电力电子技术课程设计报告
有源逆变电路的设计
姓名
学号
年级 20级
专业电气工程及其自动化
系（院）
指导教师
2012年12 月10 日
课程设计任务书
课程《电力电子技术》
题目
有源逆变电路的设计
引言
任务：
在已学的《电力电子技术》课程后，为了进一步加强对整流和有源逆变电路的认识。可设计一个三相全控桥式整流电路及有源逆变电路。分析两种电路的工作原理及相应的波形。通过电路接线的实验手段来进行调试，绘制相关波形图
要求：
a. 要有设计思想及理论依据
b. 设计出电路图即整流和有源逆变电路的结构图
c. 计算晶闸管的选择和电路参数
d. 绘出整流和有源逆变电路的u d(t)、i d(t)、u VT(t)的波形图
e. 对控制角α和逆变β的最小值的要求
设计题目三相全控桥式整流及有源逆变电路的设计
一．设计目的
1．更近一步了解三相全控桥式整流电路的工作原理，研究全控桥式整流电路分别工作在电阻负载、电阻—电感负载下Ud, Id及Uvt的波形，初步
认识整流电路在实际中的应用。
2．研究三相全控桥式整流逆变电路的工作原理，并且验证全控桥式电路在有源逆变时的工作条件，了解逆变电路的用途。
二．设计理念与思路
晶闸管是一种三结四层的可控整流元件，要使晶闸管导通，除了要在阳极—阴极间加正向电压外，还必须在控制级加正向电压，它一旦导通后，控制级就失去控制作用，当阴极电流下降到小于维持电流，晶闸管回复阻断。因此，晶闸管的这一性能可以充分的应用到许多的可控变流技术中。
在实际生产中，直流电机的调速、同步电动机的励磁、电镀、电焊等往往需要电压可调的直流电源，利用晶闸管的单向可控导电性能，可以很方便的实现各种可控整流电路。当整流负载容量较大时，或要求直流电压脉冲较小时，应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源提供。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最广泛的是三相桥式全控整流电路。三相半波可控电路只用三只晶闸管，接线简单，但晶闸管承受的正反向峰值电压较高，变压器二次绕组的导电角仅120°，变压器绕组利用率较低，并且电流是单向的，会导致变压器铁心直流磁化。而采用三相全控桥式整流电路，流过变压器绕组的电流是反向电流，避免了变压器铁芯的直流磁化，同时变压器绕组在一个周期的导电时间增加了一倍，利用率得到了提高。
逆变是把直流电变为交流电，它是整流的逆过程，而有源逆变是把直流电经过直-交变换，逆变成与交流电源同频率的交流电反送到电网上去。逆变在工农业生产、交通运输、航空航天、办公自动化等领域已得到广泛的应用，最多的是交流电机的变频调速。另外在感应加热电源、航空电源等方面也不乏逆变电路的身影。
在很多情况下，整流和逆变是有着密切的联系，同一套晶闸管电路即可做整流，有能做逆变，常称这一装置为“变流器”。
三．关键词
晶闸管，三相全控桥式，整流，有源逆变，波形
四．设计主要设备
1.MCL系列教学试验台主控制屏；
2．NMCL-002电源控制屏；
3.NMCL-001交直流仪表；
4.NMCL-33触发电路和晶闸管主回路；
5.NMEL-03三相电阻器；
6.NMEL-05开关板；
7.NMCL-331平波电抗器；
8.双踪示波器；
9.万用电表。
五．设计电路图及工作原理
1.电路结构
三相全控桥式整流电路是利用晶闸管的单向可控导电性能，实现直流电变交流电，电路结构采用共阴极接法的三相半波（VT1,VT3,VT5）和共阳极接法的三相半波（VT4,VT6,VT2）的串联组合，由于共阴极组在正半周导电，流经变压器的是正向电流；而共阳极组在负半周导电，流经变压器的是反向电流。因此变压器绕组中没有直流磁通，且每相绕组正负半周都有电流通过，提高了变压器的利用率。共阴极组的输出电压是输入电压的正半周，共阳极组的输出电压是输入电压的负半周，总的输出电压是正负两个输出电压的串联。
电压型逆变电路有以下主要特点：1）直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻态。2）由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗角情况不同而不同。3）当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。 1.4 三相电压型桥式逆变电路用三个单相逆变电路可以组合成一个三相逆变电路。但在三相逆变电路中，应用最为广泛的还是三相桥式逆变电路。采用IGBT 作为开关器件的三相电压型桥式逆变电路如图 3 所示，可以看成是由三个半桥逆
变电路组成。图 3 三相电压型桥式逆变电路电路的直流侧通常只有一个电容器就可以了，但为了方便分析，画作串联的两个电容器并标出假想中点N ′ 。和单相半桥、全桥逆变电路相同，三相电压型桥式逆变电路的基本工作方式也是180°导电方式，即每个桥臂的导电角度为180°，同一相（即同一半桥）上下两个臂交替导电，各相开始导电的角度以此相差120°。这样，在任一瞬间，将有三个桥臂同时导通。可能是上面一个臂下面两个臂，也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通。因为每次换流都是在同一相上
逆变电路逆变电路的作用是将直流电压转换成梯形脉冲波，经低通滤波器滤波后，从而使负载上得到的实际电压为正弦波，逆变电路是由 4 个IGBT 管（VT1、VT2、VT3、VT4）组成的全桥式逆变电路组成，如图 2 所示。+ VT1 VT2 直直电直VT4 L1 VT3 C 三三- 图2 逆变电路当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变。此外，逆变电路根据直流侧电源性质的不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的称为电流型 5 武汉理工大学《电力电子技术》课程设计说明书逆变电路。本次课程设计任务要求为电压型逆变电路的设计。
有源逆变是将直流电变成和电网同频率的交流电并送回到交流电网中去。逆变的两个条件，一是要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压，因此主电路图采用了一个用整流二极管VD1~VD6组成三相不可控整流电路来提供一个直流电动势，为了保证其值大于变流电路直流侧的平均电压，应该给变流电路直流侧加一个变压器来满足条件；二是晶闸管的控制角ɑ>90°（即0<β<90°）,使Ud为负值。只有同时满足这两个条件，才能实现逆变。
三相全控桥式整流及有源逆变主电路图
700mH
L
U
V
W
U
V
W
VT1
VT2
VT3
VT4
VT5
VT6
G1
G2
G3
G4
G5
G6
Uct
U
V
图 1
2.电路工作原理
⑴整流电路
在上图所示的三相全控桥式整流电路中，设ωL>>Rd,在ɑ=0°时，其对应的各电压、电流波形如下图所示：
根据晶闸管的导通条件可知，对共阴极组来说，哪相电位较其他两相高时，就触发该相晶闸管使其导通；对共阳极组来说，哪相的电位较其他两相低时，就触发该相晶闸管使其导通。为保证整流电流id有通路，必须保证在同一时刻里共阴极组和共阳极组中各有一个晶闸管导通。即电流的通路为：变压器二次绕组→共阴极组的某相→负载→共阳极的某相→变压器二次绕组。
整流输出电压为
Ud=Ud1-Ud2
其中，ud1为共阴极组输出电压瞬时值；ud2为共阳极组输出电压瞬时值。如果共阴极组和共阳极组控制角相同，则两组整流电压平均值相等，三相全控桥式整流电路的整流电压应为三相半控时的两倍。
图 2
