三相半波可控整流电路课程设计

1、银川能源学院电力电子技术课程设计报告课程名称：电力电子技术设计题目：三相桥式全控整流电路院 系：电力学院班 级：电气工程及其自动化专业 1303班设 计 者：张微学 号：1310240079同 组 人：程荐刘通王彬彬杜仕民马钊马泽阳周凯指导教师：张小燕设计时间：2015年12月718日目录摘要2第一章设计目的及任务31.1设计目的31.2设计任务31.3设计方案3第二章 电力电子技术发展趋势5第三章 三相桥式全控整流电路电阻性负载53.1三相桥式整流电路53.2电阻性负载工作原理63.3电阻性负载参数计算9第四章 三相桥式全控整流电路电感性负载104.1电感性负载工作原理104.2电感性负载参

2、数计算11第五章 保护电路的设计125.1 晶闸管的过电压保护125.2 晶闸管的过电流保护12第六章 MATLAB的仿真136.1 MATLAB仿真软件的简介136.2 建立仿真模型13第七章 心得与体会20第八章 参考文献21摘要本课程设计是利用电力电子技术课程中所学的知识，首先对本设计进行了规划，通过比较三相半波可控整流和三相桥式全控整流二种典型电路的特点，确定选用三相桥式全控整流电路进行了整体设计；在对电力电子器件所构成的三相桥式整流基本电路主电路、保护电路进行描述分析的过程中，对电路参数进行计算和分析，并确定了元件型号；最后利用MATLAB软件中的Simulink进行了电气仿真，对所

3、设计电路进行检验验证。关键词：电力电子技术 整流 参数计算 第一章设计目的及任务1.1设计目的课程设计是利用电力电子技术中所学的知识对三相桥式全控整流电路进行了整体设计，并利用MATLAB软件中的Simulink进行了电气仿真，对所设计电路进行检验验证。通过本课程设计使我们充分对电力电子技术中各个电路深入理解，培养我们利用电力电子技术解决工程技术问题的能力。同时提高我们查阅资料、运用计算机辅助工具绘制原理图和阅读原理图的能力；从而加深对电力电子知识的系统掌握，提升动手能力，学会使用基本的电路仿真软件，获得初步的应用经验，为我们走出校门从事电力电子技术的相关工作打下基础。1.2设计任务（1）分析

4、电力电子技术所学各类整流电路的特点、性质，并以此提出本设计所采用的整流电路设计初步方案。（2）确定整体电路的总体设计，包括：整流电路供电端的电压类型、保护电路和参数的计算。（3）对整流模块电路、触发电路等进行对比分析选出所需电路。（4）搭建MATLAN电气仿真模块，对所设计电路进行检验和调试。1.3设计方案方案一：三相半波可控整流电路电路如图a)所示，为得到零线，变压器二次侧必须接成星形，而一次侧接成三角形，避免3次谐波流入电网。三个晶闸管分别接a、b、c三相电源，它们的阴极连接在一起，称为共阴极接法，这种接法触发电 三相半波可控整流电路路有公共端，连线方便。 方案二：三相桥式全控整流电路目前

5、在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如图b)所示，习惯将其中阴极连接在一起的三个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的三个晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。 b) 三相桥式全控整流电路综合上述，比较两电路结构的优缺点，本设计采用三相桥式全控整流电路作为主电路更有实际应用价值。 下面分别分析接电阻负载和接阻感负载的三相全控桥式整流电路。第二章 电力电子技术发展趋势电力电子技术是电工技术中的新技术，是电力与电子技术(强电和弱电技术)的融合，已在国民经济中发挥着巨大用，对未来输电系统性能将产生巨大影响。电力电子技术在电力系统中

