内容发布更新时间 : 2024/12/26 2:25:16星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

可以较方便的按照用户工艺要求改变输出波形。这样对于工作现场提高工效，改善加工产品质量有较强作用。

在电解电镀等工业应用中，经常需要低电压大电流的可调直流电源。如果采用三项桥式电路，整流器件的数量很多，还有两个管压降损耗，降低了效率。在这种情况下，可采用带平衡电抗器的双反星形可控整流电路，简称双反星形电路。

现代工业生产设备使用的换流装置的容量越来越大，数量也越来越多。大量的谐波电流注入电网，就会严重地威胁电网的安全运行，危害其它用电设备及自动化仪表等。所以，了解分析、抑制电力系统谐波，限制谐波发生源注入电网的谐波含量将越来越受到重视。相比较而言，双反星形可控整流电路具有电路简单，调整方便等优点，为使变压器的铁心不饱和，就需要增大铁心面积，这样就增大了设备的容量。生产实际中只用于对输出波形要求不高的小容量的场合。在中小容量、负载要求较高的晶闸管的可控整流装置中。

1.2 本文设计内容

本文研究内容是将一三相380 V 交流电源经整流输出0—20V连续可调电压，整流输出电流最大值8000A。为冶金工业的电解和电镀工艺提供低电压大电流可调直流电源。

本文的设计任务首先是根据课程设计题目对整体方案的经济技术进行论述，构造整体设计方案结构框图，然后是对双反星形整流电路的主电路进行设计、分析，接着分别对各部分电路进行的功能进行具体描述、说明，根据课程设计要求和给出的数据进行计算，求出整流器件参数，根据计算结果选择整流器件具体型号，确定整流变压器变比及容量，最后则是对整流电路的建模与仿真。

第2章 电解电源电路设计

2.1 电解电源总体设计方案

系统总体结构

图 系统总结构

变压器 整流电路 滤波电路 负载 触发电路

变压器是一种静止电机，他可将一种电压的电能转换为另一种电压的电能。从电力的生产，输送，分配到各用电户，采用着各式各样的变压器。首先，从电力系统来讲，变压器就是种主要设备。变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。

整流电路作用是将交流电能转变为直流电能供给直流用电设备。它在直流电动机的调速、同步发电机的励磁调节、通信系统电源、电解、电镀等领域得到广泛应用。

触发电路作用是对相控电路相位控制的电路总称。为保证相控电路的正常工作，很重要的一点就是要保证按触发角?的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。

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。将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。

2.2 具体电路设计

2.2.1 主电路设计

图 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路图

整流变压器的二次侧每相有两个匝数相同，极性相反的绕组，分别接成两组三相半波电路，即a、b、c一组，a'、b'、c'一组。a与a'绕在同一相铁心上，图中“·”表示同名端。同样b与b'，c与c'都绕在同一相铁心上，故得名双反星形电路。变压器二次测量绕组的极性相反可消除铁心的直流磁化，设置电感量为 Lp的平衡电抗器是为保证两组三相半波整流电路能同时导电，每组承担一半负载。因此，与三相桥式电路相比，在采用相同晶闸管的条件下，双反星形电路的输出电流可大一倍。

当两组三相半波电路的控制角?＝0o时，两组整流电压电流的波形如图所示。 在图中，两组的相电压互差180o，因而相电流亦互差180o。其幅值相等，都

'是Id/2。以?相而言，相电流ia与ia出现的时刻虽不同，但它们的平均值都是Id/6，

因为平均电流相等而绕组的极性相反，所以直流安匝互相抵消。因此本电路是利用绕组的极性相反来消除直流磁通势的。

图 双反星形电路，?=0o,时两组整流电压，电流波形

两个直流电源并联时，只当输出电压的平均值和瞬时值均相等时，才能使负载均流。双反星型电路中，虽然两组整流电压的平均值Ud1和Ud2是相等的，但是他们的脉动波相差60

,他们的瞬时值是不同的，如图2.4a)所示。现在把六个晶

闸管的阴极连接在一起，因而两个星形的中点n1和n2间的电压便等于ud1和ud2之差。其波形是三倍频的近似三角波。电感作用为了使两组电流竟可能的平均分配，一般是Lp足够大，以便限制环流在负载额定电流的1%~2%以内。其波形是三倍频的近似三角波，如图）所示。这个电压加在平衡电抗器Lp，上面，产生相应的交流电流ip，而ip通过2个星型绕组自成回路，不会到达负载上，故称平衡电流。

在图的双反星形电路中，如不接平衡电抗器，即成为六相半波整流电路，在任一瞬间只能有一个晶闸管导电，其余五个晶闸管均承受反压而阻断，每管最大的导通角为60o，每管的平均电流为Id/6。

当?＝0时，六相半波整流电路的Ud为U2，比三相半波时的U2略大些，其波形如图2.4a)的包络线所示。由于六相半波整流电路中晶闸管导电时间短，变压器利用率低，故极少采用。可见，双反星形电路与六相半波电路的区别就在于有无平衡电抗器，对平衡电抗器作用的理解是掌握双反星形电路原理的关键。

图平衡电抗起作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压波形

以下就分析由于平衡电抗器的作用，使得两组三相半波整流电路同时导电的原理。在图2.4a)中取任一瞬间如?t1，这时ua及均为正值，然而 大于ua，如果两组三相半波整流电路中点n1和n2直接相连，则必然只有b'相的晶闸管能导电。接

'了平衡电抗器后,n1、n2间的电位差加在Lp的两端，它补偿了ub和ua的电动势差，

''VT6使得ub和ua相的晶闸管能同时导电，如图所示。由于在?t1时ub比 ua电压高，

导通，此电流在流经Lp时，Lp上要感应电动势up，它的方向是要阻止电流增大。（见图标出的极性）

图 平衡电抗器作用下两个晶闸管同时导电的情况

up?ud2?ud2 （）

可以导出平衡电抗器两端电压和整流输出电压的数学表达式：

（）

'虽然ub＞ua，导致ud1＜ud2，但由于Lp的平衡作用，使得晶闸管VT6和VT1都

''承受正向电压而同时导通。随着时间推迟至ub与ua的交点时，由于ub = ua，两'管继续导电，此时 up=0。之后ub＜ua，则流经b'相的电流要减小，但 Lp有阻

止此电流减小的作用，up 的极性则与图示出的相反，Lp仍起平衡的作用，使VT6

'继续导电，直到uc'＞ub ,电流才从VT6换至VT2。此时变成VT1、VT2同时导电。

每隔60o有一个晶闸管换相。每一组中的每一个晶闸管仍按三相半波的导电规律而各轮流导电120o 。这样以平衡电抗器中点作为整流电压输出的负端，其输出的整流电压瞬时值为两组三相半波整流电压瞬时值的平均值，见式（），波形如图2.4a)中粗黑线所示。

将图中 ud1和ud2的波形用傅氏级数展开，可得当 ?=0o 时的ud1、ud2，即

（）