三相全控桥式整流电路.docx
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三相全控桥式整流电路
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课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
自动化0602班
指导教师：
工作单位：
自动化学院
题目：
三相桥式全控整流电路的设计（带反电动势负载）
初始条件：
1．反电动势负载，E=60V，电阻R=10Ω，电感L无量大使负载电流连续；
2．U2=220V，晶闸管触发角α=30°；
3．其余器件如晶闸管自己选用。
要求达成的主要任务：
（包含课程设计工作得及其技术要求，以及说明书撰写待具
体要求）
1.主电路的设计及原理说明；
2.触发电路设计，每个开关器件触发序次及相位剖析；
3.保护电路的设计，过流保护，过电压保护原理剖析；
4.各参数的计算（输出均匀电压，输出均匀电流，输出有功功率计算，输出波形剖析）；
5.应用举例；
6.心得小结。
时间安排：
7
月6
日
查阅资料
7
月7
日
方案设计
7
月8
日-9
日
馔写电力电子课程设计报告
7
月10日
提交报告，辩论
指导教师署名：
年月日
系主任（或责任教师）署名：
年月日
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纲要
整流电路就是把沟通电能变换为直流电能的电路。
大部分整流电路由变压器、整
流主电路和滤波器等构成。
它在直流电动机的调速、发电机的励磁调理、电解、电镀
等领域获取宽泛应用。
整流电路往常由主电路、滤波器和变压器构成。
20世纪70年
代此后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管构成。
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沟通成分。
变压器设置与否视详细状况而定。
变压器的作用
是实现沟通输入电压与直流输出电压间的般配以及沟通电网与整流电路之间的电隔
离（可减小电网与电路间的电扰乱和故障影响）。
整流电路的种类有好多，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。
重点词：
整流，变压，触发，过电压，保护电路。
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目
录
1主电路设计及原理................................................................................................................
1
1.1
主电路设计......................................................................................................................
1
1.2
主电路原理说明..............................................................................................................
1
2
触发电路的设计...................................................................................................................
5
2.1
电路图的选择..................................................................................................................
5
2.2
触发电路原理说明..........................................................................................................
6
3
保护电路的设计...................................................................................................................
8
3.1
过电压保护......................................................................................................................
8
3.2
过电流保护....................................................................................................................
10
4
各参数的计算......................................................................................................................
12
4.1
输出值的计算................................................................................................................
12
4.2
输出波形的剖析............................................................................................................
14
5应用举例
6心得领会
...............................................................................................................................15
...............................................................................................................................16
参照文件17
