电力电子学课程设计说明书
题目： 三相桥式全控整流电路设计
学生姓名
学号
专业 电气工程动化
班级
指导教师
完成时间 2013
摘
整流电路技术工业生产应极广整流电路交流电转换直流电电路文介绍三相桥式全控整流电路电路触发电路原理控制电路图工频三相电压380V升压变压器SCR(控硅)整流直流供负载工艺求功率电流高电压控制较复杂特触发电路部分必须应否输出电压波动甚短路造成设备损坏 电路图芯片C8051F020微控制器控制时刻发出脉信号控制6SCR负载端取出整流电压负载电流C8051F020模拟口然MCU处理发出信号控制SCR导通角 课题设计开发程中KEILC开发软件C8051开发系统PROTEL99终实现电路改造设计达预期效果
关键字：KEILC电力电子三相整流
目 录
摘……………………………………………………………………………………2
第章 课程设计求……………………………………………………………… 4
第二章 电路设计定量分析…………………………………………………4
21 电路设计…………………………………………………………………4
23 参数分析……………………………………………………………………6
第三章 保护电路设计……………………………………………………………7
31 晶闸电压保护……………………………………………………7
32 晶闸电流保护………………………………………………………8
33 触发电路电路步…………………………………………………8
第四章 器件参数选择………………………………………………………………9
第五章 总电路图……………………………………………………………………10
第六章 MATLAB 仿真……………………………………………………………10
第七章 课程设计体会………………………………………………………………12 参考文献……………………………………………………………………………13
第章 课程设计求
1单相桥式相控整流设计求：
负载感性负载L500mHR100欧姆
2技术求
1)电源电压：交流380V50Hz
2)整流功率：1KW
课程设计指导书提供课题根基求参数独立完成设计
第二章 课程设计方案选择分析
21 整设计分电路触发电路保护电路三部分
电源
三相桥式全控整流电路
直流电动机
步电路
集成触发器
触发信号
触发模块
图11 三相桥式全控整流电路结构图
三相桥式全控整流电路阻感负载反电动势阻感负载供电（直流电机传动）面分析阻感负载时情况带反电动势阻感负载情况带阻感负载情况基相
α≤60度时ud波形连续电路工作情况带电阻负载时十分相似晶闸通断情况输出整流电压ud波形晶闸承受电压波形等样区负载时样整流输出电压加负载负载电流 id 波形电阻负载时 ud 波形 id 波形形状样阻感负载时电感作负载电流波形变直电感足够时候负载电流波形似条水线图22图23分出三相桥式全控整流电路带阻感负载α0度α30度波形
图22中出ud波形id波形外出晶闸VT1电流 iVT1 波形带电阻负载时情况进行较波形图见晶闸VT1导通段iVT1波形负载电流 id 波形决定ud波形
图23中出ud波形 id 波形外出变压器二次侧a相电流 ia 波形做具体分析
图22 触发角0度时波形图 图23 触发角30时波形图
α＞60度时阻感负载时工作情况电阻负载时电阻负载时ud波形会出现负部分阻感负载时电感L作ud波形会出现负部分图24出α90度时波形电感L值足够ud中正负面积基相等ud均值似零说明带阻感负载时三相桥式全控整流电路α角移相范围90度
图24 触发角90时波形图
22定量分析
分析中已说明整流输出波形周期脉动6次次脉动波形相计算均值时需脉波（16周期）进行计算外线电压零点时间坐标零点整流输出电压连续时（带阻感负载α≤60o时）均值
电阻负载α>60o时整流电压均值
输出电流均值Id UdR
整流变压器图1中示采星形联结带阻感负载时变压器二次侧电流波形图7中示正负半周宽120o前相差180o矩形波效值
晶闸电压电流等定量分析三相半波时致
晶闸参数：（1）电压额定：晶闸三相桥式全控整流程中承受峰值电压UtnU2考虑安全裕量般晶闸额定电压工作时承受峰值电压2～3倍 U额(2～3)Utn
根求输出功率1kw负载电阻100欧姆理想变压器二次侧电压U2330∨晶闸额定电压U额(2～3)U2(2～3)×330∨
（2）电流额定：通态均电流IVT(AV)0368IdIdUdR Ud234 U2考虑安全裕量应选通态均电流计算（15～2）倍计算IVT(AV)245A
