、层出不穷，应用领域不断扩大，日趋成熟。电力电子技术在生产自动化、节能降耗、信息技术和日用电器等多方面越来越产生着举足轻重的影响。电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的。早在20世纪三四十年代，人们就开始应用电机组、贡弧整流器、闸流管、电抗器、接触器等进行对电能的变换和控制，这样的变流装置存在着以下明显的缺点：如功率放大倍数低，相应慢，体积大，功耗大，效率低和噪声大。20世纪50年代初，普通的整流器SR(semiconductorrectifier)开始使用，实际上已经开始取代贡弧整流器。但电力电子技术真正的开始是由于1957～1958年第一个反向阻断型可控硅SCR(siliconcontrolledrectifier)的诞生，后称晶闸管(thyristor)。一方面由于其功率变换能力的突破，另一方面实现了弱电对以晶闸管为核心的强电变换电路的控制，是电子技术步入了功率领域。变流装置有旋转方式变为静止方式，具有提高效率、缩小体积、减轻重量、延长寿命、消除噪声、便于维修等优点。20世纪70年代后期，尤其是20世纪80年代以后各种高速、大功率、全控型的器件先后问世，并获得迅速发展。如可关断晶闸管GTO(gate-turn-off-thyristor)、大功率(巨型)晶体管GTR(gianttransistor)、功率场效应晶体管PowerMOSFET（Metal-OxideSemiconductor）等。随着集成工艺的提高和突破，20世纪80年代中期电力电子的另一个重要进展是诞生了功率集成电路，也称PIC（PowerIC）和智能功率模块IPM（intelligentpowermodel）。这些期间实现了功率器件与电路的总体集成，它使微电子技术与电子技术相辅相成，把信息科学融入功率变换。新型的电力半导体器件的特点是：全控化、集成化、高频化、高效率、低谐波、高功率因数、变换器小型化、控制技术数字化和微机化。电力半导体器件特性的每一步新发展都引起了变换电路和3控制技术的相应突破。总之，电力电子装置在减小体积和重量、提高效率、增加快速性以及增高电压、扩大电流、提高频率等方面均会有较大的进展。由于有性能优良的电力半导体开关器件、性能大为改善的磁性和绝缘材料、计算机、大规模集成电路技术、频率高达兆赫及的电能处理方法、新型电路拓扑结构及分析方法的不断突破，使今天的电力电子技术具有全新面貌。1.2电力电子技术在直流整流器上的应用在电力电子技术中把交流电压换成固定或可调的直流电压，即为AC/DC变换，如可控整流器。传统的AC/DC变换是利用晶闸管和相控技术，依靠电网电压换流实现的。直流整流器就是利用这种技术来实现对所需调压范围进行控制的。至今工业中应用的大多数是这类整流装置，其电路拓扑早在闸流管时代已基本确定。为了满足我国经济的高速发展，工农业大生产及科研、国防的需要,应大力发展中大型可调电源成套装置。例如大型高电压电力试验站，大型加热及自动控温装置，电机、变压器、电气开关等。生产大中型可调电源成套装置，必须对各类整流器的单机容量、质量标准及特殊使用要求等提出新的课题研究。1.3整流器的发展传统的整流器主要使用变压器的原理根据所需电压的大小来进行调节，这种整流器存在着调压范围窄、装置体积大、不易操作、谐波干扰等诸多问题。随着电力电子技术的迅速发展，利用可控整流器，通过控制晶闸管导通和关段的时间进行调压。相控晶闸管具有对称的阻断特性和较低响应速度，这类整流的特点是控制简单，运行可靠，适宜超大功率应用。相控整流器存在的问题是产生低次谐波，对电网是滞后功率因数的负载，这种非线性负载的迅速增多对电网产生了严重影响。1.4本设计研究的主要内容及方法根据电力电子器件以及电力电子技术对整流电路进行设计，计算出相关元器件的数值，熟练掌握晶闸管及整流管的工作特性。结合所学的知识设计主电路，4阐述串联多重12脉整流电路的工作过程及波形；主电路中所用器件的参数计算，并根据参数值选择所用晶闸管、二极管等设备。其次研究了晶闸管的触发电路和构成触发电路的各个环节的工作状况；从而使整流装置的各项指标达到设计的要求。对于主电路中的各种保护电路的设计及其参数的计算，并且根据所算出的各种参数值确定所用器件的额定值。5第2章总体设计方案2.1最优方案选取应用最为广泛的整流电路有：单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、单相全波可控整流电路、单相桥式半控整流电路、三相半波可控整流电路、三相不可控整流电路、三相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、带平衡电抗器的双反星形可控整流电路、串联12脉波全控整流电路、并联12脉