三相半波可控整流电路的设计

1、.专业整理 .电力电子技术课程设计说明书三相半波可控整流电路的设计院 、 部：电气与信息工程学院学生：周天全指导教师：陆秀令职称教授专业：电气工程及其自动化班级：电气 1403 班完成时间：2017 年6月. 学习帮手 .专业整理 .工学院电力电子技术课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化专业指导教师陆秀令学生周天全课题名称三相半波可控整流电路的设计一、设计任务设计一个三相半波可控整流电路，已知三相交流输入线电压380V，要求整流电压在 0 100V 连续可调，负载自拟，其它性能指标自定。二、设计容容1、关于本课程学习情况简述；及任2、主电路的设计、原理分析和器件的

2、选择；务3、控制电路的设计；4、保护电路的设计；5、利用 MATLAB软件对自己的设计进行仿真。主要 1 王兆安 , 王俊编 . 电力电子技术 ( 第 5 版 ). 北京 : 机械工业 ,2010参2黄俊 , 秦祖荫编 . 电力电子自关断器件及电路. 北京 : 机械工业 ,1991考资 3 序葆 , 永健编 . 电力电子器件及其应用 . 北京 : 机械工业 ,1996料教研室意见教研室主任：（签字）年月日. 学习帮手 .专业整理 .摘要整流就是交流变直流的过程。 当整流负荷容量较大， 或要求直流电压脉动较小、易滤波时，应采用三相整流电路，其交流测由三相电源供电。三相可控整流电路中，最基本的是三

3、相半波可控整流。晶闸管（ SCR）是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器，以前被简称为可控硅。只有在晶闸管阳极和门级同时承受正向电压时， 晶闸管才能导通， 两者缺一不可。本课题三相半波可控整流电路就是利用晶闸管的这一性质， 使得每个晶闸管流过单相电流， 以此来达到整流的目的。 同时，改变晶闸管的导通触发角，改变每相电压导通时刻，以实现整流电压在 0100V连续可调。由于设备有限，因此采用 Matlab 提供的可视化仿真工具 Simulink 直接建立电路仿真。 Simulink 仿真具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点 Simulink 仿真已被

4、广泛应用于控制理论和 数字信号处理的复杂仿真和设计。关键词：整流；晶闸管；Matlab. 学习帮手 .专业整理 .ABSTRACTRectificationistheprocessofalternatingcurrenttodirectcurrent. When the rectifier load capacity is big, or the DC voltagefluctuation is small and easy to filter, three-phase rectifier circuitshould be adopted, and the ACmeasurement issu

5、ppliedby three-phasepowersupply.Three phase controllablerectifiercircuit,themost basicisthethree-phase half wave controlled rectifier.The thyristor (SCR) is referred to as the crystal thyratron, alsocalled silicon controlled rectifier, previously referred to as scr. Thethyristor can only be switched

6、 on when the anode and gate level of thethyristorare simultaneouslyunder theforwardvoltage,and bothofthemare indispensable.Thistopicthree-phasehalfwave controlledrectifiercircuit is to use the nature of thyristor, so that each thyristor flowthrougha phase,so as toachievethe purpose ofrectification.M

7、eanwhile,the turn-on trigger angle of the thyristor is changed, and the turn-ontime of each phase voltage is changed so as to realize the continuousadjustment of the rectification voltage at 0100V.Because of the limited equipment, Simulink is used to build thecircuitsimulationdirectlyby thevisualsim

8、ulationtoolMatlab.Simulinksimulationhas wideadaptability,structureandprocesssimulation of fine, clear and practical, high efficiency, flexibility,and the advantages of Simulink based simulation has been widely used incontroltheoryand digitalsignalprocessingcomplexsimulationanddesign.Key Words:rectif

9、ication; the thyristor;matlab. 学习帮手 .专业整理 . 学习帮手 .专业整理 .目录1设计背景及要求 .11.1设计背景 .11.2设计要求 .12主电路设计.22.1主电路原理分析 .22.2器件的选择及参数计算 .32.2.1整流电压的参数计算 .32.2.2晶闸管的参数计算及选择 .33触发电路设计 .54保护电路设计 .65Matlab 仿真设计 .75.1电路仿真图 .75.2Matlab仿真结果分析 .7结束语 .9参考文献 .10致谢.11. 学习帮手 .专业整理 .1 设计背景及要求1.1设计背景所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。通常

10、我们从电源中得到的电力往往不能直接使用，需要进行电力变换。 电力变换一般可分为四种， 即交流变直流、直流变交流、交流变交流、直流变直流。交流变直流被称为整流，就是我们设计所需要的一个环节。1.2设计要求设计一个三相半波可控整流电路，已知三相交流输入线电压380V，要求整流电压在 0100V 连续可调，负载自拟，其它性能指标自定。（1）关于本课程学习情况简述；（2）主电路的设计、原理分析和器件的选择；（3）控制电路的设计；（4）保护电路的设计；（5）利用 MATLAB软件对自己的设计进行仿真。. 学习帮手 .专业整理 .2 主电路设计2.1主电路原理分析三相半波可控整流电路如图1 所示。为得到零

11、线，变压器二次侧必须接成星行，而一次侧接成三角形， 避免 3 次谐波流入电网。 3 个晶闸管分别接入a、b、c 三相电源，采用共阴极接法连在一起， 这种接法触发电路有公共端，连线方便。二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角 的起点。在同一周期中， 工作情况如下： 三相电压在自然换相点处依次循环完成 a、b、c 相电压的转换， 同时对应的 3 个晶闸管也依次导通，每管各导通 120 。 U d 波形为三个相电压在正半周期的包络线。Ru2=uubucidbOt1t 2t3tcuGuOtddOtiV 1eOtuV1ftOu u图 1三相半波可控整流电

