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(bào)告課程名稱(chēng)：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(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 1303班設(shè) 計(jì) 者：張微學(xué) 號(hào)：1310240079同 組 人：程薦劉通王彬彬杜仕民馬釗馬澤陽(yáng)周凱指導(dǎo)教師：張小燕設(shè)計(jì)時(shí)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(shì)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(guò)電壓保護(hù)125.2 晶閘管的過(guò)電流保護(hù)12第六章 MATLAB的仿真136.1 MATLAB仿真軟件的簡(jiǎn)介136.2 建立仿真模型13第七章 心得與體會(huì)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(shí)，首先對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行了規(guī)劃，通過(guò)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(duì)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(guò)程中，對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和分析，并確定了元件型號(hào)；最后利用MATLAB軟件中的Simulink進(jìn)行了電氣仿真，對(duì)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(shí)對(duì)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(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行檢驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)本課程設(shè)計(jì)使我們充分對(duì)電力電子技術(shù)中各個(gè)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(wèn)題的能力。同時(shí)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(duì)電力電子知識(shí)的系統(tǒng)掌握，提升動(dòng)手能力，學(xué)會(huì)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(mén)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(lèi)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(lèi)型、保護(hù)電路和參數(shù)的計(jì)算。（3）對(duì)整流模塊電路、觸發(fā)電路等進(jìn)行對(duì)比分析選出所需電路。（4）搭建MATLAN電氣仿真模塊，對(duì)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(xiàn)，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(gè)晶閘管分別接a、b、c三相電源，它們的陰極連接在一起，稱(chēng)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(xiàn)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(gè)晶閘管（VT1、VT3、VT5）稱(chēng)為共陰極組；陽(yáng)極連接在一起的三個(gè)晶閘管（VT4、VT6、VT2）稱(chēng)為共陽(yáng)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(jià)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(shì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著巨大用，對(duì)未來(lái)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(wèn)題。而作為國(guó)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(wú)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(kāi)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(wú)污染、施工周期短、投資靈活、占地少，具有良好的社會(huì)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益，已受到世界各國(guó)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(duì)風(fēng)力發(fā)電的效率和電能質(zhì)量的要求越來(lái)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(lái)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(yáng)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(yáng)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(yáng)極接法相同。在一個(gè)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(shí)電路的工作情況。如圖（2）所示，將一周期相電壓分為6個(gè)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(lèi)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(shí)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(shí)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(shí),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(kāi)始換相,工作過(guò)程與=0基本相同。電阻性負(fù)載60°時(shí)的ud波形連續(xù)，60°時(shí)ud波形斷續(xù)。=60°和=90°時(shí)的波形如圖3和圖4所示?？梢钥闯?，當(dāng)=120°時(shí)，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°。可以看出，晶閘管元件兩端承受的最大正反向電壓是變壓器二次線(xiàn)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(shí)的波形圖4三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載=90°時(shí)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(shí)Ud=133+23+2×3U2sintd(t)=2.34U2cos=1.35U2Lcos當(dāng)=0°時(shí)，Ud=Udo=2.34U2。（2） 當(dāng)60°時(shí) Ud=133+3×2U2sintd(t)=2.34U21+cos(3+)當(dāng)=120°時(shí)，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(shí)，電感性負(fù)載的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)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(shí)候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線(xiàn)。=0°時(shí)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(shí)的波形 當(dāng)60°時(shí)，電感性負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同。電阻負(fù)載時(shí)，ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分，波形斷續(xù)；而電感性負(fù)載時(shí)，由于負(fù)載電感感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用，ud波形不會(huì)出現(xiàn)

12、負(fù)的部分。如圖6所示為帶電感性負(fù)載=90°時(shí)的波形?？梢钥闯?90°時(shí)，ud波形上下不對(duì)稱(chēng)，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(shí)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(shí)，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(guò)電壓保護(hù)晶閘管的過(guò)電壓能力較差，當(dāng)它承受超過(guò)反向擊穿電壓時(shí)，會(huì)被反向擊穿而損壞。如果正向電壓超過(guò)管子的正向轉(zhuǎn)折電壓，會(huì)造成晶閘管硬開(kāi)通，不僅使電路工作失常，且多次硬開(kāi)關(guān)也會(huì)損壞管子。因此必須抑制晶閘管可能出現(xiàn)的過(guò)電壓，常采用簡(jiǎn)單有效的過(guò)電壓保護(hù)措施。對(duì)于晶閘管的過(guò)電壓保護(hù)可參考主電路的過(guò)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(guò)電流保護(hù)常見(jiàn)的過(guò)電流保護(hù)有：快速熔斷器保

14、護(hù)，過(guò)電流繼電器保護(hù)，直流快速開(kāi)關(guān)過(guò)電流保護(hù)?？焖偃蹟嗥鞅Ｗo(hù)是最有效的保護(hù)措施；過(guò)電流繼電器保護(hù)中過(guò)電流繼電器開(kāi)關(guān)時(shí)間長(zhǎng)（只有在短路電流不大時(shí)才有用；直流快速開(kāi)關(guān)過(guò)電流保護(hù)功能很好，但造價(jià)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(jiǎn)介MATLAB是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)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(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)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(xiàn)性動(dòng)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(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。     MATLAB和Mathematica、Maple并稱(chēng)為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類(lèi)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(hù)界面、連  matlab開(kāi)發(fā)工作界面接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、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(huà)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(guò)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(huà)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(guò)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(huì)時(shí)光匆匆而過(guò)，兩周的時(shí)間轉(zhuǎn)瞬即逝。原本以為會(huì)比較輕松的設(shè)計(jì)任

17、務(wù)卻讓我覺(jué)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(wèn)題中，我學(xué)會(huì)了耐心，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持，也學(xué)會(huì)了以前掌握得不太牢固的知識(shí)，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(shí)候并不是特別順利，MATLAB的使用對(duì)于我這樣從來(lái)沒(méi)有操作過(guò)的學(xué)生還是有一定的難度的。經(jīng)過(guò)我們大家集體的討論過(guò)后，我們還是把最終的電路圖拿出來(lái)了。這讓我充分體會(huì)到團(tuán)隊(duì)的力量，團(tuán)結(jié)才能讓大家把事情干好。一個(gè)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(shí)。在操作的過(guò)程中，我們經(jīng)常會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)小的失誤，比如元件選錯(cuò)，有些地方的線(xiàn)接錯(cuò)等等問(wèn)題而讓示波器里的波形無(wú)法顯示。由于不細(xì)心的地方太多，當(dāng)時(shí)甚至有過(guò)要放棄的念頭。但是我堅(jiān)持了下來(lái)，當(dāng)最終看到成果的時(shí)候，我覺(jué)得這一切都是值得的。記得汪中求說(shuō)過(guò)細(xì)節(jié)決定成敗。以前感觸不深，沒(méi)有注意太多的細(xì)節(jié)。但是我現(xiàn)在明白了，對(duì)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(méi)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(lái)。電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，不僅讓我們的知識(shí)更加牢固，還讓我意識(shí)到我們所學(xué)的知識(shí)可以與生活緊密的聯(lián)系