三相半波可控整流電路課程設(shè)計(jì)

1、銀川能源學(xué)院電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報告課程名稱：電力電子技術(shù)設(shè)計(jì)題目：三相橋式全控整流電路院 系：電力學(xué)院班 級：電氣工程及其自動化專業(yè) 1303班設(shè) 計(jì) 者：張微學(xué) 號：1310240079同 組 人：程薦劉通王彬彬杜仕民馬釗馬澤陽周凱指導(dǎo)教師：張小燕設(shè)計(jì)時間：2015年12月718日目錄摘要2第一章設(shè)計(jì)目的及任務(wù)31.1設(shè)計(jì)目的31.2設(shè)計(jì)任務(wù)31.3設(shè)計(jì)方案3第二章 電力電子技術(shù)發(fā)展趨勢5第三章 三相橋式全控整流電路電阻性負(fù)載53.1三相橋式整流電路53.2電阻性負(fù)載工作原理63.3電阻性負(fù)載參數(shù)計(jì)算9第四章 三相橋式全控整流電路電感性負(fù)載104.1電感性負(fù)載工作原理104.2電感性負(fù)載參

2、數(shù)計(jì)算11第五章 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)125.1 晶閘管的過電壓保護(hù)125.2 晶閘管的過電流保護(hù)12第六章 MATLAB的仿真136.1 MATLAB仿真軟件的簡介136.2 建立仿真模型13第七章 心得與體會20第八章 參考文獻(xiàn)21摘要本課程設(shè)計(jì)是利用電力電子技術(shù)課程中所學(xué)的知識，首先對本設(shè)計(jì)進(jìn)行了規(guī)劃，通過比較三相半波可控整流和三相橋式全控整流二種典型電路的特點(diǎn)，確定選用三相橋式全控整流電路進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)；在對電力電子器件所構(gòu)成的三相橋式整流基本電路主電路、保護(hù)電路進(jìn)行描述分析的過程中，對電路參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和分析，并確定了元件型號；最后利用MATLAB軟件中的Simulink進(jìn)行了電氣仿真，對所

3、設(shè)計(jì)電路進(jìn)行檢驗(yàn)驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù) 整流 參數(shù)計(jì)算 第一章設(shè)計(jì)目的及任務(wù)1.1設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)是利用電力電子技術(shù)中所學(xué)的知識對三相橋式全控整流電路進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)，并利用MATLAB軟件中的Simulink進(jìn)行了電氣仿真，對所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行檢驗(yàn)驗(yàn)證。通過本課程設(shè)計(jì)使我們充分對電力電子技術(shù)中各個電路深入理解，培養(yǎng)我們利用電力電子技術(shù)解決工程技術(shù)問題的能力。同時提高我們查閱資料、運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助工具繪制原理圖和閱讀原理圖的能力；從而加深對電力電子知識的系統(tǒng)掌握，提升動手能力，學(xué)會使用基本的電路仿真軟件，獲得初步的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為我們走出校門從事電力電子技術(shù)的相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)（1）分析

4、電力電子技術(shù)所學(xué)各類整流電路的特點(diǎn)、性質(zhì)，并以此提出本設(shè)計(jì)所采用的整流電路設(shè)計(jì)初步方案。（2）確定整體電路的總體設(shè)計(jì)，包括：整流電路供電端的電壓類型、保護(hù)電路和參數(shù)的計(jì)算。（3）對整流模塊電路、觸發(fā)電路等進(jìn)行對比分析選出所需電路。（4）搭建MATLAN電氣仿真模塊，對所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行檢驗(yàn)和調(diào)試。1.3設(shè)計(jì)方案方案一：三相半波可控整流電路電路如圖a)所示，為得到零線，變壓器二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)接成三角形，避免3次諧波流入電網(wǎng)。三個晶閘管分別接a、b、c三相電源，它們的陰極連接在一起，稱為共陰極接法，這種接法觸發(fā)電 三相半波可控整流電路路有公共端，連線方便。 方案二：三相橋式全控整流電路目前

5、在各種整流電路中，應(yīng)用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路，其原理圖如圖b)所示，習(xí)慣將其中陰極連接在一起的三個晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的三個晶閘管（VT4、VT6、VT2）稱為共陽極組。 b) 三相橋式全控整流電路綜合上述，比較兩電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用三相橋式全控整流電路作為主電路更有實(shí)際應(yīng)用價值。 下面分別分析接電阻負(fù)載和接阻感負(fù)載的三相全控橋式整流電路。第二章 電力電子技術(shù)發(fā)展趨勢電力電子技術(shù)是電工技術(shù)中的新技術(shù)，是電力與電子技術(shù)(強(qiáng)電和弱電技術(shù))的融合，已在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著巨大用，對未來輸電系統(tǒng)性能將產(chǎn)生巨大影響。電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中

