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12脉波KGPS中频电源控制原理KGPS系列感应加热晶闸管变频装置是利用晶闸管将三相工频交流电能转换为几百或几千赫的单相交流电能。
具有控制方便、运行可靠、效率高等特点，有利于提高产品的产量和质量。
本装置采用全数字控制，扫频启动方式，无须同步变压器等，线路简单，调试方便，负载适应能力强，启动可靠。
应用于铸钢、不锈钢、合金钢的冶炼，真空冶炼，感应加热等不同场合。
1．主电路原理1.1整流电路原理整流电路主要是将50HZ的交流电整流成直流。
由12个晶闸管组成的12脉波串联全控整流电路，输入工频电网电压(400V)，控制可控硅的导通，实现输出0～510V 连续可调的直流电压。
(如图)六相12脉波全控整流桥工作原理当触发脉冲在任意控制角时，其输出直流电压为：Ud = 1.35UaCosaX2式中：Ua = 三相进线电压a-控制角1.2逆变电路原理：该产品采用了并联逆变器，这种逆变器对负载变化适应能力强，见图（4）所示。
它的主要作用是将三相整流电压Ud逆变成单相400-10KC的中频交流电。
一般，由于功率大小、进线电压等原因，逆变可控硅的数量有，四只、八只、十六只三种，即采用单管、串管、并管等技术。
但为了分析方便，将其等效为图（4）电路。
下面分析一下逆变器的工作过程，假设图（4）中，先是①②导通③④截止，则直流电流Id经电抗器Ld，可控硅①②流向Lc谐振回路，Lc产生谐振，振荡电压正弦波。
此时电容器两端的电压极性为左正右负，如果在电容器两端电压尚未过零时之前的某一时刻产生脉冲去触发可控硅③④，此时形成可控硅①②③④同时导通状态，由于可控硅③④的导通，电容器两端的电压通过可控硅③④加在可控硅①②上使可控硅①②两端承受反压而关断，也就是说可控硅①②将电流换给了③④。
换流以后，直流电流Id经电抗器Ld、可控硅③④反向流向LC谐振回路。
电容器两端的电压继续按正弦规律变化，而电容器两端电压极性为左负右正，负载回路中的电流也改变了方向。
12脉波整流电路原理
12脉波整流电路是一种高效的电力转换技术，它可以将交流电转换为直流电，同时减少了输出的脉动和谐波。
其原理基于三相交流电源的正弦波形，通过控制三相桥式整流器中的开关管，使得每个半周期内都能够有两个开关管被导通，从而实现了12个脉冲的整流。
在12脉波整流电路中，三相桥式整流器是核心部件。
其由6个二极管和6个可控硅组成，分别连接在三相交流电源的对应位置上。
当交流电源中某一相的正半周时，该相对应的可控硅导通，而其他两个可控硅则不导通。
当另外一相出现正半周时，则对应该相的可控硅导通，而前一个可控硅则停止导通。
如此循环下去，在一周期内就会出现12次开关变化。
由于12脉波整流器中每个半周期都有两个开关管被导通，因此输出端得到了更加平稳的直流输出。
同时，在输入端也减少了谐波污染和功率因数问题。
需要注意的是，在实际应用中需要进行适当的控制和保护。
例如，需要对可控硅的触发角度进行控制，以确保输出电压稳定。
同时，还需要考虑可控硅的损坏和过流保护等问题。
总之，12脉波整流电路是一种高效、稳定的电力转换技术。
其原理基于三相交流电源的正弦波形，在适当的控制下可以实现更加平稳和低谐波的直流输出。
在实际应用中需要进行适当的控制和保护，以确保系统的安全和可靠性。
（1）得到相位彼此相差30o 、大小相等的12相电压。
（2）强化三相桥式全控整流电路的调试方法、仿真过程，了解触发电路与主电路的同步问题。
（3）通过仿真掌握两重12脉冲整理电路的组成，两重12脉波整流电路对交流电压、主电路、控制驱动电路的要求。
二、仿真原理采用多重连接不仅可以减少交流输出电流的谐波，同时也可减少直流输出电压中的谐波幅值并提高纹波频率，因而可减少平波电抗器。
为了简化分析，下面均不考虑变压器漏抗引起的重叠角，并假设整流变压器各绕组的相电压之比为1:1：√3.如图（1）所示是移相30o 构成串联两重链接电路的原理图，利用变压器二次绕组接法的不同，使两组三相交流电源间相位错开30o ，从而使输出整流电压ud 在每个交流电源周期中脉动12次，故该电路为12脉冲整流电路。
整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成30o 、大小相等的两组电压，接到相互串联的2组整流桥。
