电力电子技术课程设计报告书

1、课程设计报告题目：三相交流稳压电路课程：电子电路课程设计概括在分析三相交流调压电路工作原理的基础上，建立了基于MATLAB的三相交流调压电路设计与仿真模型，并对其进行仿真分析研究。因此，通过仿真和结果分析验证了所建模型的正确性。因为三相交流稳压电路有星形接法和三角形接法。其中，星形接法有无中性线和有中性线两种电路，三角形接法有线控、支路控制和中点控制不同的电路。本文主要研究星形连接。关键词： 仿真；三相调交流压；星形联结目录 TOC o 1-3 u 1三相交流稳压电路分析 PAGEREF _Toc408144874 h 41.1三相交流调压电路的工作原理 PAGEREF _Toc4081448

2、75 h 41.2交流稳压电路的谐波和功率因数分析 PAGEREF _Toc408144876 h 51.3注释 PAGEREF _Toc408144877 h 52整体设计 PAGEREF _Toc408144878 h 62.1参数设置 PAGEREF _Toc408144879 h 62.2参数设置 PAGEREF _Toc408144880 h 62.2.1交流电压源参数设置 PAGEREF _Toc408144881 h 62.2.2晶闸管参数设置 PAGEREF _Toc408144882 h 72.2.3负载参数设置 PAGEREF _Toc408144883 h 72.2.4开

3、关量发生器模块参数设置 PAGEREF _Toc408144884 h 72.2.5功能输入模块参数设置 PAGEREF _Toc408144885 h 83详细设计与仿真 PAGEREF _Toc408144886 h 93.1无中性线三相交流调压电路仿真 PAGEREF _Toc408144887 h 93.2交流稳压电路仿真结果与分析 PAGEREF _Toc408144888 h 93.3仿真结果分析 PAGEREF _Toc408144889 h 104总结 PAGEREF _Toc408144890 h 11参考文献 PAGEREF _Toc408144891 h 12三相交流稳压

4、电路分析1970年代以来，由晶闸管组成的交流稳压器和可控整流器因其体积小、损耗低、电路和控制简单、响应速度快、价格低廉、可靠性高、使用维护方便等优点而得到广泛应用。由于其优点，广泛应用于工业和日用电气设备中，替代笨重、价格高、性能差的调压变压器或串联饱和电抗器。例如功率调节、电压调节、温度调节、调光、调速和转矩调节等，一般采用三相交流调压。本文在MATLAB仿真环境下，利用SIMULINK电力系统工具箱的各种模型建立仿真模型，进行仿真分析研究。三相交流稳压电路原理交流电压调节器应使用宽脉冲触发。在实验装置中使用具有固定后沿和可变前沿的宽脉冲序列。实验电路如下：图 1-1无中性星连接的三相交流电

5、压调节三相交流稳压器的触发信号应与电源电压同步，其控制角由各相电压的过零点计算得出。它由三个单相晶闸管交流稳压器组成。三相负载呈Y形连接，公共点为三相稳压器的中性线。其工作原理和波形与单相交流稳压器相同。图中，晶闸管触发的开启顺序为VT1VT2VT6 。由于中性线的存在，每一相可以作为一个单相调压器单独分析，而每一相的负载电压和电流只与该相的电源电压、负载参数和控制角有关。图1-1的分析如下：1 ) 当0 a3 0时，三相导通和两相导通交替发生。三相导通时，每相的电阻电压为相电压；两相导通时，通相电阻的电压为两相线电压的一半，非导通相电阻的电压为零。(2)当60 a90时，由于两相在任何瞬间都

6、导通，所以同相电阻电压为同相线电压的一半；同上，非导相电阻电压为零。(3) 当90 a150 时，会出现一个三相不导通的部分，即三相不导通的情况。 a在这个区间内。会出现两相导通或三相故障。两相导通时，负载输出电压如前所述，三相关断时，三相负载电压均为零。(4) a150 时，触发脉冲不工作，晶闸管不导通。因此，当三相交流调压电路负载电阻时，触发角的最大相移角为150 。从以上分析可以得出结论，交流调压得到的负载电压和电流波形不是正弦波，并且随着角度a的增大，负载电压相应降低，负载电流开始出现间歇性。当负载为感性时，交流稳压输出的波形不仅与a有关，还与负载的阻抗角有关。此时负载电流和电压波形不

