黄石理工学院 课程设计报告
2.2.1 主电路的选择
一般说来，对晶闸管整流装置在整流器功率很小时（4KW以下），用单相整流电路，功率较大时用三相整流电路。这样可以减小负载电流的脉动。由于所提供的电动机为10KW。故主电路采用三相整流电路。
在三相整流电路中，主要有三相零式整流电路、三相全控桥式整流电路和三相半控桥式整流电路。三相零式电路突出的优点是电路简单，用的晶闸管少，触发器也少，对需要220V电压的用电设计直接用380V电网供电，而不需要另设整流变压器。但缺点是要求晶闸管耐压高，整流输出电压脉动大，需要平波电抗器容量大，电源变压器二次电流中有直流分量，增加了发热和损耗。因零线流过负载电流，在零线截面小时压降大。而三相全控桥式整流电路，在输出电流和电压相同时，电源相电压可较三相零式整流电路小一半。因此显著减轻了变压器和晶闸管的耐压要求。变压器二次绕组电流中没有直流分量，种用率高。输出整流电压脉动小，所以平波电抗器容量就可以小一些。三相全控桥式整流电路的缺点是整流器件用得多，需要六个触发电路，需要220V电压的设备也不能用380电网直接供电，而要用整流变压器。三相半控桥式整流电路，虽然只用三只晶闸管、三个触发电路，但整流输出电压脉动大，且不能用于需要有源逆变的场合。
综合上述三种三相整流电路，及根据系统设计要求，主电路选用三相全控桥式整流电路。又由于电动机的额定电压为220V，为保证供电质量，应采用三相减压变压器将电源电压降低；为避免三次谐波电动势的不良影响，三次谐波电流对电源的干扰，主变压器采用D/Y联结。
2.2.2 触发电路的选择
目前触发电路主要有阻容移相触发电路、单结晶体触发电路、正弦波同步触发电路、锯齿波同步触发电路，以及集成触发电路等。对常见的几种触电发电路进行综合考虑，集成触发电路具有明显的优点，因而选用集成触发电路。触发集成芯片采用目前比较常用的KC系列。
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3主电路设计与计算
3.1 主电路的设计
由于电机的容量较大，又要求电流的脉动小，故选用三相全控桥式整流电路供电。如图3-1所示。
QS1L1L2L3NFU1SB1SB21R4KM1VT11R1--1R31C1--1C3UVWT1KMFR11C41R7FU2U1C51R8V1C61R9WFU51VT41RV1--1RV31C71C81C9FU61VT6FU71VT2FU3FU41VT31VT51R51R6I>KA1LdKAKMKA2FR1 U1V1W1 VMTA1TA2TA3VD1VD2VD3RW1RW2VD4VD5VD6I 3.2整流变压器的设计 3.2.1变压器二次侧电压U2的计算 U2是一个重要的参数，选择过低就会无法保证输出额定电压。选择过大又会造成延迟角α加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加了装置的成本。 5 黄石理工学院 课程设计报告 一般可按下式计算，即： U2??1~1.2?式中: A—理想情况下，α=0°时整流电压Ud0与二次电压U2之比，即A=Ud0/U2； B—延迟角为α时输出电压Ud与Ud0之比，即B=Ud/Ud0； ε—电网波动系数，通常取ε=0.9； 1～1.2——考虑各种因数的安全系数； 对于三相全控整流电路 A=2.34；取ε=0.9；α角考虑10°裕量， 则 B=cosα=0.985，由式（3-1）可得 U2??1~1.2?230?111~133V，取U2=125V。 2.34?0.9?0.985Ud （3-1） A?B电压比 K=U1/U2=380/120=3.04。 3.2.2 一次、二次相电流I1、I2的计算 整流变压器一次、二次相电流与负载电流Id之比分别为： （3-2） （3-3） KI1Id （3-4） K 考虑变压器的励磁电流时，I1应乘以1.05左右的系数，即： I1?1.05对于三相全控整流电路 KI1=0.816, KI2=0.816，由式（3-3）、（3-4）可得： I1?1.05KI1Id0.816?209?1.05?58.9A K3.04I2?KI2Id?0.816?209?170.54A 3.2.3变压器容量的计算 S1?m1U1I1； （3-5） S2?m2U2I2； （3-6） S? 式中m1、m2 --一次侧与二次侧绕组的相数； 1(S1?S2)； （3-7） 26 黄石理工学院 课程设计报告 对于三相全控挢式整流电路m1=3，m2=3，则有： S1=m1U1I1=33380358.9=67.146 kVA S2=m2U2I2=331203170.54=61.394 kVA S=0.5(S1+S2)= 0.53(67.146+61.394）=64.27kVA 取S=64.3kVA 3.3晶闸管元件的选择 3.3.1晶闸管的额定电压 晶闸管实际承受的最大峰值电压Um，并考虑（2～3）倍的安全裕量，参照标准晶闸管电压等级，即可确定晶闸管的额定电压UTN，即UTN =（2～3）Um 在三相全控桥式整流电路，每个晶闸管所承受的最大峰值电压为 Um?6U2，则 UTN?(2~3)Um=(2~3)6U2=(2~3)?6?125V=612.37~918.56V （3-8） 这里UTN取800V。 3.3.2晶闸管的额定电流 选择晶闸管额定电流的原则是必须使管子允许通过的额定电流有效值ITN大于实际流过管子电流最大有效值IT，即: ITN =1.57IT(AV)>IT 或 IT(AV)> IIIT=Td=KId （3-9） 1.571.57Id考虑到（1.5～2）倍的裕量 IT(AV)=（1.5～2）KId （3-10） 式中K=IT/（1.57Id）——电流计算系数。 对于三相全控整流电路K=0.368，考虑1.5～2倍的裕量 IT?AV???1.5~2?KId??1.5~2?KIn ??1.5~2??0.368?209?115.4~153.8A 取IT?150A。故选晶闸管的型号为KP150晶闸管元件。 3.4 主电路的保护设计与计算 在实际的运行过程中，会受各种各样因素的引响，使电压或电流超出系统允 7 黄石理工学院 课程设计报告 许的范围，如电网电压波动导致的过电压，过载或堵转引起的过电流等等，这时很容易损坏系统，因而需要设置相应的保护电路。 3.4.1 过电压保护 以过电压保护的部位划分，可分为交流侧过电压保护、直流侧过电压保护和器件两端过电压保护三种。 （1）交流侧过电压保护 ① 阻容保护 即在变压器二次侧并联电阻R和电容C进行保护，如图3-1中的1R1—1R3和1C1-1C3。对于单相电路 C?6IemS (3-11) 2U2电容C的耐压?1.5Um 2UshU2 R?2.3 (3-12) SIem （3-13） （3-14） 式中：S—变压器容量（VA） U2—变压器二次相电压有效值 IR—通过电阻的电流（A） Iem—变压器励磁电流百分比，10~100KVA的变压器，对应的 Iem=10~4； Ush——变压器的短路比，10~1000KVA的变压器，对应的Ush=5~10； Um——阻容两端正常工作时交流电压峰值（V）。 对于相电路，R和C的数值可按表3-1进行换算。 表3-1 变压器和阻容装置不同接法时电阻和电容的数值 变压器接法 单相 三相、二次Y联结 Y联结 C R D联结 1/3C 3R 三相、二次D联结 Y联结 3C 1/3R 8 阻容装置接法 与变压器二次侧并联 电容 电阻 C R D联结 C R