在一个周期内，晶闸管的导通顺序为VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6。在这里只分析ɑ=0°时的工作情况如上图所示，将一个周期相电压分为六个区间：
①在ωt1～ωt2区间：U相电压最高，VT1被触发导通。V相电压最低，VT6
被触发导通，加在负载上的输出电压Ud=Uu-Uv=Uuv。
②在ωt2～ωt3区间：U相电压最高，VT1被触发导通。W相电压最低，VT2
被触发导通，加在负载上的输出电压Ud=Uu-Uw=Uuw。
③在ωt3～ωt4区间：V相电压最高，VT3被触发导通。W相电压最低，VT2
被触发导通，加在负载上的输出电压Ud=Uv-Uw=Uvw。
④在ωt4～ωt5区间：V相电压最高，VT3被触发导通。U相电压最低，VT4被触发导通，加在负载上的输出电压Ud=Uv-Uu=Uvu。
⑤在ωt5～6ωt区间：W相电压最高，VT5被触发导通。U相电压最低，VT4被触发导通，加在负载上的输出电压Ud=Uw-Uu=Uwu。
⑥在ωt6～ωt7区间：W相电压最高，VT5被触发导通。V相电压最低，VT6被触发导通，加在负载上的输出电压Ud=Uw-Uu=Uwu。
⑵整流电路的工作特点
①任何时候共阴极和共阳极组各有一个元件同时导通才能形成电流通路。每个晶闸管导通角为120°；
②共阴极组晶闸管VT1,VT3,VT5，按相序依次触发导通，相位相差120°，共阳极组晶闸管VT2，VT4,VT6,相位相差120°，也按相序依次触发导通，同一相得晶闸管相位差180°.
③输出电压由六段电压组成，每周期脉动六次。
④晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，它至于晶闸管的导通情况有关，其波形由三段组成。一段为零，两段为线电压。晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。
⑤变压器二次绕组流过正、负两个方向的电流，消除了变压器的直流磁化，提高了利用率。
⑥对触发脉冲宽度的要求。整流桥正常工作时，需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，常用的方法有两种：一种是宽脉冲触发，它要求触发脉冲的宽度大于60°；另一种是双窄脉冲触发，即触发一个晶闸管时，向小一个序号的晶闸管补发一个脉冲。宽脉冲触发要求触发功率大，易使脉冲变压器饱和，所以采用双脉冲触发。
ɑ>0°时，晶闸管不在自然换相电换流，而是从自然换相点后移ɑ角度开始换流，工作过程与ɑ=0°基本相同。电阻性负载ɑ≤60°时的Ud波形连续，ɑ>60°时Ud波形连续，ɑ=120°时，输出电压为零，因此三相全控桥式整流电路电阻性负载相移范围为0°～ 120°。
⑶逆变电路
图 1为三相桥式有源逆变电路的原理图。为满足逆变条件，左端桥式不可控整流电路为逆变提供了上正下负的电动势。
六．电路调试
1.校正双踪示波器，两个探头同时夹在示波器自带的方波发生器上，如果方波的正负面积相等，则示波器正常，否则就要校正好示波器。
2.按电路原理图接线，未上主电源前，检查电源相序及晶闸管的脉冲是否正常。
⑴．打开NMCL-002电源开关，给定电压有电压显示。
⑵．确定电源相序——双踪示波器法。三相整流电路是按一定顺序工作的，故保证相序正确是非常重要的。测定相序可采用双踪示波器法，指定一根电源线为U相，再用示波器观察，比U相落后120°者为V相，超前120°者为W相。
⑶．用示波器观察NMCL-33的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲。
⑷．检查相序，用示波器观察“1”,“2”单脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲60°，则相序正确，否则应该调整出入电源。
⑸．用双踪示波器的一根接在U相电源上，另一根接在脉冲孔“1”上，注意观察正弦波与脉冲的位置，脉冲孔在ɑ=150°(β=30°)的位置上，则相序正确，否则应该调节RP和示波器。
⑹用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V-2V的脉冲。
3.研究三相全控桥式整流电路供电给电阻负载时的工作
把开关S1,S2扳向接有导线的一端，合上主电源，调节主控制屏输出电压Uuv，Uvw，Uwv，从0V调至220V：
⑴改变控制电压Uct，观察在不同触发移相角ɑ时，全控整流电路的输出电压波形Ud，输出电流波形Id及晶闸管电压波形Uvt，并记录相应的Ud，Id，Uct 值，填与表1。
表 1
⑵记录ɑ=30°，60°，90°时的Ud, Id及Uvt的波形图。ɑ=30°时，Ud, Id波形
ɑ=30°时，Uvt波形
ɑ=60°时，Ud, Id波形
ɑ=60°时，Uvt波形
ɑ=90°时，Ud, Id波形
4.研究三相全控桥式整流电路供电给电阻-电感性负载时的工作
断开主电源，把开关S1扳向接有电感负载的一端，合上主电源，调节主控制屏输出电压Uuv，Uvw，Uwv，从0V调至220V，然后调节RP，使其逐渐减小，监视电流，不宜超过0.8A(若超过0.8A，可用导线把负载电阻短路)：
⑴改变控制电压Uct，观察在不同触发移相角ɑ时，全控整流电路的输出电压波形Ud，输出电流波形Id及晶闸管电压波形Uvt，并记录相应的Ud，Id，Uct值，填与表2
⑵记录ɑ=30°，60°时的Ud, Id及Uvt的波形图。
ɑ=30°时Ud，Id的波形
ɑ=60°时Ud的波形
ɑ=60°时Id的波形
5.研究三相全控桥式逆变电路的工作
断开主电源，把开关S2扳向接有不可控电路的一端，RP调至最大合上主电源，调节主控制屏输出电压Uuv，Uvw，Uwv，从0V调至220V。
⑴改变控制电压Uct，使逆变角β的范围在30°~60°之间，观察全控逆变电路的输出电压波形Ud，输出电流波形Id及晶闸管电压波形Uvt，并记录相应的Ud，Id值，填与表3中。
表3
⑵记录β=30°，60°(即ɑ=150°，120°)时的Ud,id及Uvt的波形图。
β=30°时Ud的波形
β=30°时id的波形
β=30°时Uvt的波形
β=60°时Ud的波形
β=60°时id的波形
β=60°时Uvt的波形
七．注意事项
1.整流及逆变电路与三相电源连接时，一定要注意相序。
2.整流电路的负载电阻不易过小，应使Id不不超过0.8A，同时负载电阻不宜过大，保证Id超过0.1A，避免晶闸管时断时续。
3.为防止逆变颠覆，逆变角必须安置在30°≤β≤90°范围内。
4.示波器的使用必须注意，两根地线必须接在等电位点，防止造成短路。八．最小逆变角的确定
为保证逆变能正常工作，使晶闸管的换相能在电压负半波换相区之内完成换相，触发脉冲必须超前一定的角度，也就是说，逆变角β必须要有严格的限制。
1.换相重叠角γ。由于整流变压器存在漏抗，使晶闸管在换相时存在换相重叠角γ。γ值随电路形式、工作电流大小不同而不同，一般选取15°～25°电角度。
2.晶闸管关断时间Tg所对应的电角度δ。晶闸管从导通到完全关断需要一定的时间，这个时间Tg一般由管子的参数决定，通常为200～300μs，折合到电角度δ约为4°～5.4°。
3.安全余量角θ。由于触发电路各元件的工作状态会发生变化，使触发脉冲的间隔出现不均匀既不对称现象，再加上电源电压的波动，波形畸变等因素，因此必须留有一定的安全余量角θ，一般为10°左右。
综合以上因素，最小逆变角β≥γ+δ+θ=30°～35°。
九．心得体会
课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。下面我对整个课程设计的过程做一下简单的总结。
