三相半波整流電路課程設(shè)計

1、<p><b>　　三相半波整流電路</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著時代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，拖動控制的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸以及日常生活中起著越來越重要的作用，因此，對電機(jī)調(diào)速的研究有著積極的意義.長期以來，直流電機(jī)被廣泛應(yīng)用于調(diào)速系統(tǒng)中，而且一直在調(diào)速領(lǐng)域占居主導(dǎo)地位，這主要是因

2、為直流電機(jī)不僅調(diào)速方便，而且在磁場一定的條件下，轉(zhuǎn)速和電樞電壓成正比，轉(zhuǎn)矩容易被控制；同時具有良好的起動性能，能較平滑和經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)速度。因此采用直流電機(jī)調(diào)速可以得到良好的動態(tài)特性。</p><p>　　整流電路是出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟?，電路形式多種多樣。當(dāng)整流負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動較小時，應(yīng)采用三相整流電路。其交流側(cè)由三相電源供電。三相可控整流電路中，最基本的是三相半波可控整流電路，

3、應(yīng)用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路、以及雙反星形可控整流電路、十二脈波可控整流電路等，均可在三相半波的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析。</p><p>　　由于直流電動機(jī)具有優(yōu)良的起、制動性能，宜與在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速。在軋鋼機(jī)、礦井卷機(jī)、挖掘機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控硅電力拖動的領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。近年來交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動控制系統(tǒng)畢竟在理論上和在時間上都比較成熟，而且從反饋閉環(huán)控制的角

4、度來看，它又是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)，長期以來，由于直流調(diào)速拖動系統(tǒng)的性能指標(biāo)優(yōu)于交流調(diào)速系統(tǒng)。因此，直流調(diào)速系統(tǒng)一直在調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)占重要位置。國內(nèi)三相半波可控整流電路技術(shù)不夠熟練，設(shè)備不夠先進(jìn)。國外的三相半波可控整流電路設(shè)備完善技術(shù)比較熟練。</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計一三相半波整流電路，直流電動機(jī)負(fù)載，電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：U

5、nom=220V，Inom=308A，nnom=1000r/min，Ce=0.196V min/r，Ra=0.18。</p><p><b>　?。?）方案設(shè)計。</b></p><p>　?。?）完成主電路的原理分析，過主要元件的選擇。</p><p>　　（3）觸發(fā)電路保護(hù)電路的設(shè)計。</p><p>　?。?）利用

6、MATLAB仿真軟件建模并仿真，獲取電壓電流波形，對結(jié)果進(jìn)行分析。</p><p>　?。?）撰寫設(shè)計說明書。</p><p>　　三、設(shè)計方案選擇及論證</p><p>　　本文主要完成三相半波整流電路的設(shè)計，通過MATLAB軟件的SIMULINK模塊建模并仿真，進(jìn)而得到仿真電壓電流波形。</p><p>　　分析采用三相半波整流電路反電動

7、勢負(fù)載電路，如圖1所示。為了得到零線，變壓器二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)接成三角形，避免3次諧波流入電網(wǎng)。三個晶閘管分別接入a、b、c三相電源，它們的陰極連接在一起，稱為共陰極接法，這種接法觸發(fā)電路有公共端，連線方便。</p><p>　　圖1 三相半波整流電路共陰極接法反電動勢負(fù)載原理圖</p><p>　　直流電動機(jī)負(fù)載除本身有電阻、電感外，還有一個反電動勢E。如果暫不考慮電動機(jī)的電

8、樞電感時，則只有當(dāng)晶閘管導(dǎo)通相的變壓器二次電壓瞬時值大于反電動勢時才有電流輸出。此時負(fù)載電流時斷續(xù)的，這對整流電路和電動機(jī)負(fù)載的工作都是不利的，實際應(yīng)用中要盡量避免出現(xiàn)負(fù)載電流斷續(xù)的工作情況。</p><p><b>　　四、總體電路設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1主電路組成</b></p><p>　　三