（3）晶闸选关断晶闸CTO具门极正信号触发导通门极负信号关断全控型电力电子器件具普通晶闸耐压高电流特点时具GTR关断优点
（4）总述选国产50A GTO参数选电阻20欧姆
正阻断电压1000～1500Ⅴ受反压阳极关断电流：3050A擎柱电流05～25正触发电流：200～800MA反关断电流：6～10A开通时间：<6usm关断时间<10us工作频率：<3KHz允许dudt>500Vus允许didt>100Aus正压降2～4V关断增益：
（5）整流变压器参数：情况晶闸整流装置求变流供电压电网电压致时减少电网整流装置相互干扰配置整流变压器
假设变压器理想U2Ud234≈855V变压器匝数380855760171变压器二次容量S23 U2I23*855*0816Id
第三章 保护电路设计
31 晶闸电压保护
晶闸电压力较差承受超反击穿电压时会反击穿损坏果正电压超子正转折电压会造成晶闸硬开通仅电路工作失常次硬开关会损坏子必须抑制晶闸出现电压常采简单效电压保护措施
晶闸电压保护参考电路电压保护阻容保护电路图图4
图4
32 晶闸电流保护
常见电流保护：快速熔断器保护电流继电器保护直流快速开关电流保护
快速熔断器保护效保护措施电流继电器保护中电流继电器开关时间长（短路电流时直流快速开关电流保护功造价高体积宜采
佳方案快速熔断器保护图5
图5
33触发电路电路步
谓步求触发脉加晶闸电源电压间必须保持频率致相位固定实现利步变压器侧接入电路供电电网二次侧提供步电压信号样步电压决定触发脉频率电路晶闸电压频率始终保持致触发电路定相选择步电压信号相位保证触发电路相位正确
第四章 参数选择
选国产50A GTO参数选电阻20欧姆
正阻断电压1000～1500Ⅴ受反压阳极关断电流：3050A擎柱电流05～25正触发电流：200～800MA反关断电流：6～10A开通时间：<6usm关断时间<10us工作频率：<3KHz允许dudt>500Vus允许didt>100Aus正压降2～4V关断增益：5
整流变压器参数：情况晶闸整流装置求变流供电压电网电压致时减少电网整流装置相互干扰配置整流变压器
假设变压器理想U2Ud234≈855V变压器匝数380855760171变压器二次容量S23 U2I23*855*0816Id
晶闸阻容吸收元件参数表提供验数选取电容耐压般选晶闸额定电压11～15倍
晶闸额定电流IT(AV)A
1000
500
200
100
50
20
10
电容CUF
2
1
05
025
02
015
01
电阻R欧姆
2
5
10
20
40
80
100
题意电容02UF电容耐压900)V电阻40欧姆
电路保护电容C6I0SФU2U2电阻R≥23 U2* U2
晶闸电流保护快速熔断器熔体采定银质熔丝周围充石英砂填料构成封闭式熔断器选择快熔考虑点：（1）快熔额定电压应线路正常工作电压（2）快熔额定电流应等部熔体额定电流（3）熔体额定电流效值根特点选国产RLS系列RLS50快速熔断器
第五章 总电路图
第六章 MATLAB 仿真
开仿真参数窗口选择ode123tb算法相误差设置1e3仿真开始时间设置0停止时间设置004秒面仿真图中UdId负载电压（V）负载电流（A）
⑴ 触发角0度波形
图55 触发角0度时udid波形图
⑵ 触发角30度时波形
图56 触发角30度时udid波形图
⑵ 触发角90度时波形
第七章 体会心
次设计设计三相桥式全控整流电路开始设计时遇问题特MTALAB整流电路进行仿真时种深助感仔细查阅资料类图书老师学帮助利完成课设中务学少东西开阔眼界时意识足觉应该学努力增加知识含量设计中感时功夫太少书时方恨少觉次课程设计疲惫应该珍惜劳动成果感谢教老师没次课程设计法完成总学更加努力汲取知识
参考文献
[1] 潘湘高 基MATLAB电力电子电路建模仿真方法研究 计算机仿真第20卷 第5期
[2] 薛定宇陈阳泉基MATLAB／Simulink系统仿真技术应北京：清华学出版社2002
[3] 洪刚电力电子电力拖动控制系统MATLAB仿真北京：机械工业出版社2007
[4] 贺益康潘电力电子技术基础浙江：浙江学出版社2003
[5] 李维波MATLAB电气工程中应北京：中国电力出版社2007
[6] 郑亚民蒋保臣基Matlab整流滤波电路建模仿真[Jl电子技术2002
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电力电子学课程设计说明书