第一，接到任务以后进行选题。选题是课程设计的开端，选择恰当的、感兴趣的题目，这对于整个设计是否能够顺利进行关系极大。好比走路，这开始的第一步是具有决定意义的，第一步迈向何方，需要慎重考虑。否则，就可能走许多弯路、费许多周折，甚至南辕北辙，难以到达目的地。因此，选题时一定要考虑好了。
第二，题目确定后就是找资料了。查资料是做课程设计的前期准备工作，好的开端就相当于成功了一半，到图书馆、书店、资料室去，虽说是比较原始的方
式，但也有可取之处的。总之，不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的，要一一记录下来以备后用。
第三，通过上面的过程，已经积累了不少资料，对所选的题目也大概有了一些了解，这一步就是在这样一个基础上，综合已有的资料来更透彻的分析题目。
第四，有了研究方向，就应该动手实现了。其实以前的三步都是为这一步作的铺垫。
通过这次设计，使我对三相全控桥式整流电路及有源逆变电路的工作原理了解更加深刻了，通过理论与实际的结合去分析问题，如在理论上电感的值是无穷大，脉冲角度为90°时Ud的波形不会出现断续，但在实际中，电感大会影响人身安全，因此观察的实际波形就会出现失真。
在整个课程设计过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立创新的能力，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创新过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个设计还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，为以后的毕业设计打下了很好的基础，使我终身受益。
十．参考文献
[1] 电力电子技术【M】张涛主编电子工业出版社
[2] 电力电子技术【M】刘卫民施金良主编重庆大学出版社
[3] 电力电子技术【M】王兆安黄俊主编机械工业出版社
[4] 电力电子技术【M】王云亮主编电子工业出版社
[5] 电力电子技术与MATLAB仿真【M】周渊深主编中国电力出版社
1主电路的原理 1.1主电路 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－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。假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角α=0o时的情况。此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻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。
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。在分析ud的波形时，既可从相电压波形分析，也可以从线电压波形分析。从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，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。
电力电子技术课程设计报告 不可逆直流电力拖动系统中三相桥式全控整流电路的设计姓名陈营 学号0317 年级03班 专业电气工程及其自动化 系（院）汽车学院 指导教师齐延兴 2011年12月24日
一、引言 整流电路尤其是三相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要也是应用得最为广泛的电路, 不仅用于一般工业, 也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统及其他领域. 因此对三相桥式可控整流电路的相关参数和不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有很强的现实意义, 这不仅是电力电子电路理论学习的重要一环, 而且对工程实践的实际应用具有预测和指导作用. 因此调试三相桥式可控整流电路的相关参数并对不同性质负载的工作情况进行对比分析与研究具有一定的现实意义。 二、设计任务 课程设计目的 1、培养文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。 2、培养综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3、通过对不可逆直流电力拖动系统中三相桥式全控整流电路的设计，掌握三相桥式全控整流电路的工作原理，综合运用所学知识，三相桥式全控整流电路和系统设计的能力 4、培养运用知识的能力和工程设计的能力。 5、提高课程设计报告撰写水平。 课程设计指标内容及要求 三相桥式全控整流电路设计要求： （1）电网：380V,50HZ; （2）直流电机额定功率17KW,额定电压220V,额定电流90A,额定转速1500r/min. （3）变压器漏感： 设计的步骤 ⑴根据给出的技术要求，确定总体设计方案 ⑵选择具体的元件，进行硬件系统的设计 ⑶进行相应的电路设计，完成相应的功能 ⑷进行调试与修改 ⑸撰写课程设计说明书 三、设计方案选择及论证 三相半波可控整流电路 特点：阻感负载，L值很大，i d波形基本平直： a≤30°时：整流电压波形与电阻负载时相同； a>30°时（如a=60°时的波形如图2-16所示）u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断——u d波形中出现负的部分阻感负载时的移相范围为90°。
电力电子技术课程设计报告 有源逆变电路的设计 姓名 学号 年级20级 专业电气工程及其自动化 系（院） 指导教师 2012年12 月10 日 课程设计任务书
课程《电力电子技术》 题目 有源逆变电路的设计 引言 任务： 在已学的《电力电子技术》课程后，为了进一步加强对整流和有源逆变电路的认识。可设计一个三相全控桥式整流电路及有源逆变电路。分析两种电路的工作原理及相应的波形。通过电路接线的实验手段来进行调试，绘制相关波形图 要求： a. 要有设计思想及理论依据 b. 设计出电路图即整流和有源逆变电路的结构图 c. 计算晶闸管的选择和电路参数 d. 绘出整流和有源逆变电路的u d(t)、i d(t)、u VT(t)的波形图 e. 对控制角α和逆变β的最小值的要求
设计题目三相全控桥式整流及有源逆变电路的设计 一．设计目的 1．更近一步了解三相全控桥式整流电路的工作原理，研究全控桥式整流电路分别工作在电阻负载、电阻—电感负载下Ud, Id及Uvt的波形，初步 认识整流电路在实际中的应用。 2．研究三相全控桥式整流逆变电路的工作原理，并且验证全控桥式电路在有源逆变时的工作条件，了解逆变电路的用途。 二．设计理念与思路 晶闸管是一种三结四层的可控整流元件，要使晶闸管导通，除了要在阳极—阴极间加正向电压外，还必须在控制级加正向电压，它一旦导通后，控制级就失去控制作用，当阴极电流下降到小于维持电流，晶闸管回复阻断。因此，晶闸管的这一性能可以充分的应用到许多的可控变流技术中。 在实际生产中，直流电机的调速、同步电动机的励磁、电镀、电焊等往往需要电压可调的直流电源，利用晶闸管的单向可控导电性能，可以很方便的实现各种可控整流电路。当整流负载容量较大时，或要求直流电压脉冲较小时，应采用三相整流电路，其交流侧由三相电源提供。三相可控整流电路中，最基本的是三相半波可控整流电路，应用最广泛的是三相桥式全控整流电路。三相半波可控电路只用三只晶闸管，接线简单，但晶闸管承受的正反向峰值电压较高，变压器二次绕组的导电角仅120°，变压器绕组利用率较低，并且电流是单向的，会导致变压器铁心直流磁化。而采用三相全控桥式整流电路，流过变压器绕组的电流是反向电流，避免了变压器铁芯的直流磁化，同时变压器绕组在一个周期的导电时间增加了一倍，利用率得到了提高。 逆变是把直流电变为交流电，它是整流的逆过程，而有源逆变是把直流电经过直-交变换，逆变成与交流电源同频率的交流电反送到电网上去。逆变在工农业生产、交通运输、航空航天、办公自动化等领域已得到广泛的应用，最多的是交流电机的变频调速。另外在感应加热电源、航空电源等方面也不乏逆变电路的身影。 在很多情况下，整流和逆变是有着密切的联系，同一套晶闸管电路即可做整流，有能做逆变，常称这一装置为“变流器”。 三．关键词