6、的應(yīng)用涉及到提高輸電能力、改善電能質(zhì)量、提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性、控制的靈活性及降低損耗等重大問題。而作為國家能源戰(zhàn)略的一部分，新能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中的發(fā)電比重已日益增加，而風(fēng)力發(fā)電無疑是其中的一顆耀眼的新星。風(fēng)力發(fā)電是所有低碳新能源中最具開發(fā)條件，商業(yè)化發(fā)展前和潛力最大的的發(fā)電方式之一。由于其清潔無污染、施工周期短、投資靈活、占地少，具有良好的社會效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益，已受到世界各國政府的高度重視。然而隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用推廣，對風(fēng)力發(fā)電的效率和電能質(zhì)量的要求越來越高，而應(yīng)用電力電子技術(shù)和控制技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的最有效的手段。第三章 三相橋式全控整流電路電阻性負(fù)載3.1三相橋式整流電路

7、三相橋式整流電路是由三相半波可控整流電路演變而來的，它可看做是三相半波共陰極接法（VT1、VT3、VT5）和三相半波共陽極接法（VT4、VT6、VT2）的串聯(lián)組合，(1)所示。圖1 三相橋式全控整流電路3.2電阻性負(fù)載工作原理接電阻負(fù)載的三相全控橋式整流電路如圖（1）所示。三相全控整流電路中共陰極接法（VT1,VT3,VT5）和共陽極接法（VT4,VT6,VT2）的控制角分別與三相半波可控整流電路共陰極接法和共陽極接法相同。在一個周期內(nèi)，晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1,VT2,VT3,VT4,VT5,VT6。下面首先分析=0°時電路的工作情況。如圖（2）所示，將一周期相電壓分為6個區(qū)間：第

8、段：在t1t2區(qū)間，a相電壓最高，VT1被觸發(fā)導(dǎo)通，b相電壓最低，VT6被觸發(fā)導(dǎo)通，加在負(fù)載上的輸出電壓ud=ua-ub=uab。第段：在t2t3區(qū)間，a相電壓最高，VT1被觸發(fā)導(dǎo)通，c相電壓最低，VT2被觸發(fā)導(dǎo)通，加在負(fù)載上的輸出電壓ud=ua-uc=uac。第段：在t3t4區(qū)間，b相電壓最高，VT3被觸發(fā)導(dǎo)通，c相電壓最低VT2被觸發(fā)導(dǎo)通，加在負(fù)載上的輸出電壓ud=ub-uc=ubc。依此類推，可得到如表所示的情況，工作波形如圖（2）所示。圖2 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載=0°時的波形表1 三相橋式全控整流電路晶閘管導(dǎo)通狀態(tài)表時段輸出電壓uab。uacubcubaucaucb

9、導(dǎo)通晶閘管VT6,VT1VT1,VT2VT2,VT3VT3,VT4VT4,VT5VT5,VT6當(dāng)>0時,晶閘管不在自然換相點(diǎn)換相,而是從自然換相點(diǎn)后移角度開始換相,工作過程與=0基本相同。電阻性負(fù)載60°時的ud波形連續(xù)，60°時ud波形斷續(xù)。=60°和=90°時的波形如圖3和圖4所示?？梢钥闯?，當(dāng)=120°時，輸出電壓Ud=0，因此三相全控橋式整流電路電阻性負(fù)載移向范圍為0°120°?？梢钥闯?，晶閘管元件兩端承受的最大正反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值UFM=URM=2×3U2=2.45U2。圖3三相橋式全

10、控整流電路帶電阻負(fù)載=60°時的波形圖4三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載=90°時的波形3.3電阻性負(fù)載參數(shù)計(jì)算由于=60°是輸出電壓Ud波形連續(xù)和斷續(xù)的分界點(diǎn)，輸出電壓平均值應(yīng)分為兩種情況計(jì)算。（1） 當(dāng)60°時Ud=133+23+2×3U2sintd(t)=2.34U2cos=1.35U2Lcos當(dāng)=0°時，Ud=Udo=2.34U2。（2） 當(dāng)60°時 Ud=133+3×2U2sintd(t)=2.34U21+cos(3+)當(dāng)=120°時，Ud=0。第四章 三相橋式全控整流電路電感性負(fù)載4.1電感性負(fù)

11、載工作原理 當(dāng)60°時，電感性負(fù)載的工作情況與電阻負(fù)載時十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣。區(qū)別在于：由于電感負(fù)載的存在，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電流id波形不同。由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線。=0°時的波形如圖所示。圖5 三相橋式全控整流電路電感性負(fù)載=0°時的波形 當(dāng)60°時，電感性負(fù)載時的工作情況與電阻負(fù)載時不同。電阻負(fù)載時，ud波形不會出現(xiàn)負(fù)的部分，波形斷續(xù)；而電感性負(fù)載時，由于負(fù)載電感感應(yīng)電動勢的作用，ud波形不會出現(xiàn)