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三相桥式全控整流电路的设计
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1三相桥式全控整理电路原理图
习惯将此中阴极连结在一同的3个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连
接在一同的3个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。
别的，习惯上希望晶闸管按从1
至6的次序导通，为此将晶闸管按图示的次序编号，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。
从后边的剖析可知，按此编号，晶闸管的导通次序为VT1－VT2
－VT3－VT4－VT5－VT6。
1.2主电路原理说明
整流电路的负载为带反电动势的阻感负载。
假定将电路中的晶闸管换作二极管，这种
状况也就相当于晶闸管触发角α=0o时的状况。
此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极
所接沟通电压值最高的一个导通。
而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接沟通电压
值最低（或许说负得最多）的一个导通。
这样，随意时辰共阳极组和共阴极组中各有1个
晶闸管处于导通状态，施加于负载上的电压为某一线电压。
此时电路工作波形如图2所示。
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图2反电动势α=0o时波形
α=0o时，各晶闸管均在自然换相点处换相。
由图中变压器二绕组相电压与线电压波形
的对应关系看出，各自然换相点既是相电压的交点，同时也是线电压的交点。
在剖析ud
的波形时，既可从相电压波形剖析，也能够从线电压波形剖析。
从相电压波形看，以变压
器二次侧的中点n为参照点，共阴极组晶闸管导通时，整流输出电压ud1为相电压在正半
周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压ud2为相电压在负半周的包络线，总的整流输出电压ud=ud1－ud2是两条包络线间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。
直接从线电压波形看，因为共阴极组中处于通态的晶闸管对应的最大（正得最多）的
相电压，而共阳极组中处于通态的晶闸管对应的是最小（负得最多）的相电压，输出整流
电压ud为这两个相电压相减，是线电压中最大的一个，所以输出整流电压ud波形为线电压在正半周的包络线。
因为负载端接得有电感且电感的阻值趋于无量大，电感对电流变化有抗拒作用。
流过
电感器件的电流变化时，在其两头产生感觉电动势Li，它的极性事阻挡电流变化的。
当电
流增添时，它的极性阻挡电流增添，当电流减小时，它的极性反过来阻挡电流减小。
电感
的这种作用使得电流波形变得平直，电感无量大时趋于一条平直的直线。
为了说明各晶闸管的工作的状况，将波形中的一个周期平分为6段，每段为60o，如
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图2所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的状况如表所示。
由该表可见，
6个晶
闸管的导通次序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。
表1
三相桥式全控整流电路电阻负载
α=0o时晶闸管工作状况
时段
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
共阴极组中
VT1
VT1
VT3
VT3
VT5
VT5
导通的晶闸管
共阳极组中
VT6
VT2
VT2
VT4
VT4
VT6
导通的晶闸管
整流输出电压
ua-ub
ua-uc
ub-uc
ub-ua
uc-ua
uc-ub
ud
=u
=u
=u
=u
=u
=u
ab
ac
bc
ba
ca
cb
图3给出了α=30o时的波形。
从ωt1角开始把一个周期平分为6段，每段为60o与α＝0o时的状况对比，一周期中ud波形仍由6段线电压构成，每一段导通晶闸管的编号等
仍切合表1的规律。
差别在于，晶闸管开端导通时辰推延了30o,构成ud的每一段线电
压所以推延30o，ud均匀值降低。
晶闸管电压波形也相应发生变化以下图。
图中同时给
出了变压器二次侧a相电流ia的波形，该波形的特色是，在VT1处于通态的120o时期，
ia为正，因为大电感的作用，ia波形的形状近似为一条直线，在VT4处于通态的120o时期，ia波形的形状也近似为一条直线，但为负值。
图3α=30o时的波形
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由以上剖析可见，当α≤60o时，ud波形均连续，对于带大电感的反电动势，id波
形因为电感的作用为一条光滑的直线并且也连续。
当α＞60o时，如α＝90o时电阻负载情
况下的工作波形如图4所示，ud均匀值持续降低，因为电感的存在延缓了VT的关断时辰，
使得ud的值出现负值，当电感足够大时，ud中正负面积基真相等，ud均匀值近似为零。
这说明带阻感的反电动势的三相桥式全控整流电路的α角的移相范围为90度。
图4α＝90o时的波形
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2触发电路的设计
2.1电路图的选择
晶闸管拥有硅整流器件的特征，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程
能够控制、被宽泛应用于可控整流、沟通调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子
电路中。
晶闸管拥有下边的特征：
1）当晶闸管蒙受反向电压时，不论门极能否有触发电流，晶闸管都不会导通。
2）晶闸管蒙受正朝阳极电压时，仅在门极蒙受正向电压的状况下晶闸管才导通。
3）晶闸管在导通状况下，只需有必定的正朝阳极电压，不论门极电压怎样变化，
晶闸管都保持导通，即晶闸管导通后，门极失掉作用。
4）晶闸管在导通状况下，当主回路电压（或电流）减小到靠近于零时，晶闸管
关断。
图5双脉冲触发电路
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依据晶闸管的这种特征，经过控制晶闸管的导通和关断时辰，就能控制整流电路
