電力電子技術(shù)

吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計(jì)第頁3.2單相半波可控整流電路阻感性負(fù)載在晶閘管VT處于斷態(tài)時(shí)，電路中無電流，負(fù)載電阻兩端電壓為零，U2正半周VT承受正相陽極電壓器件的WT1時(shí)刻給VT門極加觸發(fā)脈沖，則VT通。忽略晶閘管通態(tài)電壓，則直流輸出電壓瞬時(shí)值Ud、Id均為零。改變觸發(fā)時(shí)刻，Ud和Id波形隨之改變，直流輸出電壓Ud為極性不變但瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流，其波形只在U2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱“半波”整流。加之電路中采用了可控器件-晶閘管，且交流輸入為單相，故該電路稱為單相半波可控整流電路。電感對(duì)電流變化有抗拒作用。流過電感器件的電流變化時(shí)，在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，它的極性反過來阻止電流變化的，當(dāng)電流增加時(shí)，它的極性阻止電流增加，當(dāng)電流減小時(shí)，它的極性反過來阻止電流減小。單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）原理圖如圖3-2。圖3-2單相半波帶電阻可控整流電路從晶閘管開始承受正向陽極電壓起，到施加觸發(fā)脈沖止的電角度稱為觸犯延遲角，用表示，也稱觸發(fā)角或控制角。晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角，用表示，。直流輸出電壓平均值為：(3-1)3.3單相全波可控整流電路1．電阻負(fù)載在圖3-3中，變壓器T帶中心抽頭，在正半周，工作，變壓器二次繞組上半部分流過電流；負(fù)半周，工作，變壓器二次繞組下半部分流過反方向電流。由波形可知，單相全波可控整流電路的波形與單相全控橋的一樣，交流輸入端電流波形一樣，變壓器也不存在直流磁化的問題。當(dāng)接其他負(fù)載時(shí)，有相同的結(jié)論。因此，單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致。單相全波電路有利于在低輸出電壓場(chǎng)合應(yīng)用。單相全波可控整流電路如圖3-3所示。圖3-3單相全波可控整流電路3.4三相橋式全控整流電路將其中陰極連接在一起的三個(gè)晶閘管(、、）稱為共陰極組；陽極連接在一起的三個(gè)晶閘管（、、）稱為共陽極組。1．電阻負(fù)載如圖3-5三相電阻性負(fù)載，可以采用與分析三相半波可控整流電路時(shí)類似的方法，假設(shè)將電路中的晶閘管換做二極管，這種情況也就相當(dāng)于晶閘管觸發(fā)角時(shí)的情況。此時(shí)，對(duì)于共陰極組的三個(gè)晶閘管，陽極所接交流電壓值最大的一個(gè)導(dǎo)通。而對(duì)于共陽極組的三個(gè)晶閘管，則是陰極所接交流電壓值最?。ɑ蛘哒f負(fù)得最多）的一個(gè)導(dǎo)通。從觸發(fā)角時(shí)的情況可以總結(jié)出三相橋式全控整流電路的一些特點(diǎn)如下：(1)每個(gè)時(shí)刻均需要兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，其中一個(gè)晶閘管是共陰組的，一個(gè)是共陽組的，且不能為同一相的晶閘管。(2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：六個(gè)晶閘管的脈沖按的順序，相位依次差；共陰極組、、的脈沖依次差，共陽極組、、也依次差；同一相的上下兩個(gè)橋臂，即與，與，與，脈沖相差。(3）整流輸出電壓一周期脈動(dòng)六次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為六脈波整流電路。(4）在整流電路合閘啟動(dòng)過程中或電流斷續(xù)時(shí)，為確保電路的正常工作，需保證同時(shí)導(dǎo)通的兩個(gè)晶閘管均有脈沖。圖3-5三相電阻性負(fù)載電路圖2．阻感負(fù)載如圖3-6為三相橋式全控整流電路阻感性負(fù)載，三相橋式全控整流電路大多用于向阻感負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)阻感負(fù)載供電即用于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。當(dāng)時(shí)，波形連續(xù)，電路的工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓波形，晶閘管承受的電壓波形等都一樣。圖3-6三相電感性負(fù)載電路圖第4章仿真過程及其分析4.1.單相半波可控整流電路1．建立仿真模型 （1）首先建立一個(gè)仿真的新文件。（2）提取電路與器件模塊，組成上述電路的主要元件有交流電源，晶閘管、RLC負(fù)載等如表4-1。表4-1元器件名稱及路徑如圖4-1為電源參數(shù)設(shè)置。圖4-1電源參數(shù)設(shè)置 （3）將器件建立系統(tǒng)模型圖4-2所示。圖4-2單相半波電阻電路2．仿真參數(shù)設(shè)置電源電壓為220V(有效值)、頻率50Hz，α=30°具體參數(shù)如下圖4-3所示。圖4-3電源電壓仿真參數(shù)啟動(dòng)仿真，圖4-4α=30°時(shí)負(fù)載輸出電壓Ud、、電流和波形圖。圖4-4a=30°時(shí)負(fù)載輸出電壓Ud、、電流和波形 圖4-5α=60°時(shí)負(fù)載的輸出電壓Ud、、電流和波形圖。圖4-5α=60°時(shí)負(fù)載的輸出電壓Ud、、電流和波形4.2單相全波可控整流電路1.根據(jù)原理圖利用SIMULINK中電力電子模塊庫建立相應(yīng)的單相全波可控電路仿真模型如圖4-6所示。圖4-6單相全波可控電路仿真模型2.電源電壓其參數(shù)設(shè)置為=220V(有效值)、頻率50Hz，R=10Ω,L=0.02H,晶閘管參數(shù)為默認(rèn)值。電源參數(shù)設(shè)置如圖4-7所示。