因绕组接法不同，为得到两组大小相等的线电压，变压器绕组和两个二次绕组的匝数比设置为1:1：√3.图（1）所示是移相30o构成串联两重链接电路的原理图根据仿真原理图可得，整个系统包含三相电压源、三相变压器、控制系统、两个三相整流电路和负载。
其中三相电压源相与相间的有效值为220V ；变压器1的变比为1:1且原边和副变的接法均为星形，变压器2的变比为1：√3且原边和副变的接法分别为为星形和三角形，通过上边的接法两个变压器副变的电压相位角相差30o 和电压的线电压相等，负载采用阻性负载。
++-A B a2b2a3b3根据上面的仿真原理分析，在Matlab 软件中搭建了整个系统的仿真模型图，如图（2）所示。
三相变压器用两个单相变压器代替但是匝数比和绕组连接方式不变，三相整流桥利用搭建的子系统代替，控制电路也利用子系统来代替。
下面重点介绍控制子系统和三相整流电路。
图（2）仿真模型图控制电路需要跟随电压的输入，产生正确的触发脉冲来控制晶闸管的导通和关断。
12脉波整流变压器结构型式的选择
在大型的电化学或电冶金用直流电源系统中，同相逆并联12脉波整流机
组是组成24相、36相、48相整流系统的基本组成单元。
12脉波整流机组主电路的连接型式有两种方案：一种是由一台整流变压器与两台整流装置组成的单机组12脉波整流电路（简称单机组12脉波整流电路）；另一种是由置于同一
油箱内的两台完全独立的整流变压器与两台整流装置组成的双机组等值12脉
波整流电路（简称等值12脉波整流电路）。
二者的连接方式如图1、图2所示。
上述两种连接方式的整流电路，对12脉波整流输出电压（电流）波形的对
称性以及对网侧谐波电流的影响是不同的，应引起设计人员和用户的注意。
1两种连接方式对谐波电流的影响
理想情况下，12脉波整流电路运行过程中，不会在网侧产生5次和7次谐波电流。
但单机组12脉波整流电路，由于变压器两个阀侧绕组的输出电压和阻
抗不容易做到很一致，使得运行时存在着严重的负荷分配不均的问题。
需要通过晶闸管相控或饱和电抗器的励磁调节来纠正这种偏差，从而导致二个三相桥晶闸管导通的相位差不能严格地保持为30°，使得网侧仍然存在5次和7 次谐波电流。
对于等值12脉波整流电路，由于变压器两个阀侧绕组的输出电压和阻抗容
易做到一致，而不会破坏12脉波的对称性。
图1单机组12脉波整流电路
图2等值12脉波整流电路
2阀侧绕组之间负荷电流分配不均的问题
2.1单机组12脉波整流电路单机组12脉波整流电路，其整流变压器网侧只。
两种12脉波整流变压器分析与仿真葛笑寒【摘要】比较两种12脉波整流变压器的结构和设计原理.一种利用阀侧的星三角自动30度移相,电源侧采用延边三角形移相.第二种电源侧采用自耦调压绕组,整流分裂为高低压两套绕组,延边三角形在整流变高压侧,都为三角形联结,在整流绕组的高压侧实现相位的左右移相.前者结构简单,造价较低,电压可调性较差.后者变压器绕组增多,结构复杂,高度、造价增加,但调压灵活,多用于需要频繁调压的领域.【期刊名称】《安徽电子信息职业技术学院学报》【年(卷),期】2019(018)001【总页数】5页(P10-13,26)【关键词】整流变压器;12脉波整流变压器;三角形连接【作者】葛笑寒【作者单位】三门峡职业技术学院,河南三门峡 472000【正文语种】中文【中图分类】TM422近年来电力电子技术的发展，使得大功率整流设备普遍应用。
兼具变换电压和隔离作用的整流变压器的应用逐渐增多。
但是，随之带了谐波污染，导致电网波形畸变。
减小谐波的办法主要有有缘电力滤波器、感应滤波技术和多重化整流技术三种[1]。
在大功率整流领域，一般都采用多脉波的整流变压器降低谐波，12脉波整流变压器是经典的整流变压器[2]。
但是，随着电源容量的增大，电压的提升及调压的需求，另外一种12脉波整流变压器也迅速应用。
这种新的12脉波整流变压器的主要特点是，内部整流变压器和调压器绕组共油箱，即高压绕组采用自耦多级调压，低压绕组采用双分裂的独立铁芯的4套绕组，一次采用延边三角形实现移相，阀侧采用三角形接入整流绕组。
本文主要介绍这两种结构的整流变压器，并进行比较。
一、方案一整流变压器结构（一）脉波整流变压器的联结组别目前，常用轴向分裂变压器。
高压绕组星型或者延边三角形连接，低压绕组形成双分裂的星型和三角形联结的绕组接入整流柜，形成12脉波整流[3]。
工业中常把两个12脉波电路并联，形成24脉波电流。
