三相可控整流技术课程设计.doc

一 设计方案 1.1设计任务及要求 采用三相可控整流电路（三相全控桥、三相半控桥或三相半波整流电路），电阻-电感性（大电感）负载，R＝2.5Ω，额定负载Id＝20A,电流最大负载电流Idmax＝25A。保证电流连续的最小电流为Idmin＝5A。并完成三相可控主电路设计及参数计算，计算整流变压器参数，选择整流元件的定额，触发电路设计，讨论晶闸管电路对电网的影响及其功率因数。 1.2方案论证 1.2.1 主电路 方案一：采用三相半波可控整流，三相半波整流电路的变压器二次侧必须接成星形，而一次侧只能接成三角形，避免三次谐波流入电网，其主电路采用三个晶闸管分别接三相电源，三相半波可控整流电路的主要缺点在于其二次电流中含有直流分量，使得铁芯容易磁化，一般比较少用。 方案二：采用三相桥式全控整流电路，三相全控桥相当于两个三相半波整流的串联，是运用最广泛的整流电路，其主电路有六个晶闸管，习惯分为共阴极组和共阳极组，由于需要保证同时有两个晶闸管导通，一般采用双脉冲触发。 方案三：三相半控桥式整流，在中等容量的整流装置或要求不可逆的电力拖动中，可采用比三相全控整流电路更简单、经济的三相桥式半控整流电路，它相当余把三相全控桥的共阴极的晶闸管换为二极管，但是其缺相时容易发生故障。 桥式整流电路中的晶闸管可以用全控型器件IGBT替代，但虽然IGBT控制更加灵活和准确，但是其成本比较高，且控制电路要求高，所以一般对于不需要逆变的整流电路多采用晶闸管。 通过综合考虑，在本设计中采用三相全控桥式整流电路。 1.2.2 触发电路 方案一：可以依据触发电路的原理，自己用基本元件设计，但是这种电路的可靠性不高，工作不稳定且原理设计复杂。 方案二：采用专门的集成芯片，用于产生各种电力电子器件触发脉冲的集成芯片有很多，而且工作稳定，性价比高，且电路简单便于使用，常用的用于产生晶闸管触发脉冲的芯片有KC041、KC04、TC785、TC787等，TC787和TC785是新一代产品，更便于控制和使用。 方案三：采用单片机产生触发脉冲，单片机结合外围器件来控制可控硅的触发。同时，还将锁相环技术及过零触发的方法引入触发脉冲的生成中，提高了触发脉冲的稳定性以及对称性。此外，还可采用软件编程得到触发角可调的触发脉冲。单片机对三相全波全控桥整流触发的控制。这对提高三相全波全控桥整流装置的可靠性具有积极作用。 通过综合考虑，本设计采用TC787集成芯片做为触发电路的主体用来产生移相可达0-180度，且脉冲宽度可调的触发电路。 1.2.3 控制电路 方案一：控制TC787的管脚4的电压来改变触发角，其电压范围为0-15V对应的触发角为0-180度，可以通过滑动变阻器来改变管脚4的电压来实现连续调压。 方案二：通过单片机对输出电压采样，在经过PID算法，输出控制管脚4的电压，这种控制是闭环控制，输出电压更加稳定，而且更加方便于监控和控制。 考虑到设计的复杂度，本次设计采用比较简单的方案一。 TC787还可以通过改变管脚13上的电容来改变脉冲宽度，一般采用可调电容或固定电容。 二 单元电路设计 2.1 主电路 2.1.1 整流桥 本设计中采用的三相全控桥由六个晶闸管组成，习惯将其中阴极连接在一起的三个晶闸管（VT1、VT3、VT5） 图2.1 2.1.2 触发电路 图2.2为TC787在六相整流电路中的应用电路，图中变压器二次侧的电压为30V，图中电容C8、C10、C12为隔直耦合电容，而C7、C9、C11为滤波电容，它与R7、R8、R11构成滤去同步电压中毛刺的环节。另一方面随RP1~RP3三个电位器的不同调节，可实现0~60°的移相，从而适应不同主变压器接法的需要。在同步信号为50HZ时，锯齿波充电电容建议采用1μF电容，相对误差小于5%，以锯齿波线性好，幅度大，不平顶为宜，幅度小可减小电容值，产生平顶则增大电容值。引脚13端连接的电容Cx容量决定着TC787输出脉冲的宽度，电容的容量越大，则脉冲宽度越宽，在同步信号为50HZ时，建议采用0.1uf电容。脉冲经过放大和脉冲变压器相耦合以达到隔离的目的，如下图所示： 图2.2 2.2 辅助电路 2.2.1 保护电路 1 晶闸管的过电压保护 晶闸管的过电压能力比一般的电器元件差，当它承受超过反向击穿电压时，也会被反向击穿而损坏。如果正向电压超过管子的正向转折电压，会造成晶闸管硬开通，不仅使电路工作失常，且多次硬开关也会损坏管子。因此必须抑制晶闸管可能出现的过电压，常采用简单有效的过电压保护措施。 对于晶闸管的过电压保护可参考主电路的过电压保护，我们使用RCD保护，电路图如图2.4 图2.3 2 晶闸管的过电流保护 在整流中造成晶闸管过电流的主要原因是：电网电压波动太大负载超过允许值，电路中管子误导通以及管子击穿短路等。所以我们要设置保