6、的应用涉及到提高输电能力、改善电能质量、提高电网运行稳定性、可靠性、控制的灵活性及降低损耗等重大问题。而作为国家能源战略的一部分，新能源发电在电力系统中的发电比重已日益增加，而风力发电无疑是其中的一颗耀眼的新星。风力发电是所有低碳新能源中最具开发条件，商业化发展前和潜力最大的的发电方式之一。由于其清洁无污染、施工周期短、投资灵活、占地少，具有良好的社会效应和经济效益，已受到世界各国政府的高度重视。然而随着风力发电技术的发展和应用推广，对风力发电的效率和电能质量的要求越来越高，而应用电力电子技术和控制技术则是实现这些目标的最有效的手段。第三章 三相桥式全控整流电路电阻性负载3.1三相桥式整流电路

7、三相桥式整流电路是由三相半波可控整流电路演变而来的，它可看做是三相半波共阴极接法（VT1、VT3、VT5）和三相半波共阳极接法（VT4、VT6、VT2）的串联组合，(1)所示。图1 三相桥式全控整流电路3.2电阻性负载工作原理接电阻负载的三相全控桥式整流电路如图（1）所示。三相全控整流电路中共阴极接法（VT1,VT3,VT5）和共阳极接法（VT4,VT6,VT2）的控制角分别与三相半波可控整流电路共阴极接法和共阳极接法相同。在一个周期内，晶闸管的导通顺序为VT1,VT2,VT3,VT4,VT5,VT6。下面首先分析=0°时电路的工作情况。如图（2）所示，将一周期相电压分为6个区间：第

8、段：在t1t2区间，a相电压最高，VT1被触发导通，b相电压最低，VT6被触发导通，加在负载上的输出电压ud=ua-ub=uab。第段：在t2t3区间，a相电压最高，VT1被触发导通，c相电压最低，VT2被触发导通，加在负载上的输出电压ud=ua-uc=uac。第段：在t3t4区间，b相电压最高，VT3被触发导通，c相电压最低VT2被触发导通，加在负载上的输出电压ud=ub-uc=ubc。依此类推，可得到如表所示的情况，工作波形如图（2）所示。图2 三相桥式全控整流电路带电阻负载=0°时的波形表1 三相桥式全控整流电路晶闸管导通状态表时段输出电压uab。uacubcubaucaucb

9、导通晶闸管VT6,VT1VT1,VT2VT2,VT3VT3,VT4VT4,VT5VT5,VT6当>0时,晶闸管不在自然换相点换相,而是从自然换相点后移角度开始换相,工作过程与=0基本相同。电阻性负载60°时的ud波形连续，60°时ud波形断续。=60°和=90°时的波形如图3和图4所示。可以看出，当=120°时，输出电压Ud=0，因此三相全控桥式整流电路电阻性负载移向范围为0°120°。可以看出，晶闸管元件两端承受的最大正反向电压是变压器二次线电压的峰值UFM=URM=2×3U2=2.45U2。图3三相桥式全

10、控整流电路带电阻负载=60°时的波形图4三相桥式全控整流电路带电阻负载=90°时的波形3.3电阻性负载参数计算由于=60°是输出电压Ud波形连续和断续的分界点，输出电压平均值应分为两种情况计算。（1） 当60°时Ud=133+23+2×3U2sintd(t)=2.34U2cos=1.35U2Lcos当=0°时，Ud=Udo=2.34U2。（2） 当60°时 Ud=133+3×2U2sintd(t)=2.34U21+cos(3+)当=120°时，Ud=0。第四章 三相桥式全控整流电路电感性负载4.1电感性负

11、载工作原理 当60°时，电感性负载的工作情况与电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于：由于电感负载的存在，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id波形不同。由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。=0°时的波形如图所示。图5 三相桥式全控整流电路电感性负载=0°时的波形 当60°时，电感性负载时的工作情况与电阻负载时不同。电阻负载时，ud波形不会出现负的部分，波形断续；而电感性负载时，由于负载电感感应电动势的作用，ud波形不会出现

