电力电子课程设计

目录。引言 21.课程设计的目的 2

2.课程设计的基本要求 2

1)课程设计的题目 2

2)主要数据 2

3)课程设计内容要求 3

3.课程设计的内容 3

1)整流电路的选择、确定及相关工作原理 3

2)保护电路的设计 7

3)器件的功能说明 8

4.总结 14

5.参考书目 14

附录1（设计总图） 16

附录2（元件清单） 17

电力电子技术的应用及发展趋势。

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，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。

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）。

通过课程设计，一方面可以巩固客课程知识，加深对理论知识的理解，一方面训练学生综合运作所学的理论知识，掌握一定的设计方法和设计思想，能初步解决一些实际问题；培养学生查阅资料，独立获取新知识、新信息的能力。

直流电动机组供电电源的设计。

1）输入交流电源：

三相380v±10% f=50hz 直流输出电压：0～220v

2）电动机额定参数：

额定功率pn=10kw、磁极对数p=2、额定转速nn=1000r/min,额定电压umn=220v、额定电流imn=54.8a、过载倍数1.5。

1）整流电路的选择。

2）保护电路的设计。

3）电路中各器件的功能说明。

4）整流变压器额定参数的计算。

5）晶闸管电流、电压额定的选择。

6）平波电抗器电感值的计算。

7）画出完整的电路原理图。

三相桥式全控整流电路是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电机使用的，它可以通过调节触发电路的控制电压uco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来对电动机进行控制。

三相桥式全控整流电路相当于一组共阴极的三相半波和一组共阳极的三相半波可控整流电路串联起来构成的。习惯上将晶闸管按照其导通顺序编号，共阴极的一组为d1、d3和d5，共阳极的一组为d2、d4和d6。其电路如图1所示。

（下为图1 三相桥式电阻性负载全控整流电路）

图1单相整流电路的功率一般不超过一千瓦，对于大功率的整流电路则需要采用三相整流电路，因为大功率的交流电源是三相供电形式。上图是一个电阻负载三相桥式整流电路，它有六个二极管，d1、d3、d5接成共阴极形式，共阴极用p表示；d2、d4、d6接成共阳极形式，共阳极用m表示；零线用n表示。

对于图1的电路，可以像分析三相半波可控整流电路一样，先分析若是不可控整流电路的情况，即把晶闸管都换成二极管，这种情况相当于可控整流电路的时的情况。即要求共阴极的一组晶闸管要在自然换相点点换相，而共阳极的一组晶闸管则会在自然换相点点换相。因此，对于可控整流电路，就要求触发电路在三相电源相电压正半周的点的位置给晶闸管d1、d3和d5送出触发脉冲，而在三相电源相电压负半周的点的位置给晶闸管d2、d4和d6送出触发脉冲，且在任意时刻共阴极组和共阳极组的晶闸管中都各有一只晶闸管导通，这样在负载中才能有电流通过，负载上得到的电压是某一线电压。

其波形如图2所示。为便于分析，可以将一个周期分成6个区间，每个区间。

图2 三相桥式电阻性负载a=0°时波形。

区间，u相电位最高，在时刻，即对于共阴极组的u相晶闸管d1的的时刻，给其加触发脉冲，d1满足其导通的两个条件，同时假设此时共阳极组阴极电位最低的晶闸管d6已导通，这样就形成了由电源u相经d1、负载及d6回电源v相的一条电流回路。若假设电流流出绕组的方向为正。则此时u相绕组的电流为正，v相绕组上的电流为负。

在负载电阻上就得到了整流后的直流输出电压，且，为三相交流电源的线电压之一。

过后到时刻，进入区间，这时u相相电压仍是最高，但对于共阳极组的晶闸管来说，由于w相相电压为最负，即d2的阴极电位将变得最低。所以在自然换相点２点，即时，给晶闸管d2加触发脉冲，使其导通，同时由于d2的导通，使d6承受了反向的线电压而关断了。即共阳极组由刚才的d6换流到d2，则形成的电流通路仍由电源u相流出，经过还在导通的共阴极组的晶闸管d1，向负载供电，由d2流回到电源w相，此时。

同样，再过后至时刻，进入区间，d4阴极所接的u相相电压为最负，故又该触发晶闸管d4，输出电压为。在区间，触发导通d5，输出电压为。在区间，给共阳极组的晶闸管d6加触发脉冲，使得输出电压变为。

以后又重复上述过程。

由图2的波形图可以看出，三相桥式全控整流电路中两组晶闸管的自然换相点对应相差。当时，各个晶闸管均是在各自的自然换相点换相，导通的顺序是d1-d2-d3-d4-d5-d6-v1，每只晶闸管轮流导通，相位。

