三相桥式全控整流电路的设计与仿真
一．设计要求
1）完成三相桥式全控整流电路的设计、仿真；
2）设计要求：
输入AC3*110V，50Hz，输出电流连续，阻感负载，要求输出直流电压60V~200V，计算其主开关器件所承受的最大正反向电压，器件的额定电流，并建立合适的仿真模型，对主电路进行仿真。
然后根据三相桥式整流电路的驱动控制要求，设计其控制电路，产生符合电路驱动所要求的触发波形。
二．题目分析
三相全控整流电路的整流负载容量较大,输出直流电压脉动较小,是目前应用最为广泛的整流电路。
它是由半波整流电路发展而来的。
由一组共阴极的三相半波可控整流电路（共阴极组晶闸管依次编号T1.T3.T5）和一组共阳极接法的晶闸管（依次编号T4.T6.T2）串联而成。
六个晶闸管分别由按一定规律的脉冲触发导通，来实现对三相交流电的整流，当改变晶闸管的触发角时，相应的输出电压平均值也会改变，从而得到不同的输出。
根据要求的输入电压值与输出的电压范围，计算出晶闸管承受的最大正、反向电压值。
然后根据三相桥式整流电路的驱动控制要求，设计其控制电路，产生符合电路驱动所要求的触发波形。
再用Multisim软件进行仿真，调试，得到仿真图形。
1．主电路图原理图
图一主电路原理图
2.三相桥式全控整流电路的特点及其要求：
一般变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，晶闸管分共阴极和共阳极。
一般1、3、5为共阴极，2、4、6为共阳极。
①两管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各一个，且不能为同一相器件。
②对触发脉冲的要求：
a.按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60︒。
b.共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120︒，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120︒。
c.同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180︒。
U一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。
③
d
④需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发一种是双脉冲触发（常用）。
⑤晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。
三．主电路设计、元器件选型及计算：
1. 主电路仿真图
用的是Multisim软件进行仿真
图二主电路仿真图
2. 根据设计要求具体参数的确定
设计要求：输入AC3*110V ，50Hz ，输出电流连续，阻感负载，电阻为30欧，要求输出直流电压60V~200V 。
整流输出电压d U 的波形在一周期内脉动六次，且每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉冲进行即可。
此外，以线电压的过零点 为时间坐标的零点，于是可得到当整流输出电压连续时（及带阻感负载时）的平均值为
α
ωωπ
απ
α
π
cos 34.2)(sin 63
1
2323
2d U t td U U ==
⎰++
所以，晶闸管承受的最大正、反向电压为变压器二次线电压峰值，即：
22=236 2.45110269.5F U U U U V =⨯==⨯=M RM
晶闸管电流有效值即为变压器二次电流：
根据计算结果，所以选取 c233m 型号晶闸管。
因为wL R >>
，再根据仿真中的最佳效果，所以选取电感值为180mH 。
四．主电路仿真分析
1. 仿真电路
图三 仿真主电路图
22
0.8163
VT
d d
I I I I ===d
d U I R
=
2. 阻感负载，a=0时工作情况
图四 a=0时晶闸管U VT 波形 图五 a=0时负载电压U d 波形
定量分析
α
ωωπ
απ
α
π
cos 34.2)(sin 63
1
2323
2d U t td U U ==
⎰++
所以，2
=2.34cos 2.34110257.4d U U a V
=⨯=
因为d U >200V ，所以必须串入电阻分压，分压电阻必须满足任意a 角时的要求
1
257.4200R
V V
R R ⨯=+
所以 1R =8.61Ω
则输出电流的平均值为
d 1257.4
6.6738.61
d U I A R R =
==+
3. 阻感负载，a=30时工作情况
图六 a=30时晶闸管VT U 的波形
图七 a=30时负载电压d U 的波形
定量分析
α
ωωπ
απ
α
π
cos 34.2)(sin 63
1
2323
2d U t td U U ==
⎰++
所以， 23
=2.34cos 2.341102232
d U U a V =⨯⨯= 因为d U >200V ，所以必须串入电阻分压，分压电阻必须满足任意a 角的要求
2
223200R
V V
R R ⨯=+
得2R =3.45Ω 则输出电流的平均值为
d 2223
6.6733.45
d U I A R R =
==+
4. 阻感负载，当a=60时工作情况
图
八
a=6
0时
晶
闸
管
U
VT
的
波
形
图九a=60时负载电压U d的波形定量分析
α
ωωπ
απ
α
π
cos 34.2)(sin 63
1
2323
2d U t td U U ==
⎰++
所以 ，21
=2.34cos 2.34110128.72
d U U a V =⨯⨯=
60V<d U <200V 输出电流的平均值为
d 128.7 4.2930
d U I A R ===
5. 阻感负载，当a=90时工作情况
图十 a=90时晶闸管VT U 的波形
图十一 a=90时负载电压d U 的波形
定量分析
α
ωωπ
απ
α
π
cos 34.2)(sin 63
1
2323
2d U t td U U ==
⎰++
得，=0
d U
60d U V <，所以a 不能调到90。
由2=2.34cos 60d U U a V ≥ 得 ，为确保输出电压范围在60—200V 之间， 调节a 角不能超过76.5，并要串联个大于8.61Ω的电阻。
五．控制电路设计
晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a 的大小即控制触发脉冲起始相位来 控制输出电压大小。
为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角a 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。
晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。
大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路，其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。
可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。
晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。
此处就是采用集成触发产生触发脉冲。
KJ004组成分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。
3个KJ004集成块和1个KJ041集成块，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大,即可得到完整的三相全控桥触发电路,如下图所示:
123456
图十二控制电路原理图
六．设计总结
为时五天的课程设计，不仅让我获得了新的知识，巩固了已有的知识，而且更让我明白了什么事情都要亲力亲为后方知其不容易。
此次课程设计当老师布置题目后，我头脑中的第一闪念是很简单，不用花太多的时间和精力。
但当我真的着手去做时，我却一路遇到种种麻烦，把人弄得焦头难额。
不过最后通过静心调整、咨询同学、求助老师，终于还是完成了此次的课程设计。
在此次设计中遇到的问题主要有：
1.仿真时对a的调节，我先前采用的是对六个晶闸管延迟时间的调整，但不知怎的始终不能得到理想的波形，以为是晶闸管的问题，换了无数种晶闸管后问题却依旧存在。
但通过无数次的尝试我终于找到了一种调节a值的方法，就是对三相电源的延迟时间进行调节。
如三相电源的延迟时间设为3.333ms就相当于a 的值为30度；三相电源的延迟时间设为5ms就相当于a的值为0度。
2.仿真时对触发信号源的选择，先前选择的是电源触发信号，但在使用中得到的结果并不理想，通过多次尝试以及翻阅资料最后选择了电流触发信号。
3.阻感负载，a=90度时产生的波形与理想波形始终存在较大差异，通过多次的尝试、调节，仍存在着一些差异。
参考文献：
[1] 王兆安编著.电力电子技术.北京:机械工业出版社,2004年5月.
[2]黄智伟编著.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析.
北京：电子工业出版社，2008年1月.。