9、相半波整流電路主要由變壓器、半波整整流流晶閘管及各級保護(hù)電路組成。由于電網(wǎng)電壓通常與直流電機(jī)工作的正常電壓，存在差別所以通常在整流變換是需要對電網(wǎng)電壓進(jìn)行變壓，此外為了減少整流電路的多次諧波，通常變壓器需要三角形—Y接法，此外由于晶閘管在整流工作過程中存在過電壓、過電流快速關(guān)斷、快速導(dǎo)通的過程，所以需要在主電路中設(shè)置過電壓、過電流以及緩沖電路，具體框圖如下：</p><p>　　五、各功能模塊電路設(shè)計</p

10、><p>　　5.1觸發(fā)電路的設(shè)計</p><p>　　如圖5所示為觸發(fā)電路。由三片集成觸發(fā)電路芯片KJ004和一片集成雙脈沖發(fā)生器芯片KJ041形成六路雙脈沖，再由六個晶體管進(jìn)行脈沖放大，即構(gòu)成完整的。觸發(fā)電路產(chǎn)生的觸發(fā)信號用接插線與主電路各晶閘管相連接。該電路可分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。</p><p>　　圖5 三相半波整

11、流電路觸發(fā)電路</p><p>　　5.2保護(hù)電路的設(shè)計</p><p>　　電力電子電路中保護(hù)電路包括過電壓保護(hù)和過電流保護(hù)。</p><p>　　過電壓保護(hù)一般采用RC過電壓抑制電路，RC過電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩端或電力電子電路的直流側(cè)。</p><p>　　過電流保護(hù)分為過載和短路兩種情況，一般過電流保護(hù)措施常采用快速熔斷器、

12、直流快速熔斷器和電流繼電器。在本設(shè)計的保護(hù)電路中對變壓器一次側(cè)和二次側(cè)分別加上熔斷器對其進(jìn)行保護(hù)，對電機(jī)加上一個過載保護(hù)熔斷器，如圖6所示。</p><p>　　圖6 保護(hù)電路的設(shè)計</p><p>　　由于三相半波整流電路中晶閘管需要在不同的時候?qū)?，而且要保持與三相交流電頻率保持一致，所以需要具體設(shè)計觸發(fā)晶閘管的導(dǎo)通脈沖。</p><p>　　本設(shè)計中采用Kj

13、004脈沖觸發(fā)集成芯片實現(xiàn)，集成芯片具有可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便等特點而受到廣泛應(yīng)用。其脈沖形成原理與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似, 分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)其內(nèi)部原理圖見圖3-3：</p><p>　　圖3-3 KJ004觸發(fā)芯片內(nèi)部原理圖</p><p>　　觸發(fā)電路的定相問題，觸發(fā)電路應(yīng)保證每個晶閘管觸發(fā)脈沖與施加于

14、晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系其具體措施如下：</p><p>　　同步變壓器原邊接入為主電路供電的電網(wǎng)，保證頻率一致</p><p>　　觸發(fā)電路定相的關(guān)鍵是確定同步信號與晶閘管陽極電壓的關(guān)系</p><p>　　同步信號負(fù)半周的起點對應(yīng)于鋸齒波的起點，通常使鋸齒波的上升段為240，上升段起始的30和終了的30線性度不好，舍去不用，使用中間的180。&l

15、t;/p><p>　　使Ud=0的觸發(fā)角 為90。當(dāng) <90時為整流工作， >90時為逆變工作</p><p>　　將 =90確定為鋸齒波的中點，鋸齒波向前向后各有90的移相范圍。于是 =90與同步電壓的300對應(yīng)，也就是 =0與同步電壓的210對應(yīng)。由圖2-58及2.2節(jié)關(guān)于三相橋的介紹可知， =0對應(yīng)于ua的30的位置，則同步信號的180與ua的0對應(yīng)。</p>

