大功率可控整流器方案设计书

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1、目录1设计任务及要求 21.1初始条件 21.2要求完成的主要任务 22变流器主电路设计与原理说明 32.1主电路图的设计 32.2主电路原理 33触发电路设计 73.1触发电路选择 73.2触发电路 93.3触发电路的定相 124保护电路的设计 144.1过电流保护 144.2过电压保护 165参数的设定和计算 176应用举例 196.1作为蓄电池充电器 196.2在温度控制上的应用 197心得小结 20参考文献 21大功率可控整流器的设计1设计任务及要求1.1初始条件1. 220V交流供电电源，整流变压器（六相绕组），晶闸管若干只；2. 各种电阻和电感，快速熔断器 FU,电容C。1.2要求

2、完成的主要任务1变流器主电路设计，原理说明；2. 触发电路设计，每个开关期间触发次序与相位分析；3. 保护电路设计，过电流保护，过电压保护原理分析；4. 参数设定和计算（包括触发角的选择，输出平均电流，输出平均电压，输出有功功率 计算，输出波形分析）；5. 应用举例；6. 心得小结。2变流器主电路设计与原理说明2.1主电路图的设计在电解电镀等工业设计应用中，经常需要大功率的可调直流电源。如果采用三相桥式电路，整流器件的数量很多，还有两个管压降损耗，降低了效率。在这种情况下，可采用 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路，如图 1所示。该电路课简称双反星形电路。图1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路

3、2.2主电路原理整流变压器二次侧为星型接法的两个绕组,a与a b与b、c与c接在三相变压器 的三个铁芯柱上，且匝数相同但同名端位置相反，使Ua与Ua、Ub与Ub、Uc与Uc的电压大小相等、相位差180度。两个绕阻分别接成两组三相半波共阴极接法的整流电路， 通过平衡电抗器Lp并联起来。变压器二次侧两绕组的极性相反可消除铁芯的直流磁化。 平衡电抗器Lp是从中心抽头，左右两部分绕在同一铁芯上，匝数相等，绕向相同，用来 保证两组三相半波整流电路能同时并联导通，每组承担一半负载。因此，与三相桥式电路相比，在采用相同晶闸管的条件下，双反星形电路的输出电流可大一倍。当两组三相半波的控制角 o=0o时，两相整

4、流电压、电流的波形如图 2所示图2双反星形电路，a =0。时两组整流电压、电流波形 IT OOd2 u在上图中，两组的相电压互差180。因而相电流亦互差180Gb其幅值相等，都是ld/2 以a相而言，相电流ia与ia，出现的时刻虽不同，但他们的平均值都是Id/6。因为平均电流相等而绕组的极性相反，所以直流安匝互相抵消。因此本电路的利用绕组的极性相反来消 除直流磁通势的。在这种并联电路中，在两个星形的中点间接有带中间抽头的平衡电抗器，这事因为两 个直流电源并联运行时，只有当两个电源的电压平均值和瞬时值均相等时，才能是负载电 流平均分配。在双反星形电路中，虽然两组整流电压的平均值Ud1和Ud2是相

5、等的，但是它们的脉动波相差60o,它们的瞬时值是不同的，如图3a所示。现在把六个晶闸管的阴极连接在一起，因而两个星形的中点 ni和n2间的电压便等于 Udi和Ud2之差。其波形是三倍频的近似三角波，如图 3b所示。这个电压加在平衡电抗器 Lp上，产生电流ip,它通过两组星形自成回路，不流到负载中去，称为环流或平衡电流。考虑到ip后，每组三相半波承担的电流分别为1/2 。为了使两组电流尽可能平均分配, 般使Lp值足够大，以便限制环流在其负载额定电流的 1%2%以内。Ud1,Ud2a)b)UbUaUcUbUaUcUbWt360?图3平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形在图1所示的

6、双反星形电路中，如不接平衡电抗器，即成为六相半波整流器电路，在 任一瞬间只能有一个晶闸管导电，其余五个晶闸管均承受反压二阻断，每个管子的最大导 通角为60o,每个管子的平均电流为ld/6。当0=0时，六相半波整流电路的 Ud为1.35U2，比三相半波是的1.17U2略大些，其波 形如图3a的包络线所示，由于六相半波整流电路因晶闸管导电时间段，变压器利用率低， 估计少采用。可见，双反星形与六相半波电路的区别在于有无平衡电抗器。以下分析由于平衡电抗器的作用，使得两组三相半波整流电路同时导电的原理。在图3a中取任一瞬间如3t1,这时Ub及ua均为正值，然而Ub大于Ua,如果两组三相半波 整流电路中点