如图1所示1号变压器采用Dy11d0联结，移相7.5°。
双桥十二脉动整流器原理0引言十二脉冲整流技术的发展由来已久，早在70年代初期，当大功率可控硅发展成熟之际，人们就已经发现了可控硅整流器在将交流电转换为直流电的同时，产生了大量的谐波电流注入到电网中，随之而来的就是谐波电流对电网中的其它负载产生的影响，为此，人们寻求一种解决方法，希望去除掉整流器产生的谐波电流。
在当时的技术水平和条件下，只有两种解决方案：其一是采用两套整流器通过不同相位的叠加，以便消除H5、H7次谐波，也就是12脉冲整流器；另外一种方案就是采用LC型的无源滤波器，试图消除（主要是）H5和（部分的）H7以及少量的其它更高次的谐波。
这在当时算是比较先进的技术。
1十二脉冲整流器原理12脉冲是指在原有6脉冲整流的基础上，在输入端增加移相变压器后在增加一组6脉冲整流器，使直流母线电流由12个可控硅整流完成，因此又称为12脉冲整流。
两个三相整流电路就是通过变压器的不同联结构成12相整流电路。
桥1的网侧电流傅立叶级数展开为：iIA=iIa=2´31/2/p´Id(sinwt-1/5sin5wt-1/7sin7wt+1/11sin11wt+1/13sin13wt-1/17 Sin17wt-1/19sinwt+…)桥II网侧线电压比桥I超前30°，因网侧线电流比桥I超前30°：iIA=2´31/2/p´Id(sinwt+1/5sin5wt+1/7sin7wt+1/11sin11wt+1/13sin13wt+1/17Sin17 wt+1/19sinwt+…)故合成的网侧线电流iA=iIA+iIIA=4´31/2/p(sinwt+1/11sinwt+1/13sin13wt+…)可见，两个整流桥产生的5、7、17、19、…次谐波相互抵消，注入电网的只有12k±1（k为正整数）次谐波，且其有效值与与谐波次数成反比，而与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。
辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：并联多重12脉可控整流电路（220Ｖ／200Ａ）院（系）：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室： 电气注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学号140304051 学生姓名 赵忠鹏 专业班级 电气（光伏）142 设计并联多重12脉可控整流电路（220Ｖ／200Ａ）课程设计（论文）任务 课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能采用多脉整流，以减小输出直流的脉动，为1台额定电压220V 、功率为40kW 的直流电动机提供直流可调电源，以实现直流电动机的调速。
设计任务1、方案的经济技术论证。
2、主电路设计。
3、通过计算选择整流器件的具体型号。
4、确定变压器变比及容量。
5、触发电路设计或选择。
6、绘制相关电路图。
7、进行matlab 仿真。
8、完成设计说明书。
要求1、文字在4000字左右。
2、文中的理论分析与计算要正确。
3、文中的图表工整、规范。
4、元器件的选择符合要求。
技术参数1、交流电源：三相380V 。
2、整流输出电压Ud 在0～220V 连续可调。
3、整流输出电流最大值200A 。
4、直流电动机负载。
5、根据实际工作情况，最小控制角取20～300左右。
工作计划 第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；主电路设计；第4天：过压、过流保护方案及散热设计；第5天：确定变压器变比及容量；第6天：确定平波电抗器；第7天：选择器件(电力电子器件、断路器或接触器、熔断器、保护元件、导线材料及截面等)；第8天：触发电路设计及辅助电源设计；第9天：matlab 仿真、总结并撰写说明书；第10天：答辩指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩：总成绩： 指导教师签字：年 月 日摘要近些年来随着电力电子技术的快速发展，电力电子技术已广泛应用于各个领域。
直流整流器是以电力电子技术为基础发展起来的。
