三相半波可控整流电路电阻性负载课程设计

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，晶闸管，额定。

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1主电路设计及原理 1.1 主电路设计

其原理图如图1所示。

图1 三相半波可控整流电路原理图

为了得到零线，整流变压器的二次绕组必须接成星形，而一次绕组多接成三角形，使其3次谐波能够通过，减少高次谐波的影响。三个晶闸管的阳极分别接入u、v、w三相电源，它们的阴极连接在一起，称共阴极接法，这对触发电路有公共线者连线较方便，用得较广。

1.2 主电路原理说明

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图 1.1 三相半波可控整流电路电阻负载时的波形

图 1.2三相半波可控整流电路电阻负载时的波形

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图 1.3三相半波可控整流电路电阻负载时的波形

稳定工作时，三个晶闸管的触发脉冲互差120º，规定ωt=π/6为控制角α的起点，称为自然换相点。三相半波共阴极可控整流电路自然换相点是三相电源相电压正半周波形的交叉点，在各相相电压的π/6处，即ωt1、ωt2、ωt3 ，自然换相点之间互差2π/3，三相脉冲也互差120º。

在ωt1时刻触发VT1，在ωt1～ωt2区间有uu＞uv、uu＞uw，u相电压最高，VT1承受正向电压而导通，输出电压ud＝uu。其他晶闸管承受反向电压而不能导通。VT1通过的电流iT1与变压器二次侧u相电流波形相同，大小相等。

在ωt2时刻触发VT2，在ωt2～ωt3区间 v相电压最高，由于uu＜uv，VT2承受正向电压而导通， ud＝uv。VT1两端电压uT1=uu-uv= uuv<0，晶闸管VT1承受反向电压关断。

在VT2导通期间，VT1两端电压uT1= uu-uv= uuv。在ωt2时刻发生的一相晶闸管导通变换为另一相晶闸管导通的过程称为换相。

在ωt3时刻触发VT3，在ωt3～ωt4区间w相电压最高，由于uv＜uw，VT3承受正向电压而导通，ud＝uw。VT2两端电压 uT2= uv-uw=uvw<0，晶闸管VT2承受反向电压关断。在VT3导通期间VT1两端电压uT1= uu-uw= uuw。

这样在一周期内，VT1只导通2π/3，在其余4π/3时间承受反向电压而处于关断状态。只有承受高电压的晶闸管元件才能被触发导通，输出电压ud波形是相电压的一部分，每周期脉动三次，是三相电源相电压正半波完整包络线，输出电流id与输出电压ud波形相同 (id=ud/R)。

电阻性负载α=0º 时，VT1在VT2、VT3导通时仅承受反压，随着α的增加，晶闸管承受正向电压增加；其他两个晶闸管承受的电压波形相同，仅相位依

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次相差120º。增大α，则整流电压相应减小。

α=30º是输出电压、电流连续和断续的临界点。当α＜30º时，后一相的晶闸管导通使前一相的晶闸管关断。当α＞30º时，导通的晶闸管由于交流电压过零变负而关断后，后一相的晶闸管未到触发时刻，此时三个晶闸管都不导通，直到后一相的晶闸管被触发导通。

从上述波形图可以看出晶闸管承受最大正向电压是变压器二次相电压的峰值，UFM =U2，晶闸管承受最大反向电压是变压器二次线电压的峰值，URM=× U2 =U2。α=150º时输出电压为零，所以三相半波整流电路电阻性负载移相范围是0º～150º。 2 各参数的计算 2.1 输出值的计算

三相桥式全控整流电路中，整流输出电压ud的波形在一个周期内脉动3次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉波（即1/3周期）进行计算即可。对于电阻性负载而言，当<时，例如=0，上图1.1所示，各晶闸管上的触发脉冲，其相序与电源的相序相同，各相触发脉冲依次间隔

，在一个周期内，三相电源轮流向负载供电，每相晶闸管各导电，负

载电流是连续的。增大值，即触发脉冲后移，则整流电压相应减小。当=30时，如上图1.2所示，从输出电压、电流的波形可看出，这时负载电流处于连续和断续的临界状态，各项仍导电。如果>，例如=，如上图1.3所示，当导通的一相的相电压过零变负时，该相晶闸管关断，此时下一相晶闸管虽然承受正向电压，但它的触发脉冲还未到，不会导通，姑输出电压和电流都为零，直到下一相触发脉冲出现为止，显然电流断续，各晶闸管导电时间都小于