的触发角的大小。
在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为保证电路的正常工作，
需保证同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲。
在触发某个晶闸管的同时，给序号紧前的一
个晶闸管补发脉冲。
即用两个窄脉冲取代宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60o，脉宽一般
为20o~30o，称为双脉冲触发。
双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。
触发
电路如图5所示。
2.2触发电路原理说明
如图5所示，触发电压的形成用KJ004芯片达成。
KJ004电路由同步检测电路、锯齿波
形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组
成。
电原理见下列图：
锯齿波的斜率决定于外接电阻R6、RW1,流出的充电电流和积分电容
C1的数值。
对不一样的移相控制电压VY,只有改变权电阻R1、R2的比率,调理相应的偏移电
压VP。
同时调整锯齿波斜率电位器RW1,能够使不一样的移相控制电压获取整个移相范围。
触发电路为正极性型,即移相电压增添,导通角增大，R7和C2形成微分电路,改变R7和C2
的值能够获取不一样的脉冲输出。
KJ004芯片内部构造如图6所示。
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双脉冲信号的形成与控制用KJ041六路双脉冲形成器达成，KJ041是三相全控桥式触
发线路中必备的电路，拥有双脉冲形成和电子开关控制封闭功能。
适用块有电子开关控制
的KJ041电路构成逻辑控制，合用于正反组可逆系统。
如图5所示，KJ041的1-6脚管为单脉冲信号输入。
把单脉冲信号由
10-15脚管两两
同时输出形成双脉冲信号，10-15脚管两两同时输出对应输送给VT6-VT1晶闸管。
（1）假定在t1时辰15脚管开始给VT1晶闸管输送脉冲信号，则经过
60度后14脚管
开始给VT2晶闸管双脉冲信号，即只有15脚管和14脚管有信号输出，其余脚管没信号输
出，则此时VT1和VT2同时导通；
（2）再过60度后，15脚管停止输出信号，而
13脚管开始给VT3输出信号，即只有
14
脚管和13脚管有信号输出，其余脚管没信号输出，此时
VT2和VT3同时导通；
（3）再过60度后，14脚管停止输出信号，而
12脚管开始给VT4输出信号，即只有
13
脚管和12脚管有信号输出，其余脚管没有输出信号，此时
VT3和VT4同时导通；
（4）再过60度后，13脚管停止输出信号，而
11脚管开始给VT5输出信号，即只有
12
脚管和11脚管有信号输出，其余脚管没有信号输出，此时
VT4和VT5同时导通；
（5）再过60度后，12脚管停止输出信号，而
10脚管开始给VT6输出信号，即只有
11
脚管和10脚管有信号输出，其余脚管没有信号输出，此时
VT5和VT6同时导通；
（6）再过60度后，11脚管停止输出信号，而
15脚管开始给VT1输出信号，即只有
10
脚管和15脚管有信号输出，其余脚管没有信号输出，此时
VT6和VT1同时导通；
重复以上步骤即获取三相桥式全控整流电路要求的触发信号。
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3保护电路的设计
较之电工产品，电力电子器件蒙受过电压、过电流的能力要弱得多，极短时间的过电
压和过电流就会致使器件永远性的破坏。
所以电力电子电路中过电压和过电流的保护装置
是必不行少的，有时还要采纳多重的保护举措。
3.1过电压保护
电源侧过电压电力电子设施一般都经变压器与沟通电网连结，电源变压器的绕组与绕
组、绕组与地中间都存在着散布电容，如图7所示。
图7沟通则过电压
变压器一般为降压型，即电源电压u高于变压器次级电压。
电源开关断开时，初、次级绕组均无电压，绕组间散布电容电压也为0，当电源合闸时，因为电容两头电压不可以突变，电源电压经过电容加在变压器次级，使得变压器次级电压高出正常值，它所连结的电力电子设施将遇到过电压的冲击。
在进行电源拉闸断电是也会造成过电压，在通电的状态将电源开关断开使激磁电流从必定得数值快速降落到0，因为激磁电感的作用电流的强烈变化将产生较大的感觉电压，因为电压为Ldi/dt，在电感必定得状况下，电流的变换越大，产生的过电压也越大。
这个电压的大小与拉闸瞬时电流的参数值相关，在正弦电流的最大值时断开电源，产生的di/dt最大，过电压也就越大。
可见，合闸时出现的过电压和拉闸时出现的过电压其产生的机理是完整不一样的。
在电力电子设施的负载电路一般都为电感性，假如在电流较大时忽然切除负载，电路中会出现过电压，熔断器的熔断也会产生过电压。
此外电力电子器件的换相也会使电流快速变化，进而产生过电压。
上述过电压都发生在电路正常工作地状态，一般叫做操作过电压。
雷击和其余电磁感觉也会在电力电子设施中感觉出过电压，这种过电压发生地时间和
幅度的大小都是没有规律的，是难以展望的。
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对于上边的这些过电压，我们能够采纳下边的举措进行保护：
（1）阻容保护
过电压幅度一般都很大，可是其作用时间一般却都是很短暂的，即点电压的能量并
不是很大的。
利用电容两头的电压不可以突变这一特色，将电容器并联在保护对象的两头，能够达到过电压保护的目的，这种保护方式叫做阻容保护。
起保护作用的电容一般都与电阻串连，这样能够在过电压给电容充电的过程中，让电阻耗费过电压的能量，还能够限制
形成的寄生的震荡。
图8为电源侧阻容保护原理图。
图（a）为单相阻容保护电路，图（b）和图（c）为三相阻容保护电路，RC网络连结成星型，如图（b），也能够连结成三角型，如图（c）。
电容越大对过电压的汲取作用越明显。
图8阻容保护
在途图9中，图（a）为单相阻容保护，阻容网络直接接在电源端，汲取电源过电压。
图（b）为接线形式为星型的三相阻容保护电路，平常电容蒙受电源相电压。
图（c）为接
线三角型的三相阻容保护电路，平常电容蒙受电源相电压。
明显，三角型接线方式电容的
耐压要为星型接线的3倍。
可是不论哪一种接线，对于同一电路，过电压的能量是相同的，
电容的储能也应当相同，所以星型接线的电容容量应为三角型3倍。
也就是说两种接线
方式电容容量和耐压的乘积是相同的。
（2）整流式阻容保护
阻容保护电路的RC直接接于线路之间，平常支路中就有电流流动，电流流过电阻必
然要造成能量的消耗并使电阻发热。
为战胜这些弊端可采纳整流式阻容RC保护电路，阻
容式RC保护电路如图9所示。
.