它是利用电力电子技术的基本特点以小信号输入控制很大的功率输出，放大倍数极高，这就是电力电子设备成为强、弱电之间接口的基础。
利用这一特点能获得节能、环保、高效、高可靠性、安全良好的经济效益。
整流电路是将交流电能变为直流电能的一种装置，整流电路是电力电子电路中出现最早的一种。
它的发展还与其他许多基础学科有着紧密的联系，如微电子技术、计算机技术、拓扑学、仿真技术、信息处理与通信技术等等。
每一门学科或专业技术的重大发展和突破都为电力电子技术的发展带来了巨大的推动力。
关键词:整流电路；触发电路；保护电路；MATLAB仿真目录第1章绪论 (1)1.1电力电子技术概况 (1)1.2本文设计内容 (1)第2章并联多重12脉整流电路设计 (3)2.1并联多重12脉整流电路总体设计方案 (3)2.2具体电路设计 (4)2.2.1主电路设计 (4)2.2.1触发电路设计 (5)2.2.2保护电路设计 (6)2.3元器件型号选择 (8)2.3.1主电路参数选择 (8)2.3.2晶闸管参数选择 (8)2.4系统调试或仿真、数据分析 (9)2.4.1 MATLAB仿真软件简介 (9)2.4.2并联12脉波整流电路建模 (9)2.4.3并联12脉波整流电路仿真波形及数据分析 (10)第3章课程设计总结 (12)参考文献 (13)第1章绪论1.1电力电子技术概况随着工业技术的飞速发展，人们对所使用的电能的质量要求越来越高；在能源日益危机的今天，以高效节能、优质合理使用电能为特点的电力电子装置得到了前所未有的发展。
然而，电力电子技术在给人们的生活带来方便的同时，也引发了新问题，即对电网的污染问题。
传统的整流电路一般采用不控整流，输出并联大电容滤波。
这种电路的优点是具有很高的可靠性，简单易用，不需要控制电路。
但即使负载为纯阻负载，由于滤波电容的使用，整流电路的入端电流为脉冲电流，谐波含量十分丰富。
另外由于对输出电压没有控制，输出电压随负载波动变化较大，使得下一级电路的设计必须留出一定的裕量，造成对器件使用效率的限制。
在一些电路中采用相控整流虽然可以对输出直流电压进行控制，但是这种电路的入端电流谐波含量很高，而且还造成电流的滞后。
整流装置功率越大。
它对电网的干扰也越严重。
而在一个电源周期中整流输出电压脉波数ITI越多．则输出电压中的谐波阶次越高，谐波幅值越小．整流特性越好，同时整流装置的交流电流中的谐波频率越高，谐波电流数值也越小。
为了减轻整流装置谐波对电网的影响，可采用12脉波．甚至更高次脉波的多相整流电路。
1.2本文设计内容由于可控整流装置用来驱动直流电动机(其容量较大)，容易引起交流侧的高次谐波，对电网的干扰严重。
采用12脉波全控整流电路（多重化整流电路），这种整流电路的功率因数较高，对减少电网中的谐波干扰十分有效，可以有效地消除电力系统中较高次数的谐波。
根据电力电子器件以及电力电子技术对整流电路进行设计，计算出相关元器件的数值，熟练掌握晶闸管及整流管的工作特性。
结合所学的知识设计主电路，阐述并联多重12脉整流电路的工作过程及波形；主电路中所用器件的参数计算，并根据参数值选择所用晶闸管、二极管等设备。
其次研究了晶闸管的触发电路和构成触发电路的各个环节的工作状况；从而使整流装置的各项指标达到设计的要求。
对于主电路中的各种保护电路的设计及其参数的计算，并且根据所算出的各种参数值确定所用器件的额定值。
第2章并联多重12脉整流电路设计2.1并联多重12脉整流电路总体设计方案应用最为广泛的整流电路有：单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、单相全波可控整流电路、单相桥式半控整流电路、三相半波可控整流电路、三相不可控整流电路、三相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、带平衡电抗器的双反星形可控整流电路、串联12脉波全控整流电路、并联12脉波全控整流电路。
本文需设计的整流器交流电源是三相的，所以单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路、单相全波可控整流电路、单相桥式半控整流电路都不适用于本次设计。
三相半波可控整流电路、三相不可控整流电路、三相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路，都不适用于大功率整流电路，所以本次设计没有采用。