12、负的部分。如图6所示为带电感性负载=90°时的波形。可以看出=90°时，ud波形上下不对称，平均值为零，因此，带电感性负载三相桥式全控整流电路的角移相范围为90°。图6三相桥式全控整流电路电感性负载=90°时的波形4.2电感性负载参数计算（1） 输出电压平均值由于ud波形是连续的，所以输出电压平均值的表达式为Ud=133+6U2sintd(t)=2.34U2cos=1.35U2Lcos当=0°时，Udo=2.34U2。（2） 输出电流平均值Id=1R2.34U2cos（3） 晶闸管电流平均值IdT=13Id（4） 晶闸管电流有效值IT=13Id

13、=0.577Id（5） 晶闸管额定电流IT（AV）=IT1.57（1.52）=0.368Id（1.52）分析接电阻负载和接阻感负载的三相全控桥式整流电路目的？结论？。第五章 保护电路的设计5.1 晶闸管的过电压保护晶闸管的过电压能力较差，当它承受超过反向击穿电压时，会被反向击穿而损坏。如果正向电压超过管子的正向转折电压，会造成晶闸管硬开通，不仅使电路工作失常，且多次硬开关也会损坏管子。因此必须抑制晶闸管可能出现的过电压，常采用简单有效的过电压保护措施。对于晶闸管的过电压保护可参考主电路的过电压保护，我们使用阻容保护，电路图如图7所示图75.2 晶闸管的过电流保护常见的过电流保护有：快速熔断器保

14、护，过电流继电器保护，直流快速开关过电流保护。快速熔断器保护是最有效的保护措施；过电流继电器保护中过电流继电器开关时间长（只有在短路电流不大时才有用；直流快速开关过电流保护功能很好，但造价高，体积大，不宜采用。因此，最佳方案是用快速熔断器保护，电路图如图8所示图8第六章 MATLAB的仿真6.1 MATLAB仿真软件的简介MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一

15、个易于使用的视窗环境中，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。     MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连  matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。6.2 建立仿真模型（1） 电阻性负载根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，如图9所示图9设置触发脉冲分别为0&#

16、176;、60°、90°，相应波形分别如图所示，在波形图中第一列波为负载电流波形，第二列波为流过负载电压波形，第三列波为三相电源电压波形，第四列波为负载电压波形和三相电源电压波形。（2）电感性负载根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，如图10所示图10设置触发脉冲分别为0°、60°、90°，相应波形分别如图所示，在波形图中第一列波为负载电流波形，第二列波为流过负载电压波形，第三列波为三相电源电压波形，第四列波为负载电压波形和三相电源电压波形。仿真后的结论？第七章 心得与体会时光匆匆而过，两周的时间转瞬即逝。原本以为会比较轻松的设计任

17、务却让我觉得有点措手不及。虽然困难重重，但是在遇到的各种各样的问题中，我学会了耐心，学会了坚持，也学会了以前掌握得不太牢固的知识，收获颇丰。在这次电力电子技术课程设计中，我们小组的设计题目是整流电路。设计的时候并不是特别顺利，MATLAB的使用对于我这样从来没有操作过的学生还是有一定的难度的。经过我们大家集体的讨论过后，我们还是把最终的电路图拿出来了。这让我充分体会到团队的力量，团结才能让大家把事情干好。一个人的力量始终太渺小，集思广益才能让我们进步得更快，让学到更多的知识。在操作的过程中，我们经常会因为一个小的失误，比如元件选错，有些地方的线接错等等问题而让示波器里的波形无法显示。由于不细心的地方太多，当时甚至有过要放弃的念头。但是我坚持了下来，当最终看到成果的时候，我觉得这一切都是值得的。记得汪中求说过细节决定成败。以前感触不深，没有注意太多的细节。但是我现在明白了，对于科学我们就应该保持严谨的态度。由于许多细节都没有注意，老是求快，想早点完成设计，最终导致了很多次的失败。好在最终摆正了心态，细心检查之后，波形图终于出来。电力电子技术课程设计，不仅让我们的知识更加牢固，还让我意识到我们所学的知识可以与生活紧密的