.
图9整流式保护电路
三相沟通点经过二极管整流桥变成脉动直流电，经过R1给C充电，电路正常工作无
过电压时电容两头保持沟通电的峰值电压，尔后整流桥给电容回路供给轻微的电流，以补
充电容放电所损失的电荷。
因为与C并联的R2阻值很大，电容的放电特别慢，所以整流
桥输出的电流也特别小。
一旦出现过电压，过电压的能量被电容汲取，电容的容量足够大，
能够保证此时电容电压的数值在同意范围以内，进而也使电流电压不超出额定值。
过电压
消逝后，电容经R2放电使两头电压恢复到沟通电正常的峰值。
由此能够看出，R2越大整
个电路的功耗越小，但过电压事后电容电压恢复到正常的时间也越长，所以大小收到两次
过电压时间最小间隔的限制。
3.2过电流保护
电力电子电路中的电流刹时价超出设计的最大同意值，即为过电流。
过电流有过载
荷短路两种状况。
常用的过电路保护举措如图10所示。
一台电力电子设施可采纳此中的
几种保护举措。
针对某种电力器件，可能有些保护举措是有效的而此外一些是无效的或不
适合的，在采纳时应特别注意。
图10过流保护电路图
.
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沟通断路器保护是经过电流互感器获取沟通回路的电流值，然此后控制沟通电流继电器，当沟通电流超出整定值时，过流继电器动作使得与沟通电源连结的沟通断路器断开，切除故障电流。
应当注意过流继电器的整定值一般要小于电力电子器件所同意的最大电流刹时价，不然假如电流达到了器件的最大电流过流继电器才动作，因为器件耐受过电流的时间极短，在继电器和断路器动作时期电力电子器件可能就已经破坏。
来自电流互感器的信号还可作用于驱动电路，当电流超出整定值时，将全部驱动信号的输出封闭，全控型器件会因为得不到驱动信号而立刻阻断，过电流随之消逝；半控型器件晶闸管在封闭住触发脉冲后，未导通的晶闸管不再导通，而已导通的晶闸管因为电感的
储能器件不会立刻关断，但经必定的时间后，电流衰减到0，器件关断。
这种保护方式由电子电路来实现，又叫做电子保护。
与断路器保护近似，电子保护的电流整定值也一般应当小于器件所能蒙受的电流最大值。
快速熔断器保护一般作为最后一级保护举措，与其余保护举措配合使用。
依据电路
的不一样要求，快速熔断器能够接在沟通电源侧（三相电源的每一相串接一个快速熔断器），也能够接在负载侧，还可电路中每一个电力电子器件都与一个快速熔断器串连。
接法不一样，保护成效也有差别。
熔断器保护有能够对过载和短经过电流进行“全保护”和仅对短路电流起作用的短路保护两种种类。
撬杠保护多应用于大型的电力电子设施，电路中电流检测、电子保护都是必要的，同时还要在沟通电源侧加一个大容量的晶闸管。
其保护原理以下：
当检测到的电流信号超出整定值时，触发保护用的晶闸管，用以旁路短路电流，晶闸管支路中可接一个小电感用以限制di/dt；驱动电路开通主电路中的全部电力电子器件，以分别短路能量，让全部器件分担短路电流；使沟通断路器断开，切断短路能量的根源。
经一段时间的衰减短路能量消逝，起到保护作用。
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4各参数的计算
4.1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6次，且每次脉
动的波形相同，所以在计算其均匀值时，只需对一个脉波（即1/6周期）进行计算即可。
别的，因为300所以电压输出波形是连续的，以线电压的过零点为时间坐标的零点，可
得整流输出电压连续时的均匀值为。
ud
1
3
2
3
6U2
sintd（t）
3
2.34U2cos
（4-1）
把300和U2=220V代入式（4-1）计算有。
ud2.34U2cos
2.34
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