7、再同相，相移角在 -150左右。由于阻性感性负载的三相交流调压工作情况较为复杂，理论上难以定量分析，本文后面将结合其仿真波形进行分析。1.2交流稳压电路谐波及功率因数分析交流调压电路采用相位控制方式，使电路中出现缺角的正弦波形，不可避免地含有高次谐波电流，造成电源波形失真。在电力电子技术中，有功功率、无功功率、功率因数的计算与正弦电路相同，即：有功功率是一个周期内瞬时功率的平均值；视在功率是指电气设备的电压和有效电流的有效值。价值的乘积；那么功率因数就是两者的比值。在交流稳压电路中，输入电压为正弦电压，电流为非正弦波，可分解为一系列傅里叶级数。三相调压电路在阻性负载和控制角a下输入电流的基波和

8、各次谐波含量为：(1)当使用阻性负载或纯感性负载时，谐波电流仅包含n =6k+1个谐波分量，谐波含量随着谐波次数的增加而减少；(2)随着控制角的增大，基波和谐波均因电流有效值的减小而减小。但基波衰减较快，谐波分量比基波多； ,(3)负载为阻性和感性时，各次谐波的谐波电流含量小于阻性负载，基波系数较高。1.3注释_为保证三相交流调压电路的正常工作，其晶闸管的触发系统应满足以下要求：(1)在三相电路中，至少一相正向晶闸管和另一个反向晶闸管同时导通。(2) 为保证电路开始工作时两个晶闸管能同时导通，并且在感性负载和控制角较大时，不同相的正负晶闸管可以分别导通。同时，需要使用宽脉冲。或双窄脉冲触发电路

9、。(3) 各触发信号应与对应的交流电源电压相序，并与电源同步。2 整体设计星形接法，不带零线，带零线。本文主要研究无中性线三相交流调压电路的设计与仿真。两个晶闸管反并联和串联在交流电路中，通过控制晶闸管可以控制交流电源。通过控制晶闸管每半个周期的导通相位，可以方便地调整输出电压的有效值。该电路称为交流电压调节器电路。输入为交流电压，输出电压波形为交流电源电压波形的一部分，可调，使输出电压的有效值可调。交流调压电路一般采用晶闸管控制，触发方式有过零触发和移相触发两种。2.1 参数设置根据单相交流调压电路的原理，设计了一种三相交流调压电路。通过MATLAB/SIMULINK仿真，分别得到控制角=3

10、0和= 60时的输出电压和电流波形，从而触发各相脉冲波形。负载考虑纯电阻情况，可通过脉宽调制技术获得触发脉冲。仿真电路设计步骤如下：A、根据设计要求设计方案，并分析需求。提出初步设计方案。B、然后比较方案，选择合适的设计方案。C、完成单元电路的设计和主要元器件的参数选择，完成主电路的原理分析。D. 将各个元器件和单元电路连接到我们需要的仿真电路图中，对搭建的仿真模型进行仿真检验。E. 如果仿真电路图正确，则仿真出想要的结果。最后，将模拟效果图写入课程设计报告。2.2 参数设置由于在仿真过程中需要验证结果的正确性和稳定性，过程中的小数据可能会影响仿真结果，可见参数设置的重要性。的参数设置如下。2

11、.2.1 交流电压源参数设置设置交流峰值和频率为A 、 B 、 C分别为220V 、 50Hz ，相位角相差120度。 （如下图）2.2.2晶闸管参数设置其中， Rn= 0.001 ，Lon=0H，Vf=0.8V，Rs= 1000 ，Cs=250e-9F （如下图）2.2.3负载参数设置其中， R= 0.8，L= 0.001H ，C=inf （如下图）2.2.4开关量模块参数设置开关发生器模块分别由磁滞比较器、限速器、增益等模块组成。由同步、锯齿波、移相控制等环节组成（如下图）增益限速器迟滞比较器万用表对应示波器输出2.2.5功能输入模块参数设置功能输入模块由功能模块和控制角a的相应输入量组成