16、<p>　　變壓器接法：主電路整流變壓器為D,y-11聯(lián)結(jié)，同步變壓器為D,y-11,5聯(lián)結(jié)</p><p>　　具體外部電路實現(xiàn)見電路原理圖部分。</p><p>　　3.3保護(hù)電路的設(shè)計</p><p>　　3.3.1過電壓保護(hù)電路設(shè)計</p><p>　　電力電子裝置在實際工作中，由于工作環(huán)境的影響，可能存在過電壓過電流運

17、行的情況，所以我們在設(shè)計電路中要先考慮到這些因素并采取一定防御措施，一般情況下可能的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓。</p><p><b>　　外因過電壓</b></p><p>　　操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起</p><p><b>　　雷擊過電壓</b></p><p><

18、b>　　內(nèi)因過電壓</b></p><p>　　換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時，該反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓</p><p>　　關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓，對于晶閘管來說由于晶閘管的關(guān)斷是考電網(wǎng)電壓變

19、化關(guān)斷的所以不存在關(guān)斷過電壓。</p><p>　　外因過電壓抑制措施中，RC過電壓抑制電路最為常見，典型聯(lián)結(jié)方式見下圖3-4，RC過電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩側(cè)（供電網(wǎng)一側(cè)稱網(wǎng)側(cè)，電力電子電路一側(cè)稱閥側(cè)），或電力電子電路的直流側(cè)。</p><p>　　對于大容量電力電子裝置可采用圖4-5所示的反向阻斷式RC電路，本設(shè)計電路中考慮到直流電機(jī)工作電壓較高，電流較大所以采用反向阻斷式RC

20、過電壓保護(hù)電路。</p><p>　　其工作原理為保護(hù)電路中，RC電路對于電網(wǎng)電壓有一定的鉗位作用，使得電網(wǎng)中電壓不至于發(fā)生劇烈變化，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生大的變化是，電容的滿充電效應(yīng)會阻止電網(wǎng)電壓變化，從而起到一直電網(wǎng)電壓沖擊的作用，但是電網(wǎng)電壓長期較高時，電容充放電不足以抵消電網(wǎng)電壓變化作用，從而失去保護(hù)效能。</p><p>　　圖3-4 過電壓抑制RC電路

21、 圖3-5過電壓抑制電路</p><p>　　3.3.2過電流保護(hù)電路設(shè)計</p><p>　　當(dāng)電力電子裝置所在電路發(fā)生短路或電機(jī)等負(fù)載出現(xiàn)過載時，就會出現(xiàn)過流現(xiàn)象。常用措施是采用快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器，通常情況下同時采用幾種過電流保護(hù)措施，提高可靠性和合理性，電力電子裝置相對于其他電路裝置更為脆弱，所以電子電路通常作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時

22、的部分區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定在過載時動作。</p><p>　　電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護(hù)措施，選擇快熔時應(yīng)考慮如下因素：</p><p>　　(1)電壓等級根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓確定</p><p>　　(2)電流容量按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定</p>&

23、lt;p>　　(3)快熔的I 2t值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許I 2t值</p><p>　　(4)為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時間?電流特性</p><p>　　電機(jī)工作中通常只會出現(xiàn)過載現(xiàn)象，本設(shè)計中采用熔斷器保護(hù)，分別在電網(wǎng)側(cè)和直流側(cè)設(shè)置過流保護(hù)熔斷器，實現(xiàn)過流保護(hù)。具體電路見附錄中總電路圖部分。</p><p>　　3.3.3緩沖電路的設(shè)計&

24、lt;/p><p>　　電力電子裝置，由于頻繁開通或關(guān)斷，因而會產(chǎn)生開通或關(guān)斷的瞬間電壓電流變化，這一過程通常會導(dǎo)致電力電子器件的老化或損壞，所以要設(shè)置緩沖電路，緩沖電路（吸收電路）：是用來抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和，減小器件的開關(guān)損耗。</p><p>　　緩沖電路分為關(guān)斷緩沖和開通緩沖，其中：</p><p>　　關(guān)斷緩沖電路（抑制電路）——吸收器件