。如果角继续增大，那么整流电压将越来越小。当=150时，整流输出

电压为零。故电阻负载时要求的移相范围为150。 下面分两种情况来计算整流电压的平均值：

（1）≤30时，负载电流连续，有：

Ud12/35662U2sin td(t)1.17U2cos公式3-1

当00时，Ud为最大，Ud=Ud0=1.17U2。

（2）a>30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：

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U1d2/3

6 0.675U[1cos(/6)]2U2sintd(t)2 3-2 公式

当1500时， Ud=0 负载电流的平均值Id为

Id=UdR

由于晶闸管是交替工作的，流过晶闸管的平均电流为

IdT=13Id

2.2晶闸管的有效值： （1）≤30时

IT5612622UsintU2d(t)2RRd123cos2223

公式3-3

（2）a>30时，

22UsintU 122153cos21sin2ITd(t)3．器件额定参数计算2R R24d

3.1 变压器参数

6公式3-4

有要求之电压在50-300V连续可调，当=00时，Ud=300V。由公式3-1，

Ud=1.17U2cos：

则，U2=

Ud1.17cos得之：二次侧有效值U2=256.4V，考虑到一定的裕量取U2=290V。

三相交流电源，线电压为380V，则一次侧的有效值U1=220V。变压器变比K=

U1U2=

220290=0.76

3.2 晶闸管参数

把U2=290V，Ud=300V代入公式3-1知：控制角=280；把U2=290V，Ud=50V代入公式3-2知：控制角=1080；

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考虑到一定的电压裕量，取001500，按此时的取值范围电压的调节范围为：

0Ud3400；满足裕量要求。

控制角的移相范围：2801080

晶闸管最大有效值：（把=280代入公式3-3）ITmax=20A 二次侧有效值：I2=3ITmax=34.6A 3.3变压器容量

由S=3U2I2，把U2、I2代入知：S=3U2I2=17.399KVA

故变压器额定容量取20KVA 3.4 晶闸管额定电压

晶闸管电压定额（一般取额定电压为正常工作电压时晶闸管所承受峰值电压的2-3倍）

UNUN=(2~3)

6U2

=（1420~2131）V

故晶闸管的额定电压取为2KV 3.5晶闸管额定电流

晶闸管通态平均电流：

IT(AV)=IT1.57201.5712.7A

考虑裕量，晶闸管电流定额（一般取其平均电流的1.5~2倍）

IN=(1.5~2) IT(AV)=(19.1~25.4)A

故晶闸管的额定电流取为20A 4心得体会

设计，给人以创作的冲动。在画家眼里，设计是一幅清明上河图或是一幅向日葵；在建筑师眼中，设计是昔日鎏金般的圆明园或是今日一塑自由女神像；在电子工程师心中，设计是贝尔实验室的电话机或是华为的程控交换机。凡此种种，但凡涉及设计都是一件良好的事情，因为她能给人以美的幻想，因为她能给人以金般财富，因为她能给人以成就之感，更为现实的是她能给人以成长以及成长所

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需的营养，而这种营养更是一种福祉，一辈子消受不竭享用不尽。我就是以此心态对待此次《电子技术》课程设计的，所谓“态度决定一切”，于是偶然又必然地收获了诸多，概而言之，大约以下几点：

一、温故而知新。课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”，便重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。

二、思路即出路。当初没有思路，诚如举步维艰，茫茫大地，不见道路。在对理论知识梳理掌握之后，茅塞顿开，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“条条大路通罗马”。顿悟，没有思路便无出路，原来思路即出路。

三、实践出真知。之后，关于真理的大讨论最终结果是“实践是检验真理的唯一标准”，自从耳闻以来，便一直以为马克思主义中国化生成的教条。时至今日，课程设计基本告成，才切身领悟“实践是检验真理的唯一标准”，才明晓实践出真知。

四、创新求发展。“创新”目前在我国已经提升到国家发展战略地位，足见“创新”的举足轻重。我们要从小处着手，顺应时代发展潮流，在课程设计中不忘在小处创新，未必是创新技术，但凡创新思维亦可，未必成功，只要实现创新思维培育和锻炼即可。

五、过而能改，善莫大焉。至善至美，是人类永恒的追求。但是，不从忘却“金无足赤，人无完人”，我们换种思维方式，去恶亦是至善，改错亦为至美。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。 5 参考文献

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