12、路及=0 时的波形. 学习帮手 .专业整理 .2.2器件的选择及参数计算2.2.1整流电压的参数计算整流电压平均值的计算分两种：（1）30 时，负载电流连续，有1536U d62U 2 sintd ( t )cos1.17U 2cos22U 26（1）3当=0 时， U d 最大，为 U dU d 01.17U 2 。（2）30 时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有Ud12U2sin td( t)3 2 U1cos() 0.675U 1 cos()22626623（2）根据设计任务要求 整流电压在 0 100V 连续可调， U 2 =380V因此有30 时，令，将数据代入公式（1）可求得

13、=77 ，而（I ）当U d =100V在 U d =100V时，求得的 cos 为最大值，可知此时的是 0 100V 上最小的，但最小的依然大于 30 ，可见不满足设计要求。（II ） 30 时，令U d =100V，将数据代入公式（）可求得=97，再2将 U d =0V 代入公式（ 2）得到 =150 ，可见在 97 150围，满足设计要求。2.2.2 晶闸管的参数计算及选择（1）负载电流平均值为U dI d（3）R（2）晶闸管承受的最大反向电压为变压器二次侧线电压峰值，即URM23U 26U(4)2 2.45U 2由于晶闸管阴极与零点间的电压即为整流输出电压u d ，其最小值为零，为晶闸

14、管阳极于零点间的最高电压等于变压器二次相电压的峰值，因此晶闸管阳极于阴极间的最大电压等于变压器二次相电压的峰值，即UFM2U(5) 2将 U 2 =380V代入公式 (4) 可求得 U RM =931V，考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为U N(2 3)U RM (1862 2793)V具体数值按晶闸管产品系列选择。流过晶闸管的电流最大有效值I VT1I d (6 U d）33R. 学习帮手 .专业整理 .取 R=450， U d =100V代入公式（ 6）可求得I VT0.1283A晶闸管的额定电流IVTI N0.0817A1.57具体数值按晶闸管产品系列选择。. 学习帮手 .专业整理 .3

15、触发电路设计如图 2 所示为触发电路。由三片集成触发电路芯片KJ004 和一片集成双脉冲发生器芯片 KJ041 形成六路双脉冲， 再由六个晶体管进行脉冲放大，即构成完整的。触发电路产生的触发信号用接插线与主电路各晶闸管相连接。该电路可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。usausbusc-15VR19R13R20R14R21R15ucoupRP6RP34RP1RP5RP2RPR1R2R3R16R7R4R17R8R5R18R9R6C489C1C589C2C689741074107410C36116116115012501250120004J134J134J13KKK

16、C7314R10 C8314R11 C9314R12215215215116116116+15V(16脚为6路单脉冲输入)12345678KJ04165432109( 1510 脚为 6路双脉冲输出 )1111111至至至至至至VT1VT2VT3VT4VT5VT6图 2三相半波可控整流触发电路. 学习帮手 .专业整理 .4 保护电路设计电力电子电路中保护电路包括过电压保护和过电流保护。过电压保护一般采用RC过电压抑制电路，将RC并联在晶闸管两端，通过 RC并联支路作动态均压，以实现电压保护。过电流保护分为过载和短路两种情况。过流保护的措施有很多，其中快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器是较

17、为常用的措施。在此，我们采用加装熔断器的方法来达到目的。图 3三相半波可控整流保护电路. 学习帮手 .专业整理 .5 Matlab仿真设计5.1电路仿真图我们使用 Matlab 中的 Simulink模块对三相半波可控整流电路进行仿真，在原理图中，我们使用脉冲发生器代替晶闸管的触发电路，通过调节脉冲发生器中的周期和延时时间这两个量的数值，来实现对的改变。图 4三相半波可控整流电路仿真图5.2 Matlab仿真结果分析设置三相交流电压为 380V，频率为 50H Z，周期为0.02s，占空比为，5%从上至下的波形依次是三相交流电压波形 U 2，脉冲触发波形 U G ，负载两端电压波形 U d ，

18、晶闸管电压波形 U VT ，晶闸管 1 的电流波形 I VT 1 。图 5 =97 时 matlab 仿真波形图. 学习帮手 .专业整理 .图 6 =120 时 matlab 仿真波形图图 7 =150 时 matlab 仿真波形图分析：三相电压在自然换相点处依次循环完成a、b、c 相电压的转换，同时对应的 3 个晶闸管也依次导通，每管各导通 120 。从图中 U d 波形可以很容易的看出没通过一次自然换相点 U d 波形完成一个周期，因此，所测波形与理论相符。通过公式 (2) 可知，当120 时， U d =34.36V，在 0 100V围。. 学习帮手 .专业整理 .结束语这次电力电子课程

19、设计让我受益颇多，特别是对三相半波可控整流电路。首先是对理论知识。电力电子这门课程需要理解，课堂上只有那匆匆的一个多小时，很多知识不牢靠，需要去巩固。通过这次课程设计，让我重新整理了一次对整流电压、 晶闸管电压电流的公式计算和工作特性， 对印象不深的电压保护、电流保护也进行了学习。其次是对 Matlab 软件中 Simulink 模块的应用。这次课程设计让我们用到了以前都不曾用到的一些模块， 在做仿真时， 器件都不会找， 一件件的从网上去查找。对触发电路开始不会， 后来通过对书本中波形图的加深理解， 终于学会通过调节脉冲延时时间来实现目标。最后是增强了协作能力。在设计过程中，有许多理论实践地方不