带平衡电抗器的双反星形可控整流电路、串联12脉波全控整流电路、并联12脉波全控整流电路，都适用于大功率整流，但带平衡电抗器的双反星形可控整流电路多适用于需要输出低电压大电流的装置。
对于交流输入电流来说，采用串联12脉波整流电路和并联12脉波整流电路的效果是相同的。
由于可控整流装置用来驱动直流电动机(其容量较大)，容易引起交流侧的高次谐波，对电网的干扰严重。
采用12脉波全控整流电路（多重化整流电路），这种整流电路的功率因数较高，对减少电网中的谐波干扰十分有效，可以有效地消除电力系统中较高次数的谐波。
并联12脉波全控整流电路带有平衡电抗器，而串联12脉波全控整流电路则没有，所以在此设计中采用并联12脉波整流。
整流电路主要由驱动电路、保护电路和整流主电路、滤波电路组成。
根据设计任务，将三相10kV交流电源经变压器变压，再经整流电路整流输出带脉动的直流电，再经滤波电路滤波得到直流电，其中保护电路为保证此整流电路安全可靠的工作，驱动电路是整流电路的控制电路，控制整流后输出直流电压Ud在0～220V连续可调。
方框图如图2.1所示。
图2.1整体框图2.2具体电路设计2.2.1主电路设计对于交流输入电流，采用多重联结不仅可以减少交流输入电流的谐波，同时可以减小直流输出电压中的谐波幅值并提高纹波频率，因而减小平波电抗器。
所以由两个三相全控桥式整流电路移相30°并联联结而成的12脉波串联整流电路。
利用变压器二次绕组接法的不同,使两组三相交流电源间相位错开30°,从而使输出整流电压在一个电源周期中脉动12次，其中，T1和T2为两组并联的整流桥；其二次侧的绕组a2，b2，c2和a3，b3，c3分别采用星形和三角形接法,为保证两组电压的大小相等,变压器一次绕组和二次绕组的匝数比为1∶1∶3 ,其中二次绕组星形接法为1,三角形接法为3。
这样两组交流电源的线电压相等。
由电力电子相关知识可知负载侧电压与变压器二次侧电压关系为：U2cosαUd=6√6π其中，Ud为负载侧直流电压平均值，U2为变压器二次侧相电压有效值，α为晶闸管触发角。
图2.2主电路图2.2.1触发电路设计为了保证电路合闸后能工作，或在电流断续后再次工作，每个星接或者角接电路必须有两个晶闸管同时导通，对将要导通的晶闸管施加触发脉冲，由于星接和角接只是相位不同，原理相同都是三相桥式可控电路，故以下只要对其中一种进行研究即可。
本文选用锯齿波同步触发电路，原理图如图2.3所示。
图2.3锯齿波同步触发电路触发电路有三个基本环节组成：锯齿波形成和同步移相控制环节，脉冲形成、整形放大输出环节，强触发和双脉冲输出环节。
锯齿波形成和同步移相控制环节锯齿波同步移相的原理是利用受正弦同步信号电压控制的锯齿波电压作为同步电压，再与直流控制电压Vc与直流偏移电压Vb组成并联控制，进行电流叠加，去控制晶体管V4的截止与饱和导通来实现的。
脉冲形成环节与整形放大输出脉冲形成环节由晶闸管V4、V5组成，V7、V8起脉冲放大作用。
控制电压Uco加在V4基极上，电路的触发脉冲有脉冲变压器TP二次侧输出，起一次绕组接在V8集电极电路中。
强触发环节与双脉冲输出环节强触发环节有单相桥式整流获得近似50V直流电压作电源，在Vs导通前，50V电源经R15对C6充电，N点电位为50V。
VD15导通时，C6经脉冲变压器一次侧，R16与Vs迅速放电，由于放电回路电阻很小，N点电位迅速下降，当N点电位下降到14.3V时，VD15导通，脉冲变压器TP改由+15V稳压电源供电。
这时虽然50V电源也在向C6再充电使它电压回升，但由于充电回路时间常数较大，N点电位只能被15V电源钳位在14.3V。
电容C5的作用是为了提高强触发脉冲前沿，加强触发后，改变脉冲变压器TP 一次电压。
2.2.2保护电路设计相对于电机和继电器，接触器等控制器而言，电力电子器件承受过电流和过电压的能力要弱得多，极短时间的过电流和过电压就会把器件永久性的损坏。
但又不能完全根据装置运行时可能出现的暂时过电流和过电压的数值来确定器件参数，必须充分发挥器件应有的过载能力。
因此电力电子电路中过电压和过电流的保护装置是必不可少的，有时还要采取多重的保护措施。
一：过电压保护按保护的部分划分为变压器保护和整流晶闸管器件保护。
凡是元件在运行过程中，在整流晶闸管两端的电压超过其正常工作时的最大峰值电压的任何电压都是过电压。
常见的过电压有两种：操作过电压和浪涌过电压。