题目： 三相桥式全控整流电路设计
学生姓名
学号
专业 电气工程动化
班级
指导教师
完成时间 2013
摘
整流电路技术工业生产应极广整流电路交流电转换直流电电路文介绍三相桥式全控整流电路电路触发电路原理控制电路图工频三相电压380V升压变压器SCR(控硅)整流直流供负载工艺求功率电流高电压控制较复杂特触发电路部分必须应否输出电压波动甚短路造成设备损坏 电路图芯片C8051F020微控制器控制时刻发出脉信号控制6SCR负载端取出整流电压负载电流C8051F020模拟口然MCU处理发出信号控制SCR导通角 课题设计开发程中KEILC开发软件C8051开发系统PROTEL99终实现电路改造设计达预期效果
关键字：KEILC电力电子三相整流
目 录
摘……………………………………………………………………………………2
第章 课程设计求……………………………………………………………… 4
第二章 电路设计定量分析…………………………………………………4
21 电路设计…………………………………………………………………4
23 参数分析……………………………………………………………………6
第三章 保护电路设计……………………………………………………………7
31 晶闸电压保护……………………………………………………7
32 晶闸电流保护………………………………………………………8
33 触发电路电路步…………………………………………………8
第四章 器件参数选择………………………………………………………………9
第五章 总电路图……………………………………………………………………10
第六章 MATLAB 仿真……………………………………………………………10
第七章 课程设计体会………………………………………………………………12 参考文献……………………………………………………………………………13
第章 课程设计求
1单相桥式相控整流设计求：
负载感性负载L500mHR100欧姆
2技术求
1)电源电压：交流380V50Hz
2)整流功率：1KW
课程设计指导书提供课题根基求参数独立完成设计
第二章 课程设计方案选择分析
21 整设计分电路触发电路保护电路三部分
电源
三相桥式全控整流电路
直流电动机
步电路
集成触发器
触发信号
触发模块
图11 三相桥式全控整流电路结构图
三相桥式全控整流电路阻感负载反电动势阻感负载供电（直流电机传动）面分析阻感负载时情况带反电动势阻感负载情况带阻感负载情况基相
α≤60度时ud波形连续电路工作情况带电阻负载时十分相似晶闸通断情况输出整流电压ud波形晶闸承受电压波形等样区负载时样整流输出电压加负载负载电流 id 波形电阻负载时 ud 波形 id 波形形状样阻感负载时电感作负载电流波形变直电感足够时候负载电流波形似条水线图22图23分出三相桥式全控整流电路带阻感负载α0度α30度波形
图22中出ud波形id波形外出晶闸VT1电流 iVT1 波形带电阻负载时情况进行较波形图见晶闸VT1导通段iVT1波形负载电流 id 波形决定ud波形
图23中出ud波形 id 波形外出变压器二次侧a相电流 ia 波形做具体分析
图22 触发角0度时波形图 图23 触发角30时波形图
α＞60度时阻感负载时工作情况电阻负载时电阻负载时ud波形会出现负部分阻感负载时电感L作ud波形会出现负部分图24出α90度时波形电感L值足够ud中正负面积基相等ud均值似零说明带阻感负载时三相桥式全控整流电路α角移相范围90度
图24 触发角90时波形图
22定量分析
分析中已说明整流输出波形周期脉动6次次脉动波形相计算均值时需脉波（16周期）进行计算外线电压零点时间坐标零点整流输出电压连续时（带阻感负载α≤60o时）均值
电阻负载α>60o时整流电压均值
输出电流均值Id UdR
整流变压器图1中示采星形联结带阻感负载时变压器二次侧电流波形图7中示正负半周宽120o前相差180o矩形波效值
晶闸电压电流等定量分析三相半波时致
晶闸参数：（1）电压额定：晶闸三相桥式全控整流程中承受峰值电压UtnU2考虑安全裕量般晶闸额定电压工作时承受峰值电压2～3倍 U额(2～3)Utn
根求输出功率1kw负载电阻100欧姆理想变压器二次侧电压U2330∨晶闸额定电压U额(2～3)U2(2～3)×330∨
（2）电流额定：通态均电流IVT(AV)0368IdIdUdR Ud234 U2考虑安全裕量应选通态均电流计算（15～2）倍计算IVT(AV)245A
