三相桥式全控整流电路的设计与仿真(7页).doc

本科课程设计专用封面 设计题目：三相桥式全控整流电路的设计与仿真 所修课程名称： 电力电子技术课程设计 修课程时间： 2012 年 06 月 17 日至 6 月 23 日 完成设计日期： 2012 年 06 月 23 日 评阅成绩： 评阅意见： 评阅教师签名： 年 月 日三相桥式全控整流电路的设计与仿真 一．设计要求 1）完成三相桥式全控整流电路的设计与仿真 ； 2）设计要求： 输入：AC100V，50Hz； 输出：100V，5A 二．题目分析 （1）电路组成：该电路为三相桥上全控整流电路，由变压器、六个晶闸管、电感以及电阻组成。 （2）电路原理图： 图1三相桥式全控整流电路的原理图 （3）工作原理：将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1、VT3、 VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5， 共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为VT4、VT6、VT2。从后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为 VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT660o时，阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。电阻负载时，Ud波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感L的作用，Ud波形会出现负的部分，若电感L足够大，Ud中正负面积将基本相等，Ud平均值近似为零。这表明，带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的α角移相范围为0°~90°。在以上分析中已经说明，整流输出电压Ud的波形在一周期内脉动六次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉动进行计算即可。 三．主电路设计、元器件选型及计算： 已知：U2=100V,Ud=100V,Id=5A,f=50HZ 则有： 控制角α： Ud=2.34U2（1+cos（(/3+a ））,所以α=65o。 晶闸管的电流平均值和有效值： =1/3Id=5/3=1.67A =1/ Id=5/ =2.89A (3)变压器二次电流有效值I2= Id=0.816*5=4.08A （4）晶闸管选型： 晶闸管承受最大正方向电压为： U2=2.45*100=245V 晶闸管额定电压：UN=(2~3)*245=490~735 晶闸管额定电流：IN=（1~1.5）*2.89/1.57=2.76~3.68 四．主电路仿真分析 选择相位依次相差120o的电源，分别给每个晶闸管加一个触发电源，触发脉冲应保证晶闸管可靠导通，触发脉冲应有足够的幅度，应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。通过改变晶闸管的类型或电感的值，直到仿真图接近理论图为止。由于在仿真过程中存在各方面的误差，比如晶闸管的选择，使得仿真图与理论图之间存在一定的误差。仿真图如下： \图2 仿真图形 图3输出电压与电流波形 图4 各次谐波分量 图3分析：题上所给输出电流Id=5A，从理论来讲，当电感足够大时，输出电流波形接近一条直线，且值为5A，但由于在仿真中存在误差，电流会有一点波动，如图所示。而当a60o时，由于电感L的原因电压出现负的部分。 图4分析：由仿真图形可得（300/50=6,600/50=12····）仅含有6n(n=0,1,2,3…….)次谐波，且负载电流谐波幅值的减小更为迅速。 仿真分析：三相桥式全控整流电路的触发角从30o之后开始，由于α=65o，所以V1的延迟时间为1.667+3.611=5.278ms，又由于各晶闸管的导通相位相差60 o，因此晶闸管的导通时间依次向后推迟3.333ms,所以V1~V6的导通延迟时间依次为:5.278ms,8.611ms,11.944ms,15.277ms,18.61ms,1.943ms。又由于在阻感负载中，wLR,所以负载电流的波形可近似为一条水平线。 五．控制电路设计 经过分析，采用锯齿波同步移相触发电路Ⅰ、Ⅱ由同步检测、锯齿波形成、移相控制、脉冲形成、脉冲放大等环节组成，其原理图如下所示。 由V3、VD1、VD2、C1等元件组成同步检测环节，其作用是利用同步电压UT来控制锯齿波产生的时刻及锯齿波的宽度。由V1、V2等元件组成的恒流源电路，当V3截止时，恒流源对C2充电形成锯齿波；当V3导通时，电容C2通过R3、V3放电。