三相桥式全控整流电路的设计 摘要：整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。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交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路的种类有很多，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。 关键词：整流变压触发过电压保护电路。 1前言 整流电路技术在工业生产上应用极广。如调压调速直流电源、电解及电镀的直流电源等。整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。 整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。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交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路的种类有很多，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。 把交流电变换成大小可调的单一方向直流电的过程称为可控整流。整流器的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般可在输入端加接整流变压器，把一次电压U1，变成二次电压
三相桥式全控整流电路的性能研究 一、原理及方案 三相桥式全控整流电路系统通过变压器与电网连接，经过变压器的耦合，晶闸管主电路得到一个合适的输入电压，使晶闸管在较大的功率因数下运行。变流主电路和电网之间用变压器隔离，还可以抑制由变流器进入电网的谐波成分。保护电路采用RC过电压抑制电路进行过电压保护，利用快速熔断器进行过电流保护。采用锯齿波同步KJ004集成触发电路，利用一个同步变压器对触发电路定相，保证触发电路和主电路频率一致，触发晶闸管，使三相全控桥将交流整流成直流，带动直流电动机运转。 结构框图如图1-1所示。整个设计主要分为主电路、触发电路、保护电路三个部分。框图中没有表明保护电路。当接通电源时，三相桥式全控整流电路主电路通电，同时通过同步电路连接的集成触发电路也通电工作，形成触发脉冲，使主电路中晶闸管触发导通工作，经过整流后的直流电通给直流电动机，使之工作。 图1-1 三相桥式全控整流电路结构图
二、主电路的设计及器件选择 实验参数设定负载为220V、305A的直流电机，采用三相整流电路，交流测由三相电源供电，设计要求选用三相桥式全控整流电路供电，主电路采用三相全控桥。 1．三相全控桥的工作原理 如图2-1所示，为三相桥式全控带阻感负载，根据要求要考虑电动机的电枢电感与电枢电阻，故为阻感负载。习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管称为共阳极组。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。晶闸管的导通顺序为 VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。变压器为Y ?-型接法。变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网 KP1KP3KP5 图1 三相桥式全控整流电路 图2-1 三相桥式全控整流电路带（阻感）负载原理图 2. 三相全控桥的工作特点 ⑴2个晶闸管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1个，且不能为同1相器件。 ⑵对触发脉冲的要求： 按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差。 共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差。 共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差。 同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。
二．三相晶闸管全控整流电路原理说明 2．1主电路原理说明 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。编号如图示，晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6 。 带电阻负载时的工作情况 晶闸管触发角α=0o时的情况：此时，对于共阴极组的3个晶闸管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意时刻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所示。 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。从相电压波形看，以变压器二次侧的中点n为参考点，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。将波形中的一个周期等分为6段，每段为60度，如图2-18所示，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如下表所示。由该表可见，6个晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。 时段 1 2 3 4 5 6 共阴极组中 导通的晶闸 管 VT1 VT1 VT3 VT3 VT5 VT5 共阳极组中 导通的晶闸 管 VT6 VT2 VT2 VT4 VT4 VT6 整流输出电 压ud ua-ub=uab ua-uc=uac ub- uc=ubc ub- ua=uba uc- ua=uca uc-ub=ucb
图1 三相桥式全控整流电路 实验六：三相桥式全控整流电路 （一）实验目的 1.掌握实验电路的工作原理和关键波形； 2.分析不同参数设置对仿真结果的影响 （二）实验原理 在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。 为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管KP1和KP4接a 相，晶闸管KP3和KP6接b 相，晶管KP5和KP2接c 相。 晶闸管KP1、KP3、KP5组成共阴 极组，而晶闸管KP2、KP4、KP6组成 共阳极组。 为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律，分析输出波形的变化规 则，下面研究几个特殊控制角，先分 析α=0的情况，也就是在自然换相点 触发换相时的情况。图1是电路接线 图。 为了分析方便起见，把一个周期 等分6段（见图2）。 在第（1）段期间，a 相电压最高，而共阴极组的晶闸管KP1被触发导通，b 相电位最低，所以供阳极组的晶闸管KP6