（3）晶闸选关断晶闸CTO具门极正信号触发导通门极负信号关断全控型电力电子器件具普通晶闸耐压高电流特点时具GTR关断优点
（4）总述选国产50A GTO参数选电阻20欧姆
正阻断电压1000～1500Ⅴ受反压阳极关断电流：3050A擎柱电流05～25正触发电流：200～800MA反关断电流：6～10A开通时间：<6usm关断时间<10us工作频率：<3KHz允许dudt>500Vus允许didt>100Aus正压降2～4V关断增益：
（5）整流变压器参数：情况晶闸整流装置求变流供电压电网电压致时减少电网整流装置相互干扰配置整流变压器
假设变压器理想U2Ud234≈855V变压器匝数380855760171变压器二次容量S23 U2I23*855*0816Id
第三章 保护电路设计
31 晶闸电压保护
晶闸电压力较差承受超反击穿电压时会反击穿损坏果正电压超子正转折电压会造成晶闸硬开通仅电路工作失常次硬开关会损坏子必须抑制晶闸出现电压常采简单效电压保护措施
晶闸电压保护参考电路电压保护阻容保护电路图图4
图4
32 晶闸电流保护
常见电流保护：快速熔断器保护电流继电器保护直流快速开关电流保护
快速熔断器保护效保护措施电流继电器保护中电流继电器开关时间长（短路电流时直流快速开关电流保护功造价高体积宜采
佳方案快速熔断器保护图5
图5
33触发电路电路步
谓步求触发脉加晶闸电源电压间必须保持频率致相位固定实现利步变压器侧接入电路供电电网二次侧提供步电压信号样步电压决定触发脉频率电路晶闸电压频率始终保持致触发电路定相选择步电压信号相位保证触发电路相位正确
第四章 参数选择
选国产50A GTO参数选电阻20欧姆
正阻断电压1000～1500Ⅴ受反压阳极关断电流：3050A擎柱电流05～25正触发电流：200～800MA反关断电流：6～10A开通时间：<6usm关断时间<10us工作频率：<3KHz允许dudt>500Vus允许didt>100Aus正压降2～4V关断增益：5
整流变压器参数：情况晶闸整流装置求变流供电压电网电压致时减少电网整流装置相互干扰配置整流变压器
假设变压器理想U2Ud234≈855V变压器匝数380855760171变压器二次容量S23 U2I23*855*0816Id
晶闸阻容吸收元件参数表提供验数选取电容耐压般选晶闸额定电压11～15倍
晶闸额定电流IT(AV)A
1000
500
200
100
50
20
10
电容CUF
2
1
05
025
02
015
01
电阻R欧姆
2
5
10
20
40
80
100
题意电容02UF电容耐压900)V电阻40欧姆
电路保护电容C6I0SФU2U2电阻R≥23 U2* U2
晶闸电流保护快速熔断器熔体采定银质熔丝周围充石英砂填料构成封闭式熔断器选择快熔考虑点：（1）快熔额定电压应线路正常工作电压（2）快熔额定电流应等部熔体额定电流（3）熔体额定电流效值根特点选国产RLS系列RLS50快速熔断器
第五章 总电路图
第六章 MATLAB 仿真
开仿真参数窗口选择ode123tb算法相误差设置1e3仿真开始时间设置0停止时间设置004秒面仿真图中UdId负载电压（V）负载电流（A）
⑴ 触发角0度波形
图55 触发角0度时udid波形图
⑵ 触发角30度时波形
图56 触发角30度时udid波形图
⑵ 触发角90度时波形
第七章 体会心
次设计设计三相桥式全控整流电路开始设计时遇问题特MTALAB整流电路进行仿真时种深助感仔细查阅资料类图书老师学帮助利完成课设中务学少东西开阔眼界时意识足觉应该学努力增加知识含量设计中感时功夫太少书时方恨少觉次课程设计疲惫应该珍惜劳动成果感谢教老师没次课程设计法完成总学更加努力汲取知识
参考文献
[1] 潘湘高 基MATLAB电力电子电路建模仿真方法研究 计算机仿真第20卷 第5期
[2] 薛定宇陈阳泉基MATLAB／Simulink系统仿真技术应北京：清华学出版社2002
[3] 洪刚电力电子电力拖动控制系统MATLAB仿真北京：机械工业出版社2007
[4] 贺益康潘电力电子技术基础浙江：浙江学出版社2003
[5] 李维波MATLAB电气工程中应北京：中国电力出版社2007
[6] 郑亚民蒋保臣基Matlab整流滤波电路建模仿真[Jl电子技术2002
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