相差了，也即六只晶闸管的触发脉冲依次相差。负载上得到的输出电压的波形，从相电压的波形上看，共阴极晶闸管导通时，若以变压器二次侧的中点为参考点，则整流后的输出电压为相电压正半周的包络线，而共阳极组晶闸管导通时，输出电压为相电压负半周的包络线，总的整流输出电压是两条包络线之间的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。因此三相桥式全控整流电路的输出波形可用电源线电压波形表示。

由图2中的波形可以看出晶闸管所承受的电压的波形与三相半波电路时的分析是一样的，即晶闸管本身导通时为零；同组的其他相邻晶闸管导通时，就承受相应的线电压。故晶闸管承受的最大的正反向电压仍为。而由流过一只晶闸管的电流的波形可以看出，每只晶闸管在一周期内都导通了，波形的形状与相应段的的波形相同。

需要特别说明的是，三相桥式全控整流电路要保证任何时候都有两只晶闸管导通，这样才能形成向负载供电的回路，并且是共阴极和共阳极组成各一个，不能为同一组的晶闸管。所以，在此电路合闸启动过程中或电流断续时，为保证电路能正常工作，就需要保证同时触发应导通的两只晶闸管，即要同时保证两只晶闸管都有触发脉冲。一般。

可以采用两种方式：一是采用单宽脉冲触发，即脉冲宽度大于，小于，一般取，如图3中的，这样可以保证在第二个脉冲来的时候，前一个脉冲还没有消失，这样两只晶闸管d1和d2会同时有脉冲，因篇幅有限，在图3中画出了，其他五个宽脉冲没有画出。另一种脉冲形式是采用双窄脉冲，即要求本相的触发电路在送出本相的触发脉冲时，给前一相补发一个辅助脉冲，两个脉冲相位相差，脉宽一般是。

如图3中，在给晶闸管d3送出脉冲的同时，又给晶闸管d2补发了一个辅助冲。虽然双窄脉冲的电路比较复杂，但其要求的触发电路的输出功率小，可以减小脉冲变压器的体积。而单宽脉冲触发方式虽然可以少一半脉冲输出，但为了不使脉冲变压器饱和，其铁心体积要做得大一些，绕组的匝数也要多，因而漏电感增大，导致输出的脉冲前沿不陡，这样对于多个晶闸管串联时是不利的。

虽然可以利用增加去磁绕组的办法来改善这一情况，但这样又会使装置复杂化。所以两种触发方式中常选用的是双窄脉冲触发方式。本设计采用的就是双窄脉冲。

三相桥式整流电路在实际的应用中需要安装一些对电路起到保护作用的器件。本设计采用过电压保护和过电流保护。

1）过电压保护：电磁铁、电磁吸盘等大电感负载及直流电磁机构、直流继电器等，在电流通断时会产生较高的感应电动势，使元件上的电压超过了晶闸管的正常工作的最大电。

压即线路的峰值电，使电磁线圈绝缘击穿而损坏。因此，必须采用过电压保护措施。通常过电压保护是**圈两端并联一个电阻、电阻与电容串接或二极管与电阻串联，形成一个放电回路，实现过电压保护。

2）过电流保护：是区别于短路保护的一种电流型保护。所谓过电流是指电动机或电器元件超过其额定电流的运行状态，一般比短路电流小，不超过6倍额定电流。

在过电流情况下，电器元件并不是立即损坏，只要达到最大允许温升之前电流值能恢复正常，还是允许的。但过大的冲击负载，使电动机流过过大的冲击电流，以致损坏电动机。同时，过大的电动机电磁转矩也会使机械传动部件受到损坏，因此要瞬时切断电源。

电动机在运行中产生过电流的可能性要比发生短路要大，特别是在频繁启动和正反转、重复短时工作电动机中更是如此。

过电流保护常用过电流继电器与接触器配合实现，即将过电流继电器线圈串接在被保护电路中，过电流继电器常闭触头串接在接触器线圈电路中。当电路电流达到其整定值时，过电流继电器动作；其常闭触头断开，接触器线圈断电释放，接触器主触头断开来切断电动机电源。这种过电流保护环节常用于直流电动机和三相绕线转子异步电动机的控制电路中。

若过电流继电器动作电流为1。2倍电动机起动电流，则其亦可以实现电路的短路保护作用。

a.过电压保护器件。

1）rc阻容保护：对于尖峰状的瞬时过电压，最常用的方法是在晶闸管两端并接电容c，利用电容两端电压瞬时不能突变的特性，吸收尖峰过电压，把它限止在允许的范围内。实用上，在电容电路中串接电阻r，这种电路称为过电压阻容吸收电路。

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