25、的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗</p><p>　　開通緩沖電路（di/dt抑制電路）——抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗</p><p>　　通常緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。對于三相半波整流電路，只需考慮開通緩沖電路即可。</p><p>　　具體設(shè)計為在晶閘管兩端并聯(lián)一個RC支路

26、，抑制晶閘管開通瞬間的du/dt作用。在整流電路中加入LRD并聯(lián)支路來抑制開通過程中的di/dt。電路如圖</p><p>　　圖3-6 du/dt抑制電路 圖3-7 di/dt抑制電路</p><p>　　圖3-6 du/dt抑制電路 圖3-7 di/dt抑

27、制電路</p><p><b>　　4.仿真實現(xiàn)</b></p><p>　　本設(shè)計電路中幾乎所有元件都可以在MATLAB找到原型，但那是由于直流電機(jī)所需參數(shù)很多，而設(shè)計要求中所給條件，無法具體確定直流電機(jī)的所有參數(shù)，所以無法用直流電機(jī)直接仿真。但是在各種電路書中我們了解到，電機(jī)實際上可由帶有電壓源的電感和電阻代替，所以仿真部分我們把直流電機(jī)負(fù)載等效為電壓源、電阻和電

28、感的串聯(lián)。</p><p>　　另外由于沒有三相晶閘管的觸發(fā)電路仿真模型，所以需要用脈沖發(fā)生器代替晶閘管的脈沖觸發(fā)電路</p><p>　　仿真電路圖見圖4-1</p><p><b>　　圖4-1仿真原理圖</b></p><p>　　4.1脈沖波形仿真分析</p><p>　　由于變壓器所輸送

29、的電壓，高于實際電機(jī)正常工作的電壓，所以整流輸出電壓要適</p><p>　　圖4-2對應(yīng)各相輸入電壓波形與觸發(fā)脈沖位置比較（正弦波分別為a、b、c三相）</p><p>　　當(dāng)?shù)慕祲禾幚?，利用晶閘管的單向?qū)щ娦裕m當(dāng)調(diào)整觸發(fā)角，使晶閘管延遲導(dǎo)通，從而當(dāng)調(diào)整整流輸出電壓。如圖 4-2為觸發(fā)角為30°時脈沖輸出波形與輸入電壓波形比較圖。</p><p>　　

30、在觸發(fā)電路設(shè)計中我們知道，觸發(fā)脈沖與輸入電壓是同頻率的，設(shè)置觸發(fā)脈沖到來時間，就可以設(shè)置晶閘管的導(dǎo)通時刻，但是觸發(fā)脈沖時間上又有所限制，至少要在三相電壓的自然換向點之后觸發(fā)才能實現(xiàn)整流輸出。即當(dāng)觸發(fā)角為0°時，脈沖觸發(fā)初始時刻應(yīng)該為30°。當(dāng)α=30°事觸發(fā)脈沖的初始角為60°。具體第一個晶閘管脈沖發(fā)生時間計算方法為：（其中γ為脈沖發(fā)生初始角γ=α+30°）</p><

31、;p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　其后個晶閘管的脈沖發(fā)生時間依次延后120°角度。</p><p>　　由三相半波整流電路輸出電壓與輸入電壓關(guān)系公式我們可以知道，觸發(fā)角愈大則輸出電壓愈小。當(dāng)實際輸出電壓但與電機(jī)正常過坐的額定電壓時，我們可以適當(dāng)調(diào)整觸發(fā)角，降低整流輸出電壓，反之則適當(dāng)減小觸發(fā)角，這樣就可以通過調(diào)整觸發(fā)角實現(xiàn)電機(jī)控

32、制電壓的調(diào)節(jié)。</p><p>　　此外由于三個晶閘管的陰極和陽極接在不同的輸出電壓相位上，所以一個周期內(nèi)每個晶閘管的導(dǎo)通時刻是不同的，所以觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時刻也不同，其中VT1最先導(dǎo)通VT2、VT3依次滯后120°，具體的波形我們可以從圖4-2中看到。</p><p>　　4.2整流輸出波形仿真分析</p><p>　　經(jīng)過晶閘管三相半波整流輸出后，輸出電