被触发导通。这时电流由a相经KP1流向负载，再经KP6流入b相。变压器a、b两相工作，共阴极组的a相电流为正，共阳极组的b相电流为负。加在负载上的整流电压为 =-= 经过60°后进入第(2)段时期。这时a相电位仍然最高，晶闸管KPl继续导通，但是c相电位却变成最低，当经过自然换相点时触发c相晶闸管KP2，电流即从b相换到c相，KP6承受反向电压而关断。这时电流由a相流出经KPl、负载、KP2流回电源c相。变压器a、c两相工作。这时a相电流为正，c相电流为负。在负载上的电压为 =-= 再经过60°，进入第(3)段时期。这时b相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，触发导通晶闸管KP3，电流即从a相换到b相，c相晶闸管KP2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc两相工作，在负载上的电压为 =-= 余相依此类推。 由上述三相桥式全控整流电路的工作过程可以看出： 1.三相桥式全控整流电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通，而且这两个晶闸管一个是共阴极组，另一个是共阳极组的，只有它们能同时导通，才能形成导电回路。 2. 三相桥式全控整流电路就是两组三相半波整流电路的串联，所以与三相半波整流电路一样，对于共阴极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KPl、KP3和KP5依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差应为120°。对于共阳极组触发脉冲的要求是保证晶闸管KP2、KP4和KP6依次导通，因此它们的触发脉冲之间的相位差也是120°。 3.由于共阴极的晶闸管是在正半周触发，共阳极组是在负半周触发，因此接在同一相的两个晶闸管的触发脉冲的相位应该相差180°。 4. 三相桥式全控整流电路每隔60°有一个晶闸管要换流，由上一号晶闸管换流到下一号晶闸管触发，触发脉冲的顺序是：1→2→3→4→5→6→1，依次下去。相邻两脉冲的相位差是60°。
课程设计任务书 学生：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无穷大使负载电流连续； 2．U2=220V，晶闸管触发角α=30°； 3．其他器件如晶闸管自己选取。 要求完成的主要任务：（包括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，每个开关器件触发次序及相位分析； 3.保护电路的设计，过流保护，过电压保护原理分析； 4.各参数的计算（输出平均电压，输出平均电流，输出有功功率计算，输出波形分析）； 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，答辩 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
摘要 整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。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交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路的种类有很多，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。 关键词：整流，变压，触发，过电压，保护电路。
湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称_______ 电力电子技术______________ 题目三相整流电路的设计________ 专业班级________ 电气工程______________ 学生姓名___________ 学号__________ 指导老师_____________ 杨青____________________ 审批_________________ 谢卫才___________________ 任务书下达日期2014年2月24日
设计完成日期2014年3月8日 设计内容与设计要求 ?设计内容 1.设计出三相整流电路的主电路。 （电压0-220V,功率1KW,阻感负载） 2 ?设计三相整流电路的控制电路。 3.设计三相整流电路的驱动电路。 ?设计要求 1.给出整体设计框图，画出三相整流电路的总体原理图； 2.说明所选器件的型号，特性。 3.给出具体电路画出电路原理图； 4.编写设计说明书； 5.课程设计说明书要求用手写，所绘原理图纸用计算机打印
(16K) 主要设计条件1 ?提供计算机一台; 说明书格式 1.课程设计封面； 2.任务书； 3.说明书目录； 4.设计总体思路，基本原理和框图; 5.电路设计； 6.编写设计说明书； 7.总结与体会； 8.附录； 9.参考文献； 10.三相整流电路原理图。
进度安排 第一周星期一：下达设计任务书，介绍课题内容与要求； 第一周星期一一一第一周星期五：查找资料，确定设计方案，画出草图。第二周星期一上午一一星期二下午：电路设计，打印出图纸。 星期三：书写设计报告； 星期四：书写设计报告； 星期五：答辩。 参考文献
a V 1 b V 2c V 3 u d R i d L M ＋－ ＋－E D T 0u d α u a u b u c u a ωt 0 i d ωt i V1 i V2 i V3 i V1 (a)0 u d αu a 0i d ω i V3 三相半波有源逆变电路仿真 一、电路图及工作原理 当ɑ>90°时I d 的方向如图所示，E m 的极性与晶闸管的导通方向一致，且│E m │>│U d │，此时的U d 极性为负，电流由直流侧送到交流侧，电网吸收功率，实现逆变 三相半波有源逆变器（电阻负载）原理图 二、模型参数设置 1、电压源 三相交流电源通过三个频率为50Hz 、幅值为220V 、相位两两相差120°，A 相的设置如右图所示，另外两相设置为B
相相位滞后A相120°，Phase设置为-120°，C相相位超前A 相120°，Phase设置为120°，测量“measurements”三相都要选Voltage，以便使用万用表测量电压 2、电压电流测量 由于同步6脉冲触发器的AB,BC,CA端为同步线电压输入端，而三相电源提供的是相电压所以要通过三个电压表进行转换，其他电流电压测量无需设置直接使用 3、常量 本系统使用两个常量模块，一个提供触发角ɑ的值，一个设置为0连接同步6脉冲触发器的使能端Block，使其能
正常工作。如下图所示： 4、分路器和多路选择器 分路器输出Numbers of outputs选3 多路选择器输入Numbers of inputs选3 如图所示 5、同步6脉冲触发器 频率设置为50Hz，脉冲用宽脉冲设置为10°。 如图所示：