圖4-7電源參數(shù)設(shè)置自耦變壓器參數(shù)，如圖4-8所示。圖4-8自耦變壓器參數(shù)如圖4-9所示為α=60°時(shí)單相全波可控仿真模型分別為、、、和波形圖。圖4-9α=60°時(shí)單相全波可控仿真模型、、、和波形從波形圖4-7可知，電感對(duì)電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不發(fā)生突變，電感對(duì)負(fù)載電流起平波作用。U2過零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流Id，并不關(guān)斷。至下一周期重復(fù)上述過程，如此循環(huán)下去，實(shí)現(xiàn)整流。其輸出直流電壓值由下可得:（4-1）與仿真結(jié)果相同。a移相范圍為90°。因此改變晶閘管觸發(fā)角度則可觀察不同觸發(fā)角下到各種波形。4.3三相橋式全控整流電路1.建立仿真模型提取電路與器件模塊，組成上述電路的主要元件有交流電源，晶閘管、RLC負(fù)載等。其元器件名稱及提取路徑如表4-2所示。表4-2三相整流電路模型主要元器件如圖4-10為建立三相橋式整流電路仿真模型。圖4-10三相橋式全控整流電路仿真如圖4-11為三相橋式全控整流電路α=0°時(shí)、、、和波形圖。圖4-11三相橋式全控整流電路α=0°時(shí)波形如圖4-12為三相橋式全控整流電路α=30°時(shí)、、、和、和波形圖。圖4-12三相橋式全控整流電路30°波形如圖4-13為三相橋式全控整流電路α=60°時(shí)、、、和、和波形圖。圖4-13三相橋式全控整流電路60°波形如圖4-14位三相橋式全控整流電路α=120°時(shí)、、、和、和波形圖。圖4-14三相橋式全控整流電路120°波形由以上波形可以看出，晶閘管一周期中有120°處于通態(tài)，240°處于斷態(tài)。a角的移相范圍是120°，如果繼續(xù)增大至120°，整流輸出電壓ud波形將全為零，其平均值也為零。結(jié)論本設(shè)計(jì)中應(yīng)用MATLAB的仿真工具SIMULINK對(duì)單相半波可控整流電路、單相全波可控整流電路、三相橋式全控整流電路進(jìn)行仿真并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析，并與相關(guān)文獻(xiàn)中采用常規(guī)電路分析方法所得到的輸出電壓波形進(jìn)行比較，進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性。采用MATLAB／SIMULINK對(duì)單相半波、全波及三相橋式全控整流電路進(jìn)行仿真分析。應(yīng)用MATLAB／SIMULINK進(jìn)行仿真，在仿真過程中可以靈活改變仿真參數(shù)，并且能直觀地觀察到仿真結(jié)果隨參數(shù)的變化情況。本設(shè)計(jì)也有疑惑的地方，還有出現(xiàn)的一些問題，我們都認(rèn)真分析討論，然后對(duì)討論出的結(jié)果進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)校正，對(duì)一些疑難問題我們也認(rèn)真向老師詢問請(qǐng)教，和老師一起探討解決。選電路、寫設(shè)計(jì)，事情有條不紊地進(jìn)行著。做設(shè)計(jì)不但要你有緊密的邏輯思維能力，還要細(xì)心、有耐心。本次課程設(shè)計(jì)，不僅培養(yǎng)了我們綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，也提高了我的動(dòng)手能力，讓我學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考問題，并通過各種途徑來解決問題。通過此次電路設(shè)計(jì)，我們加深了對(duì)課本知識(shí)的認(rèn)識(shí)理解，對(duì)電路設(shè)計(jì)方法和仿真也有了一定的初步認(rèn)識(shí)。致謝本課題在選題及進(jìn)行過程中得到老師的悉心指導(dǎo)。論文行文過程中，老師多次幫助我分析思路，開拓視角，在我遇到困難想放棄的時(shí)候給予我最大的支持和鼓勵(lì)。老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，踏實(shí)堅(jiān)韌的工作精神，將使我終生受益。她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣，給了起到了指明燈的作用；老師對(duì)工作的認(rèn)真，對(duì)我們要求的嚴(yán)格，讓我感觸頗深讓我們無論做什么都要懂得有付出才會(huì)有回報(bào)，所以一定要踏踏實(shí)實(shí)的自己去完成任務(wù)。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，她真正起到了“傳道授業(yè)解惑疑”的作用，讓人油然而生的敬佩。再多華麗的言語也顯蒼。最后，在這里，我要再次對(duì)我的指導(dǎo)老師表示感謝，對(duì)您深深的鞠上一躬，老師您辛苦了！參考文獻(xiàn)[1]車子萍.基于MATLAB的虛擬信號(hào)發(fā)生設(shè)備.電腦學(xué)習(xí)2010,2:3-4[2]葉青娣.基于Matlab7.0的三種仿真方法研究.計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化.2010,3:65-69[3]郭文彬,桑林編.通信原理—基于MATLAB的計(jì)算機(jī)仿真.北京郵電大學(xué)出版社.2006[4]張昊.語音數(shù)字信號(hào)增強(qiáng)處理及其Matlab實(shí)現(xiàn).通信技術(shù).2009,1:280-284[5]黃永安,馬路,劉慧敏編著.MATLAB7.0/simulink6.0建模仿真與高級(jí)工程應(yīng)用.清華大學(xué)出版社.2005[6]周祥才,楊錚.基于MATLAB的信號(hào)采樣與重構(gòu)的實(shí)現(xiàn).實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理.2007,2:79-81[7]周淵深主編，電力電子技術(shù)與MATLAB仿真[M