33、壓電流變?yōu)橹绷鳌＞чl管要求在三相自然換向點以后進(jìn)行觸發(fā)，當(dāng)負(fù)載為純電阻性負(fù)載時輸出電壓與電流波形完全一致，由于本電路中所帶負(fù)載為電動機(jī)負(fù)載，所以輸出電壓波形與輸出電流波形不一致，具體輸出波形與三相交流輸出波形關(guān)系如圖4-3所示。</p><p>　　從圖中我們可以看到當(dāng)觸發(fā)角為30°時輸出電壓并沒有負(fù)值但是最低電壓降到了零（紅色線為輸出電壓波形曲線），此時輸出電壓處于全部為正和出現(xiàn)負(fù)值的臨界狀態(tài)，當(dāng)繼續(xù)

34、增大觸發(fā)角時，我們就可以發(fā)現(xiàn)整流輸出電壓出現(xiàn)負(fù)值的結(jié)果如圖4-4為觸發(fā)角為60°時的輸出波形。</p><p>　　圖中黃色線為輸出電流變化曲線，我們可以看到電流在初始刻為緩慢上升的，最終趨于水平，當(dāng)整流電路接電動機(jī)負(fù)載時由于電機(jī)的阻抗作用，輸出電流變化不大，并最終趨于水平，另外由于本電路設(shè)計時考慮到電流的連續(xù)性問題，即加入了續(xù)流電感，它同樣可以對輸出電流起到平波的作用。</p><

35、p>　　圖4-3整流輸出波形與三相交流輸出波形關(guān)系</p><p><b>　　圖4-4</b></p><p>　　.3晶閘管工作參數(shù)仿真分析</p><p>　　有晶閘管的工作特點我們可以知道，當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時，其兩端電壓為零，而此時流過晶閘管的電流即為負(fù)載電流值。當(dāng)晶閘管截止時流過晶閘管的電流值為零，但是有與晶閘管接在兩相電壓之間所以

36、要承受的最大電壓是線電壓峰值，圖4-5為仿真波形圖，可以看到晶閘管工作過程中的，電壓、電流情形。</p><p>　　圖4-5晶閘管的工作時電壓電流波形圖（正弦波為ab間線電壓）</p><p>　　2.2電路參數(shù)的確定</p><p>　　根據(jù)所給的設(shè)計要求,首先計算出滿足設(shè)計要求的電路參數(shù)。</p><p>　　2.2.1續(xù)流電感及變壓器

37、參數(shù)確定</p><p>　　根據(jù)電機(jī)的正常工作狀態(tài)參數(shù) ，可得正常工作條件下直流電機(jī)反電動勢為：</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　對于三相橋式半控整流帶電動機(jī)負(fù)載的電路系統(tǒng)，為保證電流連續(xù)所需的主回路電感量L（mH）為：</p><p><b>　　(2-2)</b&

38、gt;</p><p>　　其中L--包括整流變壓器的漏電感、電樞電感和平波電抗器的電感。前者數(shù)值都較小，有時可忽略。</p><p>　　Id的最小值Idmin一般去電動機(jī)額定電流的5%~10%。則有：</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　供電電源電壓計算公式為</p>&

39、lt;p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　其中 為變壓器輸出電壓</p><p>　　為電機(jī)正常工作的反電動式即E= Unom</p><p><b>　　為觸發(fā)角</b></p><p><b>　　為回路總電阻</b></p>&

40、lt;p><b>　　為回路工作電流</b></p><p>　　由負(fù)載電機(jī)參數(shù)，Unom=220V，Inom=136A，R=0.5Ω考慮到電路中其他元器件的分壓這里取R=1Ω則有：</p><p><b>　　（2-5） </b></p><p>　　變壓器二次側(cè)電流有效值：</p><p