12、負(fù)的部分。如圖6所示為帶電感性負(fù)載=90°時的波形?？梢钥闯?90°時，ud波形上下不對稱，平均值為零，因此，帶電感性負(fù)載三相橋式全控整流電路的角移相范圍為90°。圖6三相橋式全控整流電路電感性負(fù)載=90°時的波形4.2電感性負(fù)載參數(shù)計(jì)算（1） 輸出電壓平均值由于ud波形是連續(xù)的，所以輸出電壓平均值的表達(dá)式為Ud=133+6U2sintd(t)=2.34U2cos=1.35U2Lcos當(dāng)=0°時，Udo=2.34U2。（2） 輸出電流平均值Id=1R2.34U2cos（3） 晶閘管電流平均值IdT=13Id（4） 晶閘管電流有效值IT=13Id

13、=0.577Id（5） 晶閘管額定電流IT（AV）=IT1.57（1.52）=0.368Id（1.52）分析接電阻負(fù)載和接阻感負(fù)載的三相全控橋式整流電路目的？結(jié)論？。第五章 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)5.1 晶閘管的過電壓保護(hù)晶閘管的過電壓能力較差，當(dāng)它承受超過反向擊穿電壓時，會被反向擊穿而損壞。如果正向電壓超過管子的正向轉(zhuǎn)折電壓，會造成晶閘管硬開通，不僅使電路工作失常，且多次硬開關(guān)也會損壞管子。因此必須抑制晶閘管可能出現(xiàn)的過電壓，常采用簡單有效的過電壓保護(hù)措施。對于晶閘管的過電壓保護(hù)可參考主電路的過電壓保護(hù)，我們使用阻容保護(hù)，電路圖如圖7所示圖75.2 晶閘管的過電流保護(hù)常見的過電流保護(hù)有：快速熔斷器保

14、護(hù)，過電流繼電器保護(hù)，直流快速開關(guān)過電流保護(hù)?？焖偃蹟嗥鞅Ｗo(hù)是最有效的保護(hù)措施；過電流繼電器保護(hù)中過電流繼電器開關(guān)時間長（只有在短路電流不大時才有用；直流快速開關(guān)過電流保護(hù)功能很好，但造價高，體積大，不宜采用。因此，最佳方案是用快速熔斷器保護(hù)，電路圖如圖8所示圖8第六章 MATLAB的仿真6.1 MATLAB仿真軟件的簡介MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一

15、個易于使用的視窗環(huán)境中，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。     MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連  matlab開發(fā)工作界面接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。6.2 建立仿真模型（1） 電阻性負(fù)載根據(jù)原理圖用matalb軟件畫出正確的仿真電路圖，如圖9所示圖9設(shè)置觸發(fā)脈沖分別為0&#

16、176;、60°、90°，相應(yīng)波形分別如圖所示，在波形圖中第一列波為負(fù)載電流波形，第二列波為流過負(fù)載電壓波形，第三列波為三相電源電壓波形，第四列波為負(fù)載電壓波形和三相電源電壓波形。（2）電感性負(fù)載根據(jù)原理圖用matalb軟件畫出正確的仿真電路圖，如圖10所示圖10設(shè)置觸發(fā)脈沖分別為0°、60°、90°，相應(yīng)波形分別如圖所示，在波形圖中第一列波為負(fù)載電流波形，第二列波為流過負(fù)載電壓波形，第三列波為三相電源電壓波形，第四列波為負(fù)載電壓波形和三相電源電壓波形。仿真后的結(jié)論？第七章 心得與體會時光匆匆而過，兩周的時間轉(zhuǎn)瞬即逝。原本以為會比較輕松的設(shè)計(jì)任

17、務(wù)卻讓我覺得有點(diǎn)措手不及。雖然困難重重，但是在遇到的各種各樣的問題中，我學(xué)會了耐心，學(xué)會了堅(jiān)持，也學(xué)會了以前掌握得不太牢固的知識，收獲頗豐。在這次電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)中，我們小組的設(shè)計(jì)題目是整流電路。設(shè)計(jì)的時候并不是特別順利，MATLAB的使用對于我這樣從來沒有操作過的學(xué)生還是有一定的難度的。經(jīng)過我們大家集體的討論過后，我們還是把最終的電路圖拿出來了。這讓我充分體會到團(tuán)隊(duì)的力量，團(tuán)結(jié)才能讓大家把事情干好。一個人的力量始終太渺小，集思廣益才能讓我們進(jìn)步得更快，讓學(xué)到更多的知識。在操作的過程中，我們經(jīng)常會因?yàn)橐粋€小的失誤，比如元件選錯，有些地方的線接錯等等問題而讓示波器里的波形無法顯示。由于不細(xì)心的地方太多，當(dāng)時甚至有過要放棄的念頭。但是我堅(jiān)持了下來，當(dāng)最終看到成果的時候，我覺得這一切都是值得的。記得汪中求說過細(xì)節(jié)決定成敗。以前感觸不深，沒有注意太多的細(xì)節(jié)。但是我現(xiàn)在明白了，對于科學(xué)我們就應(yīng)該保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。由于許多細(xì)節(jié)都沒有注意，老是求快，想早點(diǎn)完成設(shè)計(jì)，最終導(dǎo)致了很多次的失敗。好在最終擺正了心態(tài)，細(xì)心檢查之后，波形圖終于出來。電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，不僅讓我們的知識更加牢固，還讓我意識到我們所學(xué)的知識可以與生活緊密的