7、n1和n2直接相连，则必然只有b相的晶闸管能导电。接了平衡电抗器后，n1、 n2间的电位差加在Lp的两端，它补偿了 Ub和ua的电动势差，使得Ub和ua相的晶闸管能同 时导电，如题4所示。由于在 皿1时电压ub比ua高，VT6导通，此电流在流经Lp时，Lp 上要感应一电动势up,它的方向是要阻止电流增大。可以导出平衡电抗器两端电压和整流输 出电压的数学表达式如下：UP二叫赳=砒込_讥 =叫？ _叫1(1)“、况p -戸 叫1+叫2虽然UbUa,导致UdlUb,电流才从VT6换至VT2。此时变成VTi、VT2同时导电。每 隔60。有一个晶闸管换相。每一组中的每一个晶闸管仍按三相半波的导电规律而各

8、轮流导电 1200。Ud*ubwtOOUAOva = 60王J7谭XV ) =cos = cosa由此算出功率因数为= cos 13=cosa = 0.955cosaji把a = 300代入计算得=0.955cosa = 0.955=0.8整流电路的视在功率为：S=Udld=22344.6=9945.8W有功功率为：P=S H7956.64W1.2.3(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)6应用举例6.1作为蓄电池充电器本设计也可作为对蓄电池充电或一般工业用的直流稳压或稳流电源为适应蓄电池的 不同组合和使用特点，产品的品种参数较多，选择使用比较方便。晶闸管整流设备一般具 有较优良的

9、稳压稳流特性，可实现恒流和恒压充电。电站（厂）使用的充电设备，输出电 压一般较高，容量较大。有一些产品具有逆变功能（可在两个象限工作），在进行蓄电池放电实验时，可直接将放电电能回馈电网无需专门设置放电负载。而快速充电设备是专门 对充电时间有特殊要求用户设计的，一般有较完整的控制性能。6.2在温度控制上的应用在抗生素生产企业电加热设备较为广泛的应用于生产过程中，在发酵车间菌种恒温室 用电加热器来调节菌种室温度，以利于菌种的生长；在提炼车间的干燥设备用电加热器控 制通风温度对药品半成品进行干燥除湿，以保证药品质量；在分装车间的隧道烘箱用电加 热管加热，也是为了保证药品的质量。在上述生产过程中，生产

10、工艺的稳定、产品质量的 提高以及国家药品生产管理规范的有关规定，都对其温度控制的精度和稳定性提出了严格 的要求。用常规的温度控制仪表组成的温度控制系统，由于温度参数的滞后性和电加热系 统的非线性，使温度控制很难达到较高的精度，而基于模糊控制理论的智能型晶闸管调功 器则能够消除调节死区，克服系统的滞后，控制系统的超调或欠调，成功地解决了控制精 度的问题。在农业生产中，一些农作物需要控制在一定的温度下，采用直流整流器对其进行控制 可以达到恒温，恒压。7心得小结通过本次电力电子技术课程设计，我加深了对课本专业知识的理解，平常都是理论知 识的学习，在此次课程设计中，真正做到了自己查阅资料、自己解决问题

11、，对触发电路、 保护电路等都有了更深刻的理解。在设计的过程中，当然也遇到了很多的困难，能过讨论 和查阅资料，逐一解决了这些问题。通过解决课程设计的这些难点，与其说是增加了的知 识，不如说培养了我们一个积极的心态。当遇到困难时，端正态度，认真地查资料，跟老 师和同学讨论，以一个最积极的充满信心的态度，最终总会解决问题。通过这次课程设计，使我懂得了只有课堂知识是远远不够的，只有把所学的知识综合 起来，从理论中得出结论，提高自己独立思考的能力，才会对自己的将来有帮助。在设计 的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固, 通过这次课程设计，把以前所学过的知识重新温故

12、，巩固了所学的知识。本设计过程中用到的晶闸管触发电路的各个环节，以及触发电路中参数的计算来源并 不是很清楚，只是根据以往的经验值所选用的，应用起来不是很清楚。再就是在所用器件 的选择上，根据设计所给的参数值计算出的理论值和在实际应用当中考虑到诸多因素的实 际值相差很大。本设计中所选用的器件及主电路的选择是考虑到经济性而设计的，因此器 件在各个方面还有待于进一步改进。参考文献1 王兆安，刘进军 电力电子技术机械工业出版社，200919912 黄俊，秦祖荫 电力电子自关断器件及电路机械工业出版社,3 王维平 现代电力电子技术及应用东南大学出版社，19994 叶斌 电力电子应用技术及装置铁道出版社，1999马建国电子系统设计高等教育出版社,2004