12、。为方便观察，在触发模块的移相控制输入端连接控制角与移相控制电压的变化函数。因此，当达到输入角度时，可以直接观察到波形的变化。万用表的参数设置（如下图）功能块控制角 a3 详细设计与仿真的SIMULINK电力系统工具箱以SIMULINK为运行环境，涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电气学科常用的基础元器件和系统仿真模型。它由以下六个子模块库组成：功率模块库、基础元件模块库、电力电子模块库、电机模块库、连接模块库、测量模块库和附加模块库。以元器件为基础，建立晶闸管交流稳压电路模型。3.1 无中性线三相交流调压电路仿真晶闸管交流调压的主电路由三对反并联晶闸管组成，即六个晶闸管型号和三组控制

13、开关。还增加了一个控制角的输入，可以随意改变控制角的大小，观察其输出波形的变化。仿真模型图如下：图3-1无中性线三相交流调压电路仿真模型3.2 交流稳压电路仿真结果与分析上述仿真模型的运行结果如下。图3-2 和3-3都是a = 30和a = 60的三相电压输出波形。从a =30的波形可以看出，稳压器的每一项都有晶闸管的导通间隔，输出电压与电源电压相同；三相中只有两相晶闸管导通。在此区间内，输出电压应为导通两相线电压的1/2 。随着控制角的增大，三个晶闸管的导通间隔减小。当a60 时，任何时候只有两相晶闸管导通，输出相电压等于导通时的导通。两相电压的1/2 。三相调压器的输出电压比正弦波失真大，

14、增加了谐波。图3-2 a =30输出电压波形前后对比图3-2 a =60输出电压波形前后对比以上波形是左右一一对应的，在仿真过程中已经设置好图形对应的位置。因此，在上图中可以清楚地看到波形的变化。模拟结果有一个直观的表示。3.3 仿真结果分析上图 3-2 和 3-3分别是触发角为30度和60 度的负载电压-时间仿真波形。由于是阻性负载，阻值为0.8 ，因此同相电流波形与电压波形相似，但幅度有差异。从仿真结果可以看出，交流调压得到的负载电压和电流波形不是正弦波，随着控制角的增大，负载电压也相应降低。仿真结果与上述理论分析一致。4 总结在本课程设计中，对基于晶闸管的三相交流稳压电路的星型方面进行了

15、详细的分析研究，并利用MATLAB的SIMULINK电力系统工具箱搭建并分析了相应的仿真电路，对交流电压进行了验证。 .稳压器电路如何工作以及相关的谐波问题。中学到了很多东西。这个实验不仅可以巩固之前所学的知识，还可以学到很多书本上没有学到的知识。在设计过程中，随时都会遇到各种问题，比如线路连接错误、参数设置、波形绘制等，我一直在寻找自己的不足。整个设计过程对我来说可以说是困难重重。比如以前学过的知识我不理解，掌握的不够牢。但是，这次课程设计增强了我将设计和理论联系起来的能力，加深了我对MATLAB软件功能的理解，学会了如何使用MATLAB设计三相交流稳压器，学会了分析理论与实践之间的误差，从

16、而为今后理论在实践中的应用打下良好的基础。在课程设计过程中，我有互动指导。我按照老师的要求，一步一步制定并实施了计划。在设计方案实施过程中，学会查阅资料，鼓励克服心理负面情绪，不断学习解决问题。训练我的意志。虽然这几天一直在努力，但我终于完成了自己的课程设计，我为自己感到骄傲。本课程设计为我以后的毕业设计提供了必要的准备，也为我毕业后的工作和学习提供了参考思路。参考1 洪乃刚.电力电子与电机控制系统建模与仿真M .：机械工业， 20 10.12徐德宏.电力电子系统建模与控制M :机械工业, 20 06.13周元深.电力电子技术与MATLAB仿真M .：中国电力， 20 05.124 Wang Zhenglin, Wang Shengkai, Guoshun, Wang Qi. MATLAB/ Simulink and Control System Simulation M . Electronics Industry , 2013.11 5 Qiu Guanyuan . Circuit 5th Edition (Original Qiu Guanyuan revised Luo Xianjue) M. Higher Education , 20 06.56