KP5 图1 三相桥式全控整流电路 实验六：三相桥式全控整流电路 （一）实验目的 1.掌握实验电路的工作原理和关键波形； 2.分析不同参数设置对仿真结果的影响 （二）实验原理 在三相桥式全控整流电路中，对共阴极组和共阳极组是同时进行控制的，控制角都是α。由于三相桥式整流电路是两组三相半波电路的串联，因此整流电压为三相半波时的两倍。很显然在输出电压相同的情况下，三相桥式晶闸管要求的最大反向电压，可比三相半波线路中的晶闸管低一半。 为了分析方便，使三相全控桥的六个晶闸管触发的顺序是1-2-3-4-5-6，晶闸管是这样编号的：晶闸管KP1和KP4接a相，晶闸管KP3和KP6接b相，晶管KP5和KP2接c相。 晶闸管KP1、KP3、KP5组成 共阴极组，而晶闸管KP2、KP4、KP6 组成共阳极组。
为了搞清楚α变化时各晶闸管的导通规律，分析输出波形的变化规则，下面研究几个特殊控制角，先分析α=0的情况，也就是在自然换相点触发换相时的情况。图1是电路接线图。 为了分析方便起见，把一个周期等分6段（见图2）。 在第（1）段期间，a 相电压最高，而共阴极组的晶闸管KP1被触发导通，b 相电位最低，所以供阳极组的晶闸管KP6被触发导通。这时电流由a 相经KP1流向负载，再经KP6流入b 相。变压器a 、b 两相工作，共阴极组的a 相电流为正，共阳极组的b 相电流为负。加在负载上的整流电压为 = - = 经过60°后进入第(2)段时期。这 时a 相电位仍然最高，晶闸管KPl 继 续导通，但是c 相电位却变成最低， 当经过自然换相点时触发c 相晶闸管 KP2，电流即从b 相换到c 相，KP6 承受反向电压而关断。这时电流由a 相流出经KPl 、负载、KP2流回电源c 相。变压器a 、c 两相工作。这时a 相电流为正，c 相电流为负。在负载上的电压为 = - = 再经过60°，进入第(3)段时期。这时b 相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，触发导通晶闸管KP3，电流即从a 相换到b 相，c 相晶闸管KP2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器bc 两相工作，在负载上的电压为 = - =
三相全桥不控整流电路的设计 1 三相整流的原理和参数计算 1.1 三相不控整流原理 三相桥式不控整流电路的原理图如图1-1所示。该电路中，某一对二极管导通是，输出直流电压等于交流侧线电压中最大的一个，改线电压既向电容供电，也向负载供电。当没有二极管导通时，由电容向负载供电，d u 按指数规律下降。 设二极管在距线电压过零点δ角处开始导通，并以二极管6VD 和1VD 开始同时导通的时刻为零点，则线电压为 2sin()ab u t ω+δ 在t=0时，二极管6VD 和1VD 开始导通，直流侧电压等于ab u ；下一次同时导通的一对管子是1VD 和2VD ，直流侧电压等于ac u 。着两段导通过程之间的交替有两种情况，一种是1VD 和2VD 同时导通之前和6VD 和1VD 是关断的，交流侧向直流侧的充电电流d i 是断续的；另一种是1VD 一直导通，交替时由6VD 导通换相至2VD 导通，d i 是连续的。介于两者之间的临界情况是，6VD 和1VD 同时导通的阶段与1VD 和2VD 同时导通的阶段在t πω+δ=2/3处恰好衔接起来，d i 恰好连续，可以确定临界条件 wRC = 当wRC >wRC 实验二三相半波有源逆变电路实验 一、实验目的 1、掌握三相半波有源逆变电路的工作原理，验证可控整流电路在有源逆变时的工作条件，并比较与整流工作时的区别。 2、观察逆变失败现象，并研究逆变失败产生原因及预防措施。 二、预习内容 1、什么是有源逆变和逆变角？有何分类？ 2、实现有源逆变的条件是什么？ 3、试画出β=30°，60°时逆变电压的波形。 三、实验所需设备及挂件 四、实验线路原理图及原理流程图 1）实验线路原理图：见图X－1 2）实验原理流程图：见X －2 图X －2实验原理流程图 五、注意事项 (1)参照三相半波可控整流实验的注意事项(1) (2)电阻调节要缓慢进行,以防主电路电流过大,损坏晶闸管. 六、实验内容 三相半波整流电路在有源逆变状态工作下带电阻电感性负载的研究。 七、实验方法及步骤 1、DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试（与整流电路步骤与方法相同略）。 2、三相半波有源逆变电路实验 。 ①)按图X-1接线。 a) 晶闸管选用DJK02 上的正桥组VT1、VT3、VT5采用共阴极接法. b) 电感用DJK02 上的Ld=700mH c) 电阻R 选用D42 三相可调电阻，将两个900Ω接成串联，且放在最大阻值。 注意：以上器件图片见“三相半波可控整流实验”。 d)直流电源用DJK01 上的励磁电源，其中DJK10 中的心式变压器用作升压变压器使用，变压器接成Y/Y 接法，逆变输出的电压接心式变压器的中压端Am 、Bm 、Cm,返回电网的电压从高压端A 、B 、C 输出。 e)直流电压、电流表用DJK01和DJK02 上的均可。见上图。 ②将给定开关S2拨到接地位置（即Uct=0），调节DJK02-1上的偏移电压电位器Rp ，使触发角α=150°（即β=30°），实际调到βmin 即可。当初始触发角定下后，在以后的逆变调节中只调节给定电压Uct ，这样确保不进入整流状态。这点很重要。 ③按下“启动”按钮，此时三相半波处于逆变状态，用示波器观察电路输出电压U d 波形，缓慢调节给定电位器，升高输出给定电压。观察电压表的指示，其值由负的电压值向零靠近，当到零电压的时候，也就是α=90°（即β=90°），记录β=βmin 、45°、60°、75°、90°时的电压值以及波形。 计算公式：Ud=-1.17U2cos β 注意：本实验中的U2实际是多少？ 八、实验报告 (1)画出实验所得的各特性曲线与波形图。 (2)对可控整流电路在整流状态与逆变状态的工作特点作比较。 电气工程学院课程设计报告 课程名称：电力电子技术 设计题目：三相桥式全控整流电路设计 专业班级：自动化1班 学号： 20120220 姓名： 时间： 2015年9月2日--9月30日 ——————以下由指导教师填写——————分项成绩：出勤成品答辩及考核 总成绩：总分成绩 指导教师（签名）： 前言 课程设计是《电力电子技术》课程的实践性教学环节，通过课程设计，可 使学生在综合运用所学理论知识，拓展知识面，理论分析和计算，实验研究以及系统地进行工程实践训练等方面得到训练和提高，从而培养学生具有独立解决实际问题和从事科学研究的初步能力。通过设计过程，可是学生初步建立正确的设计思想，熟悉工程设计的一般顺序呢、规范和方法，提高正确使用技术 资料、标准、手册等工具书的能力。通过设计工作还可以培养学生实事求是和一丝不苟的工作作风，树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，为后续课程的学习和毕业设计，乃至向工程技术人员的过渡打下基础。 目录 前言 1 一课程设计的内容和具体要求 2 二变压器设计 3 三晶闸管的选择 3 四晶闸管的保护设计 4 五触发电路设计 5 六触发电路供电电源设计 6 七Matlab仿真7 八实验总结8 一．课程设计的内容和具体要求 要求设计一个完整的三相桥式全控整流电路，包括主电路、触发电路、整流变压器的设计，晶闸管的选型和保护等。 （一）技术指标 1、整流器负载为10KW 直流电动机 额定电压D C 220V，额定电流55A，电枢电阻0.5?，总电阻1? 2、输入电压A C 380V（+5~10%） 3、输入电压D C 0~220V，输出最大电流λI nom （λ=1.5） 4、最小α角为15° 5、触发电路采用K J004 6、主变压器采用Y/Y12 联接。 