41、><b>　?。?-6）</b></p><p>　　顯然選用輸出端電壓大于304V的變壓器，方可滿足供電要求，聯(lián)系實際應(yīng)選擇二次側(cè)輸出電壓為380V的變壓器。</p><p>　　由半波整流變壓器一次測電流與二次側(cè)電流關(guān)系 可知（設(shè)變壓器一次側(cè)輸入電壓為400V）變壓器額定輸出電功率：</p><p><b>　?。?-7）&

42、lt;/b></p><p>　　由輸入端與輸出端功率關(guān)系：知輸入功率：</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　實際整流輸出電壓，可根據(jù)觸發(fā)角來調(diào)整，由變壓器數(shù)我們可以計算實際工作中的輸出電壓范圍。而且晶閘管觸發(fā)脈沖角度應(yīng)該滿足，在觸發(fā)角=0時所要求的最小度數(shù)，設(shè)晶閘管的觸發(fā)脈沖角度為γ，則當(dāng)=0 時γ=30

43、°此時半波整流電路中的輸出電壓最大。最大觸發(fā)角，設(shè)電路中電阻只有電機(jī)電阻即R=0.5則有上面的公式可知：</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　可以解得=28°即電路中晶閘管的觸發(fā)脈沖電路起始角γ最大為58°最小為30°。本設(shè)計中初步整定為γ=60°。</p><p&g

44、t;　　當(dāng)γ=60時整流輸出電壓</p><p><b>　　(2-10)</b></p><p><b>　　所以回路總電流</b></p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　　由于電路實際工作中電阻值大于電機(jī)工作電阻所以實際工作電流值小于此值。由此

45、可知續(xù)流電感值：</p><p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　2.1.2晶閘管參數(shù)選擇</p><p>　　根據(jù)晶閘管電流參數(shù)選擇原則公式：</p><p><b>　　(2-13)</b></p><p>　　其中： 考慮的安全裕量為2~3倍<

46、;/p><p>　　為整流電路正常工作最大電流的有效值</p><p>　　為所選擇晶閘管的工作電流參數(shù)</p><p>　　即選擇額定電流至少為：</p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　的晶閘管作為本次設(shè)計電路的整流電路元件。</p><p>

47、　　根據(jù)三相半波整流電路分析知道晶閘管承受的最大反相電壓為變壓器的二次線電壓峰值的2.45倍，即晶閘管最大反向額定電壓：</p><p><b>　　(2-15)</b></p><p>　　而晶閘管所承受的最大正向電壓為輸入電壓的峰值電壓： </p><p><b>　　六、總體電路</b></p><

48、;p><b>　　3.1整流電路</b></p><p>　　圖3-1半波整流電路基本原理圖</p><p>　　三相半波整流電路部分電路如圖3-1所示嗎，其具體實現(xiàn)原理是，當(dāng)三相正弦交流電壓加在晶閘管上，由于晶閘管的單向?qū)ㄌ匦?，?dāng)晶閘管兩端加上正向電壓，且存在觸發(fā)脈沖時晶閘管導(dǎo)通，整流輸出端有電壓輸出，當(dāng)正弦電壓變負(fù)時晶閘管由于承受反向電壓截止，輸出端沒有電

49、壓輸出，。從而實現(xiàn)整流變化。在圖示電路中當(dāng)加在晶閘管兩端的兩相電壓，陽極端相電壓高于陰極時在觸發(fā)脈沖的觸發(fā)下，晶閘管就會導(dǎo)通。同理Q2、Q3也會在陽極電壓高于陰極電壓的時候觸發(fā)導(dǎo)通，從而實現(xiàn)三相電壓的整流。</p><p>　　根據(jù)觸發(fā)角的不同可以適當(dāng)調(diào)整輸出電壓，而且單相半波整流電路所帶負(fù)載不同，其輸出電壓波形也存在差異，在阻感負(fù)載下，如果L值很大，id波形基本平直。電路有如下特點：</p>&l

50、t;p>　　圖3-2半波整流電路a=30°時波形</p><p>　　a≤30時：整流電壓波形與電阻負(fù)載時相同。</p><p>　　a>30時（如a=60時的波形如圖3-2所示）。</p><p>　　u2過零時，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來，才換流，——ud波形中出現(xiàn)負(fù)的部分。</p><p>　　id波形有一