7、主电路采用三相桥式全控整流电路。 （二）设计要求 1、变压器 设计 1）二次相电压U 2 的计算 2）二次电流I 2 和一次电流I 1 的计算 3）变压器容量的计算 2、晶闸管的选择 3、晶闸管保护设计 1）晶闸管过流保护 2）晶闸管过压保护 4、触发电路设计 1）同步变压器设计及同步电压的相位选择2）三相触发电路设计（双窄脉冲） 5、触发脉冲供电电源设计 （三）成品要求 1、课程设 计报告一份 2、电路图一份 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、仿真； 2）设计要求： 输入AC3*110V，50Hz，输出电流连续，阻感负载，要求输出直流电压60V~200V，计算其主开关器件所承受的最大正反向电压，器件的额定电流，并建立合适的仿真模型，对主电路进行仿真。然后根据三相桥式整流电路的驱动控制要求，设计其控制电路，产生符合电路驱动所要求的触发波形。 二．题目分析 三相全控整流电路的整流负载容量较大,输出直流电压脉动较小,是目前应用最为广泛的整流电路。它是由半波整流电路发展而来的。由一组共阴极的三相半波可控整流电路（共阴极组晶闸管依次编号T1.T3.T5）和一组共阳极接法的晶闸管（依次编号T4.T6.T2）串联而成。六个晶闸管分别由按一定规律的脉冲触发导通，来实现对三相交流电的整流，当改变晶闸管的触发角时，相应的输出电压平均值也会改变，从而得到不同的输出。 根据要求的输入电压值与输出的电压围，计算出晶闸管承受的最大正、反向电压值。然后根据三相桥式整流电路的驱动控制要求，设计其控制电路，产生符合电路驱动所要求的触发波形。再用Multisim软件进行仿真，调试，得到仿真图形。 1．主电路图原理图 图一主电路原理图 2.三相桥式全控整流电路的特点及其要求： 一般变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，晶闸管分共阴极和共阳极。一般1、3、5为共阴极，2、4、6为共阳极。 ①两管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各一个，且不能为同一相器件。 ②对触发脉冲的要求： a.按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60°。 b.共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120°，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120°。 c.同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180°。 ③ U一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。 d ④需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发（常用）。 电气信息学院 课程设计任务书 课题名称三相整流电路的设计 姓名专业电气工程及其自动化班级学号01指导老师蔡斌军杨青梁锦颜渐得李祥来 课程设计时间2016年6月6日-2016年6月17日（15、16周） 教研室意见意见：审核人： 一、任务及要求 1. 设计出三相整流电路的主电路。 （输入电压AC0-220V,功率1KW,阻感负载） 2. 设计三相整流电路的控制电路。 3. 设计三相整流电路的驱动电路。 4.给出整体设计框图，画出三相整流电路的总体原理图； 5. 说明所选器件的型号，特性。 6. 给出具体电路画出电路原理图； 7.编写设计说明书； 8.课程设计说明书要求用手写，所绘原理图纸用计算机打印。（16K） 二、进度安排 第一周：星期一：下达设计任务书，介绍课题内容与要求； 星期二——星期五：查找资料，确定设计方案，画出草图。 第二周：星期一上午——星期二下午：电路设计，打印出图纸。 星期三：书写设计报告；星期四：书写设计报告；星期五：答辩。 主电路设计 当负载为阻感性时，三相桥式全控整流电路通过六个晶闸管和足够大的电感把电网的交流电转化为直流电而供给用户使用，可以通过调节触发电路的控制电压Vk改变晶闸管的控制角α，从而改变输出电压Ud和输出电流Id。 三相桥式全控整流电路原理图如图3.1所示，习惯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三相电源连接的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-VT6。 图3.1 三相桥式全控整流电路原理图 触发电路设计 3.3.1 TCF792芯片简介 TCF792的芯片管脚图如图3.4所示。 图3.4 TCF792的芯片管脚图 TCF792原理结构简图如图3.5所示。 三相半波有源逆变电 路 T a V 1 b V 2c V 3 u d R i d L M ＋－ ＋－E D T 0u d α u a u b u c u a ωt 0 i d ωt i V1 i V2 i V3 i V1 (a)0 u d αu a 0i d ω i V3 三相半波有源逆变电路仿真 一、电路图及工作原理 当ɑ>90°时I d 的方向如图所示，E m 的极性与晶闸管的导通方向一致，且│E m │>│U d │，此时的U d 极性为负，电流由直流侧送到交流侧，电网吸收功率，实现逆变 三相半波有源逆变器（电阻负载）原理图 二、模型参数设置 1、电压源 三相交流电源通过三个频率为50Hz 、幅值为220V 、相位两两相差120°，A 相的设置如右图所示，另外两相设置为 B相相位滞后A相120°，Phase设置为-120°，C相相位超前A相120°，Phase设置为120°，测量“measurements”三相都要选Voltage，以便使用万用表测 量电压 2、电压电流测量 由于同步6脉冲触发器的AB,BC,CA端为同步线电压输入端，而三相电源提供的是相电压所以要通过三个电压表进行转换，其他电流电压测量无需设置直接使用 3、常量 本系统使用两个常量模块，一个提供触发角ɑ的值，一 个设置为0连接同步6脉冲触发器的使能端Block，使其能正常工作。如下图所示： 4、分路器和多路选择器 分路器输出Numbers of outputs选3 多路选择器输入Numbers of inputs选3 如图所示 5、同步6脉冲触发器 频率设置为50Hz，脉冲用宽脉冲设置为10°。 目录 摘要....................................................................................... - 2 - Abstract .................................................................................. - 3 - 第一章引言 .......................................................................... - 4 - 1.1 设计背景....................................................................... - 4 - 1.2 设计任务....................................................................... - 4 - 第二章方案选择论证 .......................................................... - 6 - 2.1方案分析........................................................................ - 6 - 2.2方案选择........................................................................ - 6 - 第三章电路设计 ................................................................ - 7 - 3.1 主电路原理分析............................................................ - 7 - 第四章仿真分析 ................................................................ - 9 - 4.1 建立仿真模型 ............................................................... - 9 - 4.2仿真参数的设置 .......................................................... - 10 - 4.3 仿真结果及波形分析................................................... - 11 - 第五章设计总结 ................................................................ - 26 - 致谢................................................................................. - 27 - 参考文献............................................................................... - 28 - 电子技术课程设计 说明书 三相半波有源逆变电路设计 学生姓名：学号： 三号体 学院：信息与通信工程学院 专业：电气工程及其自动化 指导教师：石喜玲 2013年 1 月 中北大学 电子技术课程设计任务书 2012/2013 学年第一学期 学院：信息与通信工程学院 专业：电气工程及其自动化 学生姓名：学号： 课程设计题目：三相半波有源逆变电路设计 起迄日期: 12月24日~ 01月4 日 课程设计地点:电气工程系软件实验室 指导教师:石喜玲 系主任：王忠庆 下达任务书日期: 2012 年 12 月 24日 课程设计任务书 课程设计任务书 目录 1 引言 (1) 1.1逆变的应用 (1) 1.2逆变的分类 (1) 1.3有源逆变产生的条件 (1) 2主电路设计及工作原理 (2) 2.1总体框架图 (2) 2.2主体电路图 (2) 2.3 工作原理 (3) 3 单元电路设计 (3) 3.1 触发电路 (3) 3.2波形观察电路 (4) 3.3设计电路图 (5) 4参数计算 (5) 5仿真波形图 (6) 6数据分析 (7) 7心得体会 (7) 参考文献 (7) 1 引言 1.1逆变的应用 随着科技的快速发展，逆变电路已经越来越多的出现在人们的生活中。目前，逆变电路的已经在很多领域应用到，比如电脑、电视、洗衣机、空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、录像机、按摩器、风扇、照明、交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路。它的基本作用是在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。。 1.2逆变的分类 逆变与整流相对应，是把直流电能经过直交变换，向交流电源反馈能量的变换电路。当交流侧接电网，称为有源逆变，当交流侧接负载，称为无源逆变。当直流侧是电压源，称为电压源型逆变电路，当直流侧是电流源，又称为电流源型逆变电路，电压型逆变电路输出电压是矩形波，电流型逆变电路输出电流是矩形波。全控整流电路既能工作在整流方式，又能工作在有源逆变方式，即电路在一定条件下，电能从AC—DC；在另外条件下，电能又可以从DC返回AC。 1.3 有源逆变产生的条件 （1）负载侧存在一个直流电源E，由它提供能量，其电势极性与变流器的整流电压相反，对晶闸管为正向偏置电压。 （2）变流器在其直流侧输出应有一个与原整流电压极性相反的逆变电压u，其平均值U 电力电子技术课程设计说明书三相桥式全控整流电路 系、部：电气与信息工程系 专业：自动化 目录 第1章绪论 (1) 1. 电子技术的发展趋势 (1) 2. 本人的主要工作 (2) 第2章主电路的设计及原理 (3) 1. 总体框图 (3) 2. 主电路的设计原理 (3) 2.1带电阻负载时 (4) 2.2阻感负载时 (7) 3. 触发电路 (8) 4. 保护电路 (9) 5. 参数计算 (10) 5.1 整流变压器的选择 (10) 5.2 晶闸管的选择 (11) 5.3 输出的定量分析 (11) 第3章MATLAB的仿真 (13) 1. MATLAB仿真软件的简介 (13) 2. 仿真模拟图 (13) 3. 仿真结果 (13) 第4章结束语 (16) 参考文献 (17) 第1章绪论 1. 电子技术的发展趋势 当今世界能源消耗增长十分迅速。目前，在所有能源中电力能源约占40%，而电力能源中有40%是经过电力电子设备的转换才到使用者手中。预计十年后，电力能源中的80%要经过电力电子设备的转换，电力电子技术在21世纪将起到更大作用。 电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三个部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关，已逐步发展成为 电力电子技术作为一门高技术学科，由于其在节能、减小环境污染、改善工作条件等方面有着重要的作用，现在已广泛的应用于传统工业(例如：电力、机械、交通、化工、冶金、轻纺等)和高新技术产业(例如：航天、现代化通信等)。下面着重讨论电力电子技术在电力系统中的一些应用。 在高压直流输电(HVDC)方面的应用 直流输电在技术方面有许多优点：(1)不存在系统稳定问题，可实现电网的非同期互联;(2)可以限制短路电流;(3)没有电容充电电流;(4)线路有功损耗小;(5)输送相同功率时，线路造价低;(6)调节速度快，运行可靠;(7)适宜于海下输电。随着大功率电子器件(如：可关断的晶闸管、MOS控制的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等)开断能力不断提高，新的大功率电力电子器件的出现和投入应用，高压直流输电设备的性能必将进一步得以改善，设备结构得以简化，从而减少换流站的占地面积、降低工程造价。 在柔性交流输电系统(FACTS)中的应用 20世纪80年代中期，美国电力科学研究院(EPRI)N.G.Hingorani博士首次提出柔性交流输电技术的概念。近年来柔性交流输电技术在世界上发展迅速，已被国内外一些权威的输电工作者预测确定为“未来输电系统新时代的三项支持技三相半波有源逆变实验二
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