51、定的脈動，但為簡化分析及定量計算，可將id近似為一條水平線。</p><p>　　阻感負(fù)載時的移相范圍為90。</p><p>　　若接電動機(jī)負(fù)載則相當(dāng)于電壓源與電感、電阻負(fù)載串聯(lián)。</p><p><b>　　四、總體電路設(shè)計</b></p><p>　　4.1主電路原理分析</p><p>　

52、　主電路理論圖如圖1所示。假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，并用VD表示，該電路就成為三相半波不可控整流電路。此時，三個二極管對應(yīng)的相電壓中哪一個的值最大，則該相對應(yīng)的二極管導(dǎo)通，并使另兩相的二極管承受反壓關(guān)斷，輸出整流電壓即為該相的相電壓。在相電壓的交點處，均出現(xiàn)了二極管換相，即電流由一個二極管向另一個二極管轉(zhuǎn)移，稱這些交點為自然換相點。自然換相點是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時刻，將其作為計算各晶閘管觸發(fā)角α的起點，即α=0。，要改變觸

53、發(fā)角只能是在此基礎(chǔ)上增大它，即沿時間坐標(biāo)軸向右移。</p><p>　　當(dāng)三個晶閘管的觸發(fā)角為0°時，相當(dāng)于三相半波不可控整流電路的情況。增大α值，將脈沖后移，整流電路的工作情況相應(yīng)的發(fā)生變化。</p><p>　　設(shè)變壓器二次側(cè)電壓有效值為220V，則相電壓交點處的電壓為。</p><p>　　若反電動勢小于155.54V時，整流電路相當(dāng)于工作在阻感負(fù)載

54、情況下nnom=1000r/min（因為在自然換相點處晶閘管導(dǎo)通，負(fù)載電壓等于相電壓）。</p><p>　　根據(jù)任務(wù)書所給電機(jī)參數(shù)，當(dāng)電機(jī)空載轉(zhuǎn)速為，且穩(wěn)定運行時，反電動勢為。</p><p>　　晶閘管的觸發(fā)角為0°時，波形圖如圖2所示，從上到下波形依次是三相交流電壓波形，觸發(fā)脈沖波形，負(fù)載電壓波形，晶閘管電壓波形。</p><p>　　圖2 觸發(fā)角

55、為0°時的波形</p><p>　　觸發(fā)角較小時，在觸發(fā)脈沖發(fā)出時交流電壓還沒有達(dá)到196V，晶閘管不導(dǎo)通，到196V以后在觸發(fā)脈沖的作用下晶閘管導(dǎo)通；換相后VT1關(guān)斷，在VT2導(dǎo)通期間，uvt1= ua- ub= uab；VT3導(dǎo)通期間，uvt1= ua- uc= uac。 觸發(fā)角變大后，可以實現(xiàn)在觸發(fā)脈沖發(fā)出時電壓達(dá)到196V，晶閘管直接導(dǎo)通，如圖3所示，觸發(fā)角為60°，從上到下波形依次是

56、三相交流電壓波形，觸發(fā)脈沖波形，負(fù)載電壓波形，晶閘管電壓波形。</p><p>　　圖3 觸發(fā)角為60°時的波形</p><p>　　觸發(fā)角為當(dāng)60°時，當(dāng) 過零時，由于電感的存在，阻止了電流的下降，因而 繼續(xù)導(dǎo)通，直到下一相晶閘管 的觸發(fā)脈沖到來，才發(fā)生換流，由 導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時向 施加反相電壓使其關(guān)斷。這種情況下 波形中出現(xiàn)負(fù)的部分，若 增大， 波形中負(fù)的部分

57、將增多，至 時， 波形中正負(fù)面積相等， 的平均值為零。由此可見阻感負(fù)載時的移相范圍為90°。</p><p>　　由于負(fù)載電流連續(xù)， 可由式（3-1）求出，即</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　/ 與α成余弦關(guān)系，如圖4中曲線2所示。如果負(fù)載中的電感量不是很大，則當(dāng)α>30°后，與電感

58、量足夠大的情況相比較，ud中負(fù)的部分可能減少，整流電壓平均值ud略為增加， / 與α的關(guān)系將介于圖4中的曲線1和2之間，曲線3給出了這種情況的一個例子。</p><p>　　變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值I2可由式（3-2）求出，即</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　由此晶閘管的額定電流IVT(AV)可由式

59、（3-3）求出，即</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　晶閘管兩端電壓波形如圖3所示，由于負(fù)載電流連續(xù)，晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值，即</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　圖4 三相半波可控整流電路 / 與α的關(guān)

60、系</p><p>　　id波形有一定的脈動，這是電路工作的實際情況，因為負(fù)載中電感量不可能也不必非常大，往往只要能保證負(fù)載電流連續(xù)即可，這樣id是有波動的，不是完全平直的水平線。通常，為簡化分析及定量計算，可以將id近似為一條水平線，這與的近似對分析和計算的準(zhǔn)確性并不產(chǎn)生很大影響。</p><p>　　三相半波整流電路的主要缺點在于其變壓器二次電流中含有直流分量，因此其應(yīng)用較少。<

61、/p><p><b>　　七、總結(jié)</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計三相半波整流電路，讓我有很多感受和體會，深切的感受到了電子技術(shù)在日常生活中的廣泛應(yīng)用，更加理解理論聯(lián)系實際的意義，為以后的工作、學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　本次課程設(shè)計中主要還是通過查閱課本、圖書館相關(guān)資料并上網(wǎng)查有關(guān)芯片的引腳圖才得以順利完成。在同學(xué)的幫助下

62、設(shè)計出了電路，通過MATLAB仿真成功，同時也意識到了自己的一些不足之處，對課本非重點知識理解不夠深入，不知道具體如何使用，以后應(yīng)該加強(qiáng)對課本知識的理解，不能局限于考試的內(nèi)容。</p><p>　　設(shè)計過程中不僅要參考書本上知識，還要有些自己的東西加進(jìn)去，設(shè)計出電路以后可以考慮從另一個方面著手再設(shè)計一個方案，看可行性如何，盡可能的將各種方案的優(yōu)點集中到一個方案上來。</p><p>　　完

63、成了本次課程設(shè)計，有種如釋重負(fù)的感覺，同時也感到一點點自豪，可以用學(xué)到的知識完成一個看似平常但卻包含很多知識的器件，大大提高了學(xué)習(xí)電子技術(shù)的積極性。這不僅僅是個人的成功，還得多虧同學(xué)們的幫助才能順利完成本次設(shè)計。以后的學(xué)習(xí)生活中，大家更要相互幫助、學(xué)習(xí)，集思才能廣益，才能創(chuàng)作出好的作品。希望以后會有更多的讓自己動手實踐的機(jī)會來提高自己的實踐能力。同時，在平時要要求自己多看書，多查閱相關(guān)資料，完備自己的知識體系，相信在以后的實踐活動中會做

64、出更好的作品?？傊n設(shè)事小，收獲多多！每一次課設(shè)，每一次進(jìn)步，每一次成長。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　王兆安 劉進(jìn)軍 主編 《電力電子技術(shù)》 第五版 機(jī)械工業(yè)出版社 2009</p><p>　　洪乃剛 等編著 《電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的MATLAB 仿真》 機(jī)械出版社 200

65、6</p><p>　　《電力電子與MATLAB仿真 》 具體信息不祥</p><p>　　EDA工程與應(yīng)用叢書 《Protel99SE電路設(shè)計案例精解》機(jī)械工業(yè)出版社 2010</p><p>　　李法海 王巖編著 《電機(jī)與拖動基礎(chǔ)》 清華大學(xué)出版社 2006</p><p>　　賈秋玲 